浅析SF6湿度现场测试的影响因素

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　　摘要：SF6是一种广泛使用为高压电力设备的绝缘介质，具有优异的绝缘能力、灭弧能力、性质稳定等优点。在SF6设备中，水分的存在会对设备造成很大的危害，影响设备内部绝缘性能、影响设备的开断性能、腐蚀设备，因此需要监测SF6设备中的SF6湿度。SF6湿度的现场测试是SF6设备预防性试验的一个重要项目，在现场测试过程中，环境温度、湿度、测试仪器、设备内部所含杂质以及SF6本身都会对湿度的测量造成影响，本文论述了上述几个影响因素对湿度测量的影响机理及应对方法。
　　关键词：SF6;湿度;露点法;影响因素
　　中图分类号：TM835.1;TM855          文献标志码：B
　　引言
　　SF6气体在常温常压下是一种无色、无味、无毒的气体[1]，其化学性质稳定，电气性能优异，正因如此，SF6气体被广泛应用于电力系统中，作为高压电力设备绝缘介质，例如变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、GIS组合电器等。
　　1 水分存在对设备的危害
　　在SF6设备中，水分的存在会对设备及绝缘造成很大的危害[2]，其一，SF6在电弧作用下能与水反应分解，使SF6含量降低，灭弧能力下降;其二，水分与SF6在电弧作用下反应生产的酸性物质能腐蚀设备绝缘材料;其三，水分影响设备内部绝缘性能，使其闪络电压下降。因此SF6设备在运行过程中，需要对其进行SF6湿度测试，以便避免因湿度增加而造成的设备故障。中国南方电网《电力设备预防性试验规程》（Q/CSG1206007-2107）对SF6湿度的要求是[3]：断路器灭弧室气室大修后不大于150μL/L，运行中不大于300μL/L。其他气室大修后不大于250μL/L，运行中不大于1000μL/L。
　　由于大部分电力设备都是安装在户外，其环境复杂，在复杂多变的环境中进行SF6现场湿度检测时，外部的影响因素很多，环境温度、环境湿度、测试仪器、设备内部所含杂质均为主要影响因素。本文分别从以下几个方面进行探讨：
　　2 SF6现场测试的影响因素
　　2.1 环境温度
　　环境温度对SF6水分含量的影响显著[4]，其原理是温度会影响设备内部的水气平衡。在电力设备内部气相中及绝缘材料、设备内壁及吸附剂等固相中都含有一定量的水分，温度压力一定的条件下气相中与固相中的水分保持着动态平衡，如果温度发生变化，则破坏了该平衡，使SF6气体中的水分含量改变以达到新的平衡。温度升高时，绝缘材料、设备内壁释放水分，气体中水分含量升高;温度降低时则气体中水分含量降低。在对SF6进行湿度测试时，环境温度是必须考虑的一个重要因素。为了更好地比较湿度数据，一般将实际测量的湿度值校正到20℃时的湿度值。
　　除此之外，在现场测试湿度时，温度还会对测试仪器产生影响[5，6]。环境温度过高，会对湿度的测量造成干扰。一般来说SF6湿度测试仪在工作时所要求的环境温度是有一个范围的，在该范围内，湿度值是准确的。当温度过低或过高时，则有可能出现测量值较大误差，通常温度过高造成的影响较大，因此，夏天测试时，最好选择晴天的清晨或傍晚进行，此时可以保证环境温度较低，而湿度也不会太大。
　　2.2 环境湿度
　　环境湿度对SF6湿度测量的影响主要表现在两个方面。对设备安装的影响，设备在安装时如果环境湿度较大，则设备内壁会吸附较多水分，当充进SF6气体后由于气体中的水分分压很小，部分水分从设备内壁溢出，使气体湿度增大[2，7];对气体湿度均匀性的影响，由于设备内部SF6气室的不规则，并且通常都是引出一个一定长度的管道作为测量接口，气室中的SF6湿度分布并不均匀，而是呈梯度变化的，接口处的湿度较大，气室中心的湿度较小，两个部位之间存在一个湿度梯度。在现场测量时，所测得的湿度值更多地反映的是接口处的湿度值，如果设备内部空间稍大，则该湿度值并不能代表设备内部的平均湿度值。不过从湿度监督的角度来看，如果接口处的湿度值都一直在合格范围内并且变化不大，那更能表明设备的状态良好。
　　为避免环境湿度对SF6湿度测量值的影响，应保证SF6电气设备的安装及维修应在干燥的环境中进行，并且不能长期置于湿度过大的环境。另外，测量时应先将接口管道中的气体排出，然后再测量。
　　2.3测试仪器
