关于变电站六氟化硫气体微水测量的探讨

欧阳炬

摘要：文章介绍了六氟化硫气体现有设备和测量技术状态及影响微水含量测量的因素及要点，以供参考。

关键词：六氟化硫 微水测量 仪器

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A文章编号：

前言

纯净的SF6是一种无色、无臭、无毒、化学性能稳定、不会燃烧的气体。在电气性质上具有绝缘性能良好、无火灾危险、灭弧性能好等诸多优点。因此随着电力行业的迅猛发展，以SF6气体为灭弧介质的断路器和GIS设备有了非常广泛的应用。

1六氟化硫气体现有设备和测量技术状态

1.1气体密度检测

国家规定的六氟化硫气体泄露标准为不高于l％／年。目前对SF6气体密度的监测主要是通过机械式密度继电器进行的。它采用标准气囊，通过机械杠杆原理进行监测，同事配有压力表以及SF6气体压力与温度关系曲线图。它们的测量精度低，部分继电器没有显示。采取在设备现场进行定期巡检，实时性差，并需耗费大量人力和物力。密度继电器只能起控制作用，即当气体密度降低至报警门限值时，报警继电器动作，发出报警信号，以提示需人工进行补气。当气体密度降低至闭锁门限值时，闭锁继电器动作，禁止设备动作。

1.2微水检测

由于在设备制造、安装、解体检修和充气补气时，因工艺水平不齐和工艺过程中的疏漏，在气室和管阀内留有水分，或因泄露反向渗入新的水分等，必需对断路器SF6气体微水进行定期检测。电网运行规程规定：126—550kV的新设备投运后，3—6个月测量一次，如无异常，l一2年检测一次，40.5—72.5kV的新设备投运后，每年复检一次，如无异常，2—3年测量一次。目前对SF6气体微水的检测主要采用在现场用露点仪进定期检测。露点仪的测量存在以下缺陷：

(1'测量受环境温度限制：仪器温度在测试时不能低干环境温度。仪器的存放和工作环境温度为一10℃～+50℃。同时不同的环境温度，测量范围不同。

(2)费时、费事、费气：测试时需长时间排放SF6气体。由于取样管线含有湿气。测量时的前至少10min需用干吹干取样管线。一个完整准确的测试约需45—55min左右。按标准取样气体流量，即30～40L／h计算，一次测试需要排放SF6气体约35升。因此在完成测试后需补充SF6气体。下图l为露点仪测试微水在达到稳定值的变化曲线和所需时间。

图1

(3)影响现场工作人员健康，污染大气。

(4)非在线。采用露点仪定期检测，是非在线检测方法，不能实时反映设备运行状态和动态变化。不能实现设备的状态检修和真正意义上的电力配网自动化。配网自动化大纲及其细则均要求保证对该设备的现场和远方监测及控制。不能实时确切地测知断路器气室内SF6气体密度和微水的现状，并预知其变化趋势，不能做到实时监控，更不能实现数据及报警信号的远传，无法实现变电站综合自动化状态的要求，处于被动局面。

2 SF6气体含水量测量的影响因素及要点

2.1测量时环境温度对SF6气体含水量测量的影响

测量经验表明，对于同一台断路器，由于测量时环境温度不同，其测量结果相差很大。究其原因，包括以下3个方面。

1)环境温度不同，SF6设备元件、材料吸附水分的能力不同。微观实验表明，SF6断路器的容器内表面，在安装或运行中都会吸附水分子，而容器吸附或释放水分子，又都和温度有关。温度下降，材料吸附水分能力提高；温度升高，材料吸附水分能力下降。这样一来，SF6气体含水量的测量结果当然就与环境温度有关了。

2)环境温度不同，露点仪制冷能力不同。ABB公司生产的DP9露点仪说明书给出了该露点仪制冷能力与环境温度的关系。该仪器的存放和工作环境温度为-10～+50℃。同时不同的环境温度，测量范围不同。所以当测量时的环境温度比较高，SF6气体含水量比较少的情况下，可能会出现由于制冷能力不足造成的露点测量的误差，因而测得的含水量就不会准确或无法得到。

3)环境温度不同，吸附剂吸附能力不同。目前SF6电气设备采用的吸附剂主要有分子筛和活性氧化铝两种材料。它们的干燥能力和温度有关，使用吸附剂的SF6气体含水量随温度变化而变化。

