确保SF6气体湿度现场测量精确度的主要措施

刘丹

摘要：SF6气体中的水分含量对电器设备安全运行具有重要的作用。针对测量仪器、连接气路、环境温度等影响SF6气体湿度现场测量结果的主要因素，分析原因并提出相应解决方法，为SF6气体湿度现场测量工作提供参考。

关键词：SF6；气体湿度；测量；影响因素

0 前言

随着电网的发展和高压设备的更新改造，SF6电气设备已被广泛采用，SF6气体湿度是目前测量的重要指标之一。 测量 SF6气体湿度的方法较多，有重量法、电解法、电阻电容法和露点法等， 目前变电站现场测量SF6气体湿度普遍采用电阻电容法和冷凝露点法（镜面法）。但在实际操作中，往往会因外界干扰或其他各种因素的影响，使测量数据不准确，从而造成测量结果的误判断。只有充分认识 SF6气体湿度现场测量的主要影响因素，加以分析并采取措施尽量避免，才能获取较为准确的分析数据。本文着重于冷凝露点法（镜面法）在现场测量SF6气体湿度的应用。

1 仪器本身的影响及应对措施

目前，用于测量高压、超高压电气设备的 SF6气体湿度的仪器种类较多，各有特点。露点仪由于测量时间较短，操作、维护简单，测量准确度较高，耗气量较少，变电站现场使用最为普遍。因在现场受外界干扰和其他因素影响较大，露点仪本身也成为影响测量结果的主要因素之一。

1.1测量低湿度 SF6气体时，露点显示值很难稳定露点仪测量的气体湿度越小，测量时间越长。正常情况下，测量 SF6气体湿度时，露点显示值呈阻尼震荡并最终稳定。但测量低湿度 SF6气体时，露点显示值有时很难稳定。其主要原因有：①在测量低湿度气体时，仪器需较大的制冷功率和较长的制冷时间。②由于低湿度气体的水蒸气含量较少，而仪器的冷镜面需收集到足够的水分子才能建立和气相平衡的稳定露层，这一过程需足够的时间和被测气体。该情况下，仪器指示已结露，露点显示值以极慢速度上升，有时测量人员会误认为已经达到稳定而读数，从而造成较大的测量误差。

利用露点仪后面板上的低湿度测量快速稳定装置“ORIS”，能解决低湿度时露点显示值难以稳定的问题。其基本原理是：当镜面温度降到预设值而未结露时，仪器自动向测量室注入少量湿气，使镜面快速结露，从而缩短建立平衡的时间，进而缩短测量时间。预设温度可通过估计待测气体的湿度确定，SF6气体可选在-40～-50℃。通常使用该装置可有效缩短测量时间，但在某些情况下会产生震荡，无法进行测量，出现此情况应将该装置退出。

1.2 在环境温度较高时，仪器易出现读数异常露点仪通过冷却镜面使气体中的水蒸气在镜面

凝露来测量气体湿度，环境温度会影响仪器制冷效果。在夏季环境温度很高（35℃以上）时，测量湿度较小的气体可能出现仪器制冷量达不到要求的情况，即镜面温度已无法下降，但镜面却始终没有结露。另外，在高温环境下，仪器的显示值可能会突然上升，最终稳定在一个明显高于真实露点的数值，即得到一个虚假读数。

因此，需尽量避开高温天气，如趁早、晚天气较凉爽时进行测量，或将仪器放在有空调的汽车内，或用其他类型的仪器进行测量。

1.3 仪器型号和灵敏度问题

不同原理的测量仪器，测量结果差异很大；同一原理不同型号的测量仪器，在制造质量和性能上也存在差别。所以， 每台SF6电气设备最好使用相同型号或同一台仪器进行测量， 便于测量数据异常时发现历史数据可比性。若对测量结果有疑问，应更换其他原理的测量仪器。 还应定期将仪器送往拥有标准湿度装置的省级试验中心校验，校验的有效期为一年。

2 连接气路的影响及应对措施

SF6设备气室的充放气接头、测量所用取气管道的长度、管道内壁残留的水分和杂质，都会对测量结果造成影响。在测量中发现，采用以氧气减压阀、橡皮管为气路测出的含水量比以体积小的调节阀、不锈钢管为连接气路所测的含水量高 4～5 倍。原因是氧气减压阀内部空腔较大、死角较多，橡皮管内部材料表面比较疏松、分子间隙较大、吸湿性强，采用氮气干燥时不容易干燥彻底，从而对含水量的测量产生干扰。