　　测试仪器的气路系统对测试有较大影响，由于测试时需利用气路系统将设备内部的SF6气体引至仪器内来，因此气路系统的干燥程度会影响到湿度测量的准确度。如使用橡胶管，因其吸附性较强，会析出或吸入较多水分而造成湿度测量误差。气密性不好的管路会因为漏气而造成湿度测量误差。因此应选用吸附性弱的、气密性良好的内抛光的不锈钢管或者厚壁聚四氟乙烯管，并且要求长度要尽量缩短[8，9]。平时应妥善保存，最好放置在干燥装置内，不能随意放置，现场测试时如果不慎进水后需要进行干燥处理后才能再次使用。
　　测试仪器的制冷能力对湿度测量的影响也比较大，尤其在SF6湿度较低或者环境温度较高时对湿度测量的影响更为显著，对于制冷能力较差的仪器如果SF6湿度较低，或者将仪器置于较高温度下时，可能会无法测出湿度值。SF6湿度较低时，仪器需要将温度降到更低的温度下才能使水分结露，而环境温度较高时，仪器降温的起点相应升高，也需要更强的制冷能力。
　　测试仪器测量压力也能影响湿度值，压力不同则湿度也不同，冷镜法露点仪一般可以在常压下测量，也可以在高于常壓（设备压力）的情况下测量，如DP19露点仪，在常压下测量和在设备压力下测试得到的其他露点值是不同的，在设备压力下测试值必须通过换算才能得到最终的结果值，如果不注意换算当作直接的结果值，影响结果的判断。
　　2.4内部所含杂质
　　SF6电力设备内部所含杂质也会对SF6湿度的测量产生影响[6]。对于运行时间较长的设备中，常存在以粉尘等形式存在的固体杂质，这些杂质通过仪器气路进入露点仪，粘附在镜面上，污染镜面，引起仪器误判，本来并未结露的镜面因为存在油污或固体颗粒等杂质的污染而使仪器误判为已结露，从而得出虚假的湿度值。另外设备中含有以蒸汽形式存在的杂质如有机溶剂蒸汽时，会与水分同时甚至先于水分在镜面上结露，从而造成湿度变大的假象，在使用冷镜法露点仪时会有此影响，而这些有机溶剂蒸汽对阻容法露点仪测试则没有影响。 　　2.5 SF6气体
　　SF6气体的临界温度为45.6℃，SF6在45.6℃以上才能穩定地保持气态，通常条件下SF6比较容易液化。在SF6湿度测量过程中，如果存在SF6液化现象，由于露点仪不能区分SF6液化在镜面上所结的露与水分在镜面上的结露，因此会给测量结果带来误差。这种现象在带压测量时较容易出现。常压测量时，当露点低于-50℃时，即可能出现SF6液化现象，而如果是带压测量，则温度较高时SF6已经液化，如压力为0.6MPa时，SF6在-30摄氏度即液化、压力为0.7MPa时，-25℃即液化。
　　SF6的升华点为-63.8℃，在此温度以下，SF6气体在0.1MPa的压力即可由气体直接变为固体。湿度测试过程中，当镜面温度低于-63.8℃后，SF6气体会在镜面上固化，此时会造成误差。一般经验表明如果仪器指示露点温度在-60℃以下的，则认为该值不是真实湿度值。
　　2.6其他因素
　　露点仪在结露过程中可能出现过冷水现象，影响仪器对结露的判断[10]，当SF6气体湿度较低时较容易出现过冷水现象，应注意避免。
　　通常测量SF6湿度有露点法、阻容法、电解法三种，露点法是现场测试最常用的一种方法，其原理就是让SF6气体通过冷凝镜面，探测其中水分结露时的温度，此温度即为露点;阻容法是利用仪器内的氧化铝薄膜的吸水特性与电容值的正比关系来对水分进行定量的;电解法是将干燥剂吸收的水分经电解池电解，然后测量电解电流大小，由此测得SF6的湿度值。由于几种方法的原理不同，其影响因素也不同，由此测得的结果往往会有所偏差，因此不能直接横向对比。
　　此外在现场测试时读数取舍也是一个会造成误差的过程，由于现场条件、设备内SF6湿度、工作人员的不同，造成数值的变化情况也不同，如果过早地读取数值，则会造成湿度值的偏差;此外工作人员一般会参照历史数据来读取测试值，比如历史数据较低而现场测试较高并且在一定范围内摆动，则会倾向于读取其最低值而不是取平均值。
　　3 结语
　　湿度的现场测量影响因素众多，各个因素的影响显著程度也不一样。一般来说，要准确地测量设备的SF6湿度值，需要把所有的影响因素完全排除掉，而这是一个非常困难的事情。对于一般的设备预防性试验，可以在考虑现场测试的便利性与试验数据的准确性之间寻找到一个平衡点，既能保证试验数据准确可靠，又能使现场测试比较方便快捷。这就要求试验人员要对湿度测量的原理及影响因素完全掌握，以便于知道哪些因素可以忽略而哪些因素必须十分注意。而这些经验，都是需要现场测试人员不断地总结和归纳的。
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　　作者简介：陆定锋（1986-），男，广西河池人，武汉大学应用化学专业硕士研究生毕业，工程师，目前主要从事电力用油及六氟化硫试验方面的工作。
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