ＳＦ_６氣體校正方法的分析及應用

［摘要］文章從SF₆氣體濕度的校正方法以及應用時要注意的問題進行分析，為SF₆氣體檢測結果提供有依據(jù)的判斷方法。

［關鍵詞］SF₆氣體；等相對溫度校正法；應用

［作者簡介］劉曉波，廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東中山，528400

［中圖分類號］ TM213［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-7723（2008）08-0049-0003

SF₆氣體具有優(yōu)良的絕緣性能，被用作許多高壓電氣設備的絕緣介質。其絕緣強度與其濕度有著密切的關系，已制定的電力行業(yè)標準DL/ T 596 -1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》、國家標準GB/ T8905 - 1996《六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢驗導則》對SF₆氣體質量特別是氣體濕度進行嚴格的控制，并從新氣質量要求、交接試驗質量要求及運行中氣體質量要求作出具體規(guī)范，保證SF₆電氣設備的安全運行。

一、目前常用的幾種對SF₆氣體濕度檢測結果校正方法

（一）根據(jù)生產廠家提供的溫度—濕度校正曲線進行校正

首選由生產廠家提供的校正曲線進行校正，只要確定了溫度和氣體濕度φ (體積分數(shù)) ，即可根據(jù)曲線判斷是否符合規(guī)程的要求。不同設備廠家提供的修正曲線存在著一定的差異，從不同產品使用的吸附劑種類、數(shù)量及斷路器氣室的容積、設備零部件材質的差異不難理解校正曲線間存在的差異。

（二）飽和水蒸汽壓力——絕對溫度校正法

根據(jù)檢測環(huán)境溫度下水的飽和蒸汽壓力值與絕對溫度進行校正，具體計算公式如下：

二、等相對濕度校正法

使用體積分數(shù)作為濕度單位對絕緣水平判斷帶來一定的難度，相同的體積分數(shù)的氣體對不同壓力設備的絕緣影響是不一樣的。SF₆作為一種絕緣氣體，其氣體濕度的大小應該能準確反映氣體的絕緣性能或絕緣裕度。而規(guī)程用體積分數(shù)來表示氣體濕度，一方面沒有考慮設備壓力對絕緣的影響；另一方面，體積分數(shù)隨環(huán)境溫度的影響很大，沒有科學的校正方法進行校正，會增加設備運行、檢修決策的難度。等相對濕度校正法在一定程度上解決了以上的問題。

相對濕度是指在給定壓力P溫度t的濕氣中，水汽的摩爾分數(shù)與同一溫度t和壓力P下純水表面的飽和水汽的摩爾分數(shù)之比，對于理想氣體來說，其比值等于水汽分壓與飽和水蒸汽壓力之比。即： RH=（P/Pw）p，t×100%

目前國內對SF₆氣體濕度與絕緣的試驗研究表明：在- 2～40℃的環(huán)境條件下，當設備內氣體的相對濕度接近30%時，絕緣件表面閃絡電壓開始下降。因為水分子是極性分子，水汽滲入絕緣件及附著在絕緣件表面時，能使絕緣件的體積電阻及表面電阻下降、泄漏電流增大以及沿面閃絡電壓下降。

如果以現(xiàn)有規(guī)程規(guī)定的濕度標準(體積分數(shù)) ，計算SF₆氣體在20℃和額定工作壓力下的相對濕度RH，再通過相同的RH值來折算在環(huán)境溫度下的體積分數(shù)，即是等相對濕度校正。其計算方法如下：

