淺談SF6氣體密度、濕度及泄露的在線檢測方法

陳　爽

（黑龍江省送變電工程公司調試分公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

淺談SF6氣體密度、濕度及泄露的在線檢測方法

陳爽

（黑龍江省送變電工程公司調試分公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

在SF6電器設備的正常運行中，其電器設備內的SF6氣體不可避免地會向外發生泄露，且電器外部的潮氣也會滲透到高壓電器之中，致使SF6氣體的密度下降，微水含量超標，給高壓電器設備的安全穩定運行帶來巨大的隱患。也正因如此，近些年來SF6泄露、SF6中微水含量的在線監測則得到了越來越高的重視。本文筆者即結合個人實踐工作經驗，就SF6氣體密度、濕度及泄露的在線監測方法進行粗略的介紹，以供參考。

SF6；氣體密度；濕度；泄露；在線檢測

0. 前言

SF6電器設備的實際運行中，往往不可避免地會發生SF6泄露問題，SF6微水含量超標問題，給高壓電器設備的正常運行帶來巨大的安全隱患。所以，近些年來，大家早已將關注的重點放在了對SF6泄露、SF6微水含量的在線監測工作上，以期為進一步提高SF6電器設備的安全穩定運行做有益的鋪墊。因此，以下筆者即對SF6氣體密度、濕度以及泄露的在線監測方法進行了逐一的分析與闡述，以期為廣大同行在今后SF6電器設備的在線檢測工作上提供有益的參考借鑒。

1. SF6氣體密度的在線監測

做好SF6氣體密度的在線監測具有十分重要的現實意義，這是因為做好SF6氣體密度監測是確保高壓設備安全穩定運行的關鍵所在，尤其是一旦SF6高壓電器設備發生泄露，那么SF6氣體密度勢必會隨之降低，不僅會造成高壓電器開關設備耐壓強度的逐漸降低，也會造成斷路設備開斷容量的逐步下降。所以，做好SF6氣體密度監控則尤為重要。

一般而言，我們在判斷高壓設備能否滿足絕緣性能要求或者是滅弧性能要求時，往往使用SF6氣體的密度對其進行衡量，也正因如此，SF6的氣體密度值大小則會對SF6高壓電器設備的絕緣強度產生直接的作用與影響，即單位體積內SF6氣體的分子數。我們可以用20℃時SF6氣體的實際氣壓表示SF6氣體的密度值。所以，為了能夠進一步提高SF6氣體絕緣設備的安全運行，就必須做好SF6氣體的密度值的實時監控。

而通過試驗數據分析，我們可以得知，當SF6氣體的密度恒定時，SF6氣體的擊穿強度與溫度之間是沒有關系的；而SF6氣體的壓力恒定時，那么SF6氣體的擊穿強度就會隨著溫度的不斷升高而相應降低。尤其是在密度一定的前提下，溫度發生變化時，壓力也會發生變化，而這種變化無論因為漏氣，還是溫度的作用，引起的不同變化，都可以利用溫度補償修正方法。一旦SF6氣體發生泄漏時，那么密度繼電器勢必會根據密度值的實際變化情況，發出提示，進而人們可以根據相應的提示，采取相應的解決措施，及時補齊以防止電器設備絕緣性能的不斷降低。此外，如若SF6氣體泄漏過于嚴重，密度繼電器會給出一對閉鎖接點信號，在表現設備已經不能再正常的運行下去。

常見的溫度補償或者修正方法，主要有兩種：

第一種，是目前最常見的SF6氣體狀態參數方程，即：

式中：P為壓力；t為溫度；ρ為密度。

系數A和B，分別是：

第二種，充分利用現代電子技術與傳感器技術，從實驗出發對不同密度值下的氣壓與溫度關系進行測量分析，將測量值的密度補償到20℃時的密度值。

2. SF6氣體濕度的在線監測

在SF6氣體絕緣設備的運行中，無論如何進行嚴格地安裝與運行維護，其設備內部必然會存有水蒸氣。雖然在沒有電弧或電暈的隔室中，SF6氣體即便含有較多的水分也不會發生化學反應，僅會對耐壓水平進行降低。但如若在有電弧或者電暈的隔室中，除了絕緣能力會被降低意外，H2O與SF6氣體以及金屬材料還會發生水解反應，產生劇毒物質、腐蝕性氣體，進而造成絕緣損壞與金屬腐蝕。因此，做好SF6氣體濕度的在線監測尤為重要。

