關于變電站六氟化硫氣體微水測量的探討

歐陽炬

摘要：文章介紹了六氟化硫氣體現(xiàn)有設備和測量技術狀態(tài)及影響微水含量測量的因素及要點，以供參考。

關鍵詞：六氟化硫 微水測量 儀器

中圖分類號：TM411+.4 文獻標識碼：A文章編號：

前言

純凈的SF6是一種無色、無臭、無毒、化學性能穩(wěn)定、不會燃燒的氣體。在電氣性質上具有絕緣性能良好、無火災危險、滅弧性能好等諸多優(yōu)點。因此隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，以SF6氣體為滅弧介質的斷路器和GIS設備有了非常廣泛的應用。

1六氟化硫氣體現(xiàn)有設備和測量技術狀態(tài)

1.1氣體密度檢測

國家規(guī)定的六氟化硫氣體泄露標準為不高于l％／年。目前對SF6氣體密度的監(jiān)測主要是通過機械式密度繼電器進行的。它采用標準氣囊，通過機械杠桿原理進行監(jiān)測，同事配有壓力表以及SF6氣體壓力與溫度關系曲線圖。它們的測量精度低，部分繼電器沒有顯示。采取在設備現(xiàn)場進行定期巡檢，實時性差，并需耗費大量人力和物力。密度繼電器只能起控制作用，即當氣體密度降低至報警門限值時，報警繼電器動作，發(fā)出報警信號，以提示需人工進行補氣。當氣體密度降低至閉鎖門限值時，閉鎖繼電器動作，禁止設備動作。

1.2微水檢測

由于在設備制造、安裝、解體檢修和充氣補氣時，因工藝水平不齊和工藝過程中的疏漏，在氣室和管閥內留有水分，或因泄露反向滲入新的水分等，必需對斷路器SF6氣體微水進行定期檢測。電網(wǎng)運行規(guī)程規(guī)定：126—550kV的新設備投運后，3—6個月測量一次，如無異常，l一2年檢測一次，40.5—72.5kV的新設備投運后，每年復檢一次，如無異常，2—3年測量一次。目前對SF6氣體微水的檢測主要采用在現(xiàn)場用露點儀進定期檢測。露點儀的測量存在以下缺陷：

(1'測量受環(huán)境溫度限制：儀器溫度在測試時不能低干環(huán)境溫度。儀器的存放和工作環(huán)境溫度為一10℃～+50℃。同時不同的環(huán)境溫度，測量范圍不同。

(2)費時、費事、費氣：測試時需長時間排放SF6氣體。由于取樣管線含有濕氣。測量時的前至少10min需用干吹干取樣管線。一個完整準確的測試約需45—55min左右。按標準取樣氣體流量，即30～40L／h計算，一次測試需要排放SF6氣體約35升。因此在完成測試后需補充SF6氣體。下圖l為露點儀測試微水在達到穩(wěn)定值的變化曲線和所需時間。

圖1

(3)影響現(xiàn)場工作人員健康，污染大氣。

(4)非在線。采用露點儀定期檢測，是非在線檢測方法，不能實時反映設備運行狀態(tài)和動態(tài)變化。不能實現(xiàn)設備的狀態(tài)檢修和真正意義上的電力配網(wǎng)自動化。配網(wǎng)自動化大綱及其細則均要求保證對該設備的現(xiàn)場和遠方監(jiān)測及控制。不能實時確切地測知斷路器氣室內SF6氣體密度和微水的現(xiàn)狀，并預知其變化趨勢，不能做到實時監(jiān)控，更不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)及報警信號的遠傳，無法實現(xiàn)變電站綜合自動化狀態(tài)的要求，處于被動局面。

2 SF6氣體含水量測量的影響因素及要點

2.1測量時環(huán)境溫度對SF6氣體含水量測量的影響

測量經(jīng)驗表明，對于同一臺斷路器，由于測量時環(huán)境溫度不同，其測量結果相差很大。究其原因，包括以下3個方面。

1)環(huán)境溫度不同，SF6設備元件、材料吸附水分的能力不同。微觀實驗表明，SF6斷路器的容器內表面，在安裝或運行中都會吸附水分子，而容器吸附或釋放水分子，又都和溫度有關。溫度下降，材料吸附水分能力提高；溫度升高，材料吸附水分能力下降。這樣一來，SF6氣體含水量的測量結果當然就與環(huán)境溫度有關了。

2)環(huán)境溫度不同，露點儀制冷能力不同。ABB公司生產(chǎn)的DP9露點儀說明書給出了該露點儀制冷能力與環(huán)境溫度的關系。該儀器的存放和工作環(huán)境溫度為-10～+50℃。同時不同的環(huán)境溫度，測量范圍不同。所以當測量時的環(huán)境溫度比較高，SF6氣體含水量比較少的情況下，可能會出現(xiàn)由于制冷能力不足造成的露點測量的誤差，因而測得的含水量就不會準確或無法得到。

3)環(huán)境溫度不同，吸附劑吸附能力不同。目前SF6電氣設備采用的吸附劑主要有分子篩和活性氧化鋁兩種材料。它們的干燥能力和溫度有關，使用吸附劑的SF6氣體含水量隨溫度變化而變化。