根據(jù)?椎=Ps/P；RH=Ps/Pw×100%

根據(jù)等相對濕度的設定，即

式中：Ps——水蒸汽分壓力， Pa ；

P——體系總壓力， Pa ；

Pwt——t ℃時水的飽和蒸汽壓力，Pa ；

Pw20——20 ℃時水的飽和蒸汽壓力，Pa ；

Pt—— t ℃時設備的氣體壓力，MPa ；

P20——20 ℃時設備的氣體壓力，MPa 。

計算Pt與P20的關系，可根據(jù)Beattie -Bridgman 經驗公式：

其中，Ａ=0.75×10-4（1-0.727×10-3?籽） （4）

B=2.51×10-3?籽（1-0.846×10-3?籽）（5）

使用公式（3）、（4） 、（5） 和牛頓迭代法計算出20℃時，不同設備壓力下的SF₆氣體密度及其壓力隨溫度變化的溫度系數(shù)，見表1。

如果設備的密封性能良好，環(huán)境溫度改變對設備氣室的容積變化忽略不計，即SF₆的密度不改變，可得到Pt與P20的關系：

Pt=P20+ki×（t-20）（6）

將（6）代入（2）可得：

三、利用等相對濕度校正法校正的具體應用

（一）濕度標準值校正

利用（7）式對滅弧氣室氣體濕度的運行標準（φ= 300 μL/ L）進行校正， 氣體壓力分別為0. 55 ，0. 60 ，0. 65 ，0. 70 ，0. 75 ，0. 80 MPa (絕對壓力) ，校正曲線見圖1 。對20 ℃時滅弧氣室氣體濕度標準150 ，300μL/ L (0. 80 MPa) 和非滅弧氣室氣體濕度標準250 ，500μL/ L (0. 50 MPa) ，在- 5～35 ℃范圍進行校正，校正曲線見圖2 。

從圖1 可以看出，在不同壓力設備內，經過等相對濕度校正后，壓力不同的6 條曲線幾乎是重合的，原因是的值幾乎接近1 。因此，在實際應用中，可以取滅弧氣室絕對壓力為0. 80 MPa (ki= 0. 00343) ；非滅弧氣室絕對壓力為0. 5 MPa ( ki= 0. 00196) 來代替其他額定壓力的氣室，校正結果的偏差要遠低于試驗誤差。利用圖2可以很直觀地判斷在現(xiàn)場檢測環(huán)境下的檢測結果是否符合規(guī)程的有關要求。因為是對濕度標準(體積分數(shù)) 進行等相對濕度的校正，一方面保證了校正前后的體積分數(shù)。對設備而言，具有相同的絕緣裕度，校正方法具有比較科學的理論依據(jù)，避免了盲目校正；另一方面，校正方法把規(guī)程中的氣體濕度標準作為一個理想氣體的濕度對待，不用考慮現(xiàn)場設備使用的吸附劑種類、數(shù)量、氣室的容積、零部件吸附水分等其他因素的差異，降低了校正過程的復雜程度，只要把現(xiàn)場檢測的試驗數(shù)據(jù)與經過校正后的氣體濕度標準比較，便可以判斷試驗數(shù)據(jù)是否超標。

（二）利用等相對濕度校正法校正應該注意的問題

環(huán)境溫度的變化對SF₆電氣設備中氣體濕度（體積分數(shù)） 的影響顯著。因為氣體與固體部件的氣/固界面發(fā)生的吸附作用是放熱過程，溫度降低時固體表面吸附SF₆氣體中水分；溫度升高時，被固體表面吸附的水分又釋放到SF₆氣體中。而環(huán)境溫度即使在同一天內也有很大的變化，所以在設備內部，水分在氣體與設備其他部件、吸附劑之間是很難達到平衡狀態(tài)的。而且，環(huán)境溫度與設備中SF₆氣體溫度之間還有一定的差值，設備內氣體溫度的變化是滯后于環(huán)境溫度的。所以，在使用等相對濕度校正法對SF₆氣體濕度進行校正時，溫度的取值應該取一段時間內的平均溫度，如月平均溫度或日平均溫度，而不是選擇試驗時的環(huán)境溫度。另外，等相對濕度是把規(guī)程中的濕度標準作為理想氣體的濕度看待，通過現(xiàn)場試驗結果與修正后的氣體濕度標準作比較，判斷試驗結果是否超標，并不適用于設備內SF₆氣體濕度的校正。

四、結語

根據(jù)DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》有關SF₆氣體濕度的標準，本文提出一種對SF₆氣體濕度標準與溫度的校正方法——等相對濕度校正法，為SF₆氣體濕度檢測結果提供有依據(jù)的判斷方法，可供有關工作人員參考。