目前，我們可以采取以下兩種方法，對SF6氣體中的微水含量進行表示。第一種，用SF6氣體中所包含的實際水氣體積與SF6氣體的實際體積之比進行表達；第二種，用SF6中所含水氣的質量與SF6氣體的質量之比進行表達。我們都知道，水分子含量為18，SF6氣體分子含量為146，那么二者比則為8.11，因此，二者之間的質量比僅僅是二者之間體積比的1/8.11。

目前，我們多采用離線測量的方式對SF6氣體微水含量進行測試，如：鏡面冷凝法、電容法。其中，鏡面冷凝法在測量的過程中需要迫使被測氣體流動，雖然無法作為SF6氣體在線微水含量的測量方式，但是其測量準確性極高；而電容法在測量中雖然不需要迫使被測氣體進行流動，但是測量準確性較低。據最新研究表明，在SF6氣體含水量的測定上，濕敏電容傳感器具有準確性高、穩定性好的諸多優勢，可用在GIS/CGB封閉成套電器中SF6氣體微水含量的在線測試上。

法國Humirel公司的濕敏傳感器HM1520是目前選用最多的濕敏傳感器，其具備良好的穩定性與抗化學腐蝕性，且響應速度也很快，可用在低濕環境下。在SF6電器設備中，可將濕度傳感器置于SF6氣體循環回路中，從而對SF6氣體實施更好的濕度監測。而在實際工作中，為了能夠進一步方便工作人員的裝卸，在電器設備取氣口外接的在線測試腔體中裝有濕度傳感器探頭，從而迫使取氣腔體與被測氣體擴散相通。

與空氣中的水分含量相比，SF6氣體中的含水量是十分低的。因此，要想準確地測量出SF6氣體中的含水量，就必須運用低濕度傳感器來測量。尤其是利用高分子聚合物或者是硅半導體親水材料制作的濕度傳感器，能夠直接測量出SF6氣體的相對濕度。而為了能夠更為準確地測量出SF6氣體濕度值，在工業現場最好保持20℃時的壓力值，采用修正公式對所測量的相對濕度值進行修正。修正公式如下：

式中：H2為20℃時的微水體積比；H1為實時微水測量值；P1為SF6氣體實時測量氣壓值；P2為換算到20℃時SF6氣體的氣壓值；P1S為實時測量溫度下的飽和水氣壓；P2S為換算到20℃時飽和水氣壓值。

圖1　 SF6泄漏激光成像檢測系統的原理框圖

3. SF6氣體泄露的在線監測

如若SF6氣體發生泄露，不僅會造成SF6氣體密度的降低，大大地降低高壓電器設備的絕緣耐壓強度，在經過電弧放電時，還會產生劇毒物質與毒性很強的氣體，一旦泄露到大氣中，不僅會對人體的健康產生巨大的危險，也會進一步加劇溫室效應，促進全球變暖。也正因如此，在1997年舉辦的防止地球變暖的國際會議上，SF6氣體已經被明確規定為禁止排放的氣體之一。

目前，主要用激光成像法對SF6氣體泄露進行在線監測。其原理在于：當激光系統發出的紅外激光，入射到被監測區域的物體表面，那么其表面就會對該紅外激光進行反射，而反射光勢必會沿著原來的光路重新回到監測設備上。同時，由于被監測區域本身就有著固定的溫度場，因此在這個大背景環境下勢必會產生大量的紅外光線，而這些紅外光線一定會進入到監測設備之內。如若此時，被監測設備沒有泄漏，那么SF6氣體就不存在泄露問題，監測設備所接收到的紅外線能源背景環境和它本身投射到的紅外光線能量就會相互疊加，反之則亦然。在實際監測中，我們就是通過此種方式，對SF6氣體是否泄露進行在線監測，并且能夠及時地找出泄露的準確位置。其原理如圖1所示。

結語

正是因為SF6氣體泄露會造成SF6氣體密度的不斷下降，并對高壓電器設備造成巨大的破壞，因此如何解決這一問題儼然已經成為當前人們關注的重點所在。尤其是通過分析，可以清楚地看到，70%～80%的SF6高壓電器故障，都有由于SF6泄露、微水含量超標所致。因此，本文通過對SF6氣體密度、濕度、泄露的在線檢測方法進行粗略地分析與介紹，旨在為廣大電力同行，在今后SF6氣體的線監測工作上提供全新的思路與有益的參考。

［1］李泰軍，王章啟，毛艷. SF6氣體密度與濕度的在線監測［J］.華通技術，2003（2）：151-152.

［2］陳振生. SF6氣體的密度和濕度及泄漏在線檢測方法［J］.江蘇電器，2006（10）：167-168.

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