应对措施：

（1）采用设备厂家配备的专用全金属接头，也可使用仪器厂家提供的专用接头。由于目前无论不同厂家还是同一厂家不同型号的 SF6设备，其取气接口千差万别，取气时可能发生漏气，给现场测量带来诸多不便。因此，建议采用设备厂家配备的接头，同时将接头置于干燥器内保存。

（2）用内径 3～6mm 的聚四氟乙烯管或不锈钢管作取样管，其长度尽量短。不宜用材质疏松、吸潮性高的橡胶管。管内应清洁，无油脂及焊药等。取样管应置于密闭、干燥的储藏箱内，注意避免接触湿气及其他杂质。

（3）测量前，用干净大块棉布擦拭取气口，使其干燥清洁。用生料带缠绕密封，防止测量过程漏气。漏气的明显现象是：当湿度降低到一定程度后，开始反跳上升，明显超过国家标准规定的允许值。此时，应检查气路的密封情况，采取措施后重新测量。

3 环境温度的影响及应对措施

SF6电气设备中的水分不仅存在于气体中，还会附着在绝缘表面。水分在此二者间的分配取决于温度的变化，冬夏季节的测量结果甚至相差数倍。环境温度影响测量结果的主要原因有：

（1）设备内部材质设备内部的固体绝缘材料和器壁都会附着微量水分，随着温度的升高，逐渐释放渗透在这些材料内的水分，使 SF6气体中的水蒸气增多。

（2）吸附材料(分子筛)设备内很大一部分水分存在于吸附剂中，温度变化会使吸附剂的吸附能力发生变化，从而出现温度升高时水分从吸附剂向SF6气体转移、温度下降时水分又从 SF6气体向吸附剂转移的现象。

（3）气体分子运动速度 含水量与分子数目、分压力成正比。温度和分压力的变化，会导致测量结果变化。

（4）环境湿度 大气中的水分会通过设备薄弱环节渗透到设备中。当环境温度高、外部湿度相对大时，外部水汽侵入量大，反之则进入量少。

应对措施：

（1）尽可能避免在高温或低温下进行测量。若试验时气温过高，当SF6气体湿度的测定值超标不严重时，最好选择气温接近 20℃的时段复测一次，再决定是否需要处理；气温低于 20℃较多时，若SF6气体湿度测定值虽未超标但与标准值较接近，也应考虑在 20℃左右时安排复测。

（2）尽量选择环境湿度较低的时段进行测量。

（3）最好依据厂家提供的曲线、图表，修正测量结果。若缺乏厂家资料，也可利用下述经验公式进行修正，即：

式中 H2——20 ℃时的微水体积比；

H1——水分的实时测量值 μl/L；

P1——测量时 SF6气体的压力；

P2——根据密度测量原理换算到 20 ℃ 时的SF6气体压力；

P1S——测量温度下的饱和水气压；

P2S——20 ℃时的饱和水气压。

4 各类杂质的影响及应对措施

4.1 以蒸汽形式存在的杂质

露点仪测量的是能在镜面上凝露的所有物质，而不仅是水分。若气体中含有以蒸汽形式存在的杂质(如烃类)，会先于蒸汽在镜面上凝露，造成气样湿度过高的假象，或气体含有能与水共同在镜面上凝结的物质(如甲醇)，严重干扰露点仪的测量结果。对测量结果若有疑问，应更换其他原理的测量仪器（如电解法或阻容法湿度测量仪），必要时进行气体取样分析，以确定测量结果是否正确。

4.2 粉尘等固体杂质

SF6电气设备，特别是运行时间较长的开关设备内的 SF6气体常带有粉尘等固体杂质，这些杂质是 SF6在电弧作用下与金属反应生成的氯化物粉末及设备内部的吸附剂粉末。若这些杂质进入露点仪、附着在镜面上，就会影响光电系统对露点的测量，引起测量误差。过滤气体的粉尘杂质可消除其对测量结果的影响。值得注意的是， 所采用的过滤装置不能吸附水分，以免影响水分的正常测量。

4.3 其他外部杂质

当露点仪测过湿度大的 SF6气体或含有其他化学成分的气体后，若未彻底充刷，则容易造成仪器污染，影响测量数据的准确性。其他固体颗粒或灰尘等，也应避免进入仪器内部。

5 结束语

综上所述，测量变电站现场 SF6电气设备中的气体湿度，是 SF6气体监督和运行管理的一项重要工作。 影响SF6气体湿度现场测量结果的因素很多，测量时需对测量仪器、连接气路、现场环境温度、气样内杂质等主要影响因素加以分析，并采取措施尽量避免，保证测量工作顺利开展，做到既节约被测气体又能得到比较真实的结果。

参考文献

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