應對措施：按照標準推薦，測量時的環(huán)境溫度應在20℃。根據(jù)挪威工業(yè)技術大學的研究發(fā)現(xiàn)一年之中氣體水分含量隨著氣溫升高的變化趨勢。

2.2測量管道和接頭等部件材質對SF6氣體含水量測量的影響

現(xiàn)場測試經(jīng)驗得出：連接氣路的材料、接頭對SF6氣體含水量的測量結果有較大影響。表1給出了現(xiàn)場對3個氣室用不同連接材料進行SF6氣體含水量的測量結果(溫度12℃，濕度40%)。

表1用不同連接材料對SF6氣體含水量的測量結果

從表1可以看出，以氧氣減壓閥、橡皮管為測量管道的測量結果得到的含水量要比用專用調節(jié)閥、充氣管為測量管道的微水測量結果大得多。產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因主要是氧氣減壓閥內部空腔比較大，死角較多，橡皮管材料表面比較疏松，分子間的空隙較大，因此，測量時管道材料的水分子釋放出來，使得測量結果和實際結果相差很大。

應對措施：測量管道和接頭等部件應質量良好，應選用機器自配的測量管道。

2.3采樣氣體壓力對SF6氣體含水量測量的影響

根據(jù)以前的分析結果得出：對于同一體積比含水量的SF6氣體，在其取樣壓力不同時，對應的飽和水蒸氣壓也不同，相應的露點也就不同了。因此，在測量時要嚴格按照測量儀器的說明書進行氣體流量的調節(jié)。例如瑞士的DP19規(guī)定氣體流量為滿格的40%，北京迪揚的DP100規(guī)定氣體流量為滿格的20%～30%。同時，上述的說明書中都規(guī)定在調節(jié)氣體流量時首先完全打開微水儀機器上的流量調節(jié)閥，然后再打開測量氣管接頭上的減壓閥并調節(jié)到說明書規(guī)定的對應的限制流量。

應對措施：嚴格按照說明書的規(guī)定進行氣體流量調節(jié)，嚴禁超出氣體流量范圍，從而使測量結果發(fā)生偏差。

2.4測量接口與氣室連通距離對SF6氣體含水量測量的影響

在實際運行中，由于GIS氣室較多，為了方便測量，所以有的GIS設備設計通過連接管將氣室引出到合適位置并安裝專用的測量接口。以本公司500kV某變電所母聯(lián)5100開關的斷路器氣室的微水測量為例，該型斷路器為山東魯能AEPOWER公司的HGIS設備，選用瑞士的DP19微水儀測量。測量分別通過斷路器機構箱中的測量接口和斷路器氣室的尾部接口分別進行，表2即為測量結果.

表2母聯(lián)5100開關交接時的微水測量

從實際測量的結果可以分析得出：由于連接管道過長，測量接口端的SF6氣體和裝有吸附劑的滅弧室的氣體不可能完全交流，當將測量接口端的SF6氣體人工放掉部分后，測量結果比較相似。

應對措施：

(1)通過和上述類似的測量接口測量微水時，要人工放掉部分氣體再測量。

(2)一般認為充氣24h后氣體穩(wěn)定，所以實際至少要在氣體穩(wěn)定時測量微水。

(3)從上述測量結果可以引申出，目前有的GIS斷路器、隔離開關、電流互感器(CT)等氣室通過連接管連通，運行管理上可以把連通的SF6氣體當作同一氣室對待，但是在進行微水測量時還是要分相測量，因為氣體之間的完全交流不如我們想象中充分。

2.5測量次數(shù)對SF6氣體含水量測量的影響

現(xiàn)場實測表明，同一氣瓶中的SF6氣體，第一次測量的數(shù)值普遍比后面測量的數(shù)值要高，產(chǎn)生上述情況的主要原因與氣路、接頭的干燥與否有關。

應對措施：在測試之前，應對氣路、接頭進行干燥處理，對于不同的儀器要達到相應說明書規(guī)定的干燥標準。

2.6儀器靈敏度對SF6氣體含水量測量的影響

目前微水儀的型號眾多，以露點儀為例，有瑞士生產(chǎn)的DP19、DP30；國產(chǎn)的有北京興迪的DP99、北京迪揚的DP100，然而儀器靈敏度是不能和上述兩種產(chǎn)品相比的。同時由于微水測量儀在使用過程中靈敏度會逐漸下降，也會影響其準確性。

應對措施：

(1)為了測定數(shù)據(jù)的準確可靠，最好選用成熟的產(chǎn)品。

(2)選用儀器必須定期進行校驗，經(jīng)校驗合格后，才能使用。國網(wǎng)公司的《氣體絕緣金屬封閉開關設備技術標準》規(guī)定：凡電力基建、生產(chǎn)等單位應用的“微水測量儀”的校驗有效期為1年。

3 結語

綜上所述，只要遵守提出6點措施和儀器說明書就能準確得到水分含量，為設備的可靠運行打下了良好的基礎。