应对措施：按照标准推荐，测量时的环境温度应在20℃。根据挪威工业技术大学的研究发现一年之中气体水分含量随着气温升高的变化趋势。

2.2测量管道和接头等部件材质对SF6气体含水量测量的影响

现场测试经验得出：连接气路的材料、接头对SF6气体含水量的测量结果有较大影响。表1给出了现场对3个气室用不同连接材料进行SF6气体含水量的测量结果(温度12℃，湿度40%)。

表1用不同连接材料对SF6气体含水量的测量结果

从表1可以看出，以氧气减压阀、橡皮管为测量管道的测量结果得到的含水量要比用专用调节阀、充气管为测量管道的微水测量结果大得多。产生这个现象的原因主要是氧气减压阀内部空腔比较大，死角较多，橡皮管材料表面比较疏松，分子间的空隙较大，因此，测量时管道材料的水分子释放出来，使得测量结果和实际结果相差很大。

应对措施：测量管道和接头等部件应质量良好，应选用机器自配的测量管道。

2.3采样气体压力对SF6气体含水量测量的影响

根据以前的分析结果得出：对于同一体积比含水量的SF6气体，在其取样压力不同时，对应的饱和水蒸气压也不同，相应的露点也就不同了。因此，在测量时要严格按照测量仪器的说明书进行气体流量的调节。例如瑞士的DP19规定气体流量为满格的40%，北京迪扬的DP100规定气体流量为满格的20%～30%。同时，上述的说明书中都规定在调节气体流量时首先完全打开微水仪机器上的流量调节阀，然后再打开测量气管接头上的减压阀并调节到说明书规定的对应的限制流量。

应对措施：严格按照说明书的规定进行气体流量调节，严禁超出气体流量范围，从而使测量结果发生偏差。

2.4测量接口与气室连通距离对SF6气体含水量测量的影响

在实际运行中，由于GIS气室较多，为了方便测量，所以有的GIS设备设计通过连接管将气室引出到合适位置并安装专用的测量接口。以本公司500kV某变电所母联5100开关的断路器气室的微水测量为例，该型断路器为山东鲁能AEPOWER公司的HGIS设备，选用瑞士的DP19微水仪测量。测量分别通过断路器机构箱中的测量接口和断路器气室的尾部接口分别进行，表2即为测量结果.

表2母联5100开关交接时的微水测量

从实际测量的结果可以分析得出：由于连接管道过长，测量接口端的SF6气体和装有吸附剂的灭弧室的气体不可能完全交流，当将测量接口端的SF6气体人工放掉部分后，测量结果比较相似。

应对措施：

(1)通过和上述类似的测量接口测量微水时，要人工放掉部分气体再测量。

(2)一般认为充气24h后气体稳定，所以实际至少要在气体稳定时测量微水。

(3)从上述测量结果可以引申出，目前有的GIS断路器、隔离开关、电流互感器(CT)等气室通过连接管连通，运行管理上可以把连通的SF6气体当作同一气室对待，但是在进行微水测量时还是要分相测量，因为气体之间的完全交流不如我们想象中充分。

2.5测量次数对SF6气体含水量测量的影响

现场实测表明，同一气瓶中的SF6气体，第一次测量的数值普遍比后面测量的数值要高，产生上述情况的主要原因与气路、接头的干燥与否有关。

应对措施：在测试之前，应对气路、接头进行干燥处理，对于不同的仪器要达到相应说明书规定的干燥标准。

2.6仪器灵敏度对SF6气体含水量测量的影响

目前微水仪的型号众多，以露点仪为例，有瑞士生产的DP19、DP30；国产的有北京兴迪的DP99、北京迪扬的DP100，然而仪器灵敏度是不能和上述两种产品相比的。同时由于微水测量仪在使用过程中灵敏度会逐渐下降，也会影响其准确性。

应对措施：

(1)为了测定数据的准确可靠，最好选用成熟的产品。

(2)选用仪器必须定期进行校验，经校验合格后，才能使用。国网公司的《气体绝缘金属封闭开关设备技术标准》规定：凡电力基建、生产等单位应用的“微水测量仪”的校验有效期为1年。

3 结语

综上所述，只要遵守提出6点措施和仪器说明书就能准确得到水分含量，为设备的可靠运行打下了良好的基础。