露点仪对SF6气体湿度现场测试的影响

(广西电网有限责任公司柳州供电局，广西 柳州 545005)

1 前言

SF6气体在常温常压下是一种无色、无味、无毒的气体[1]，SF6的化学性质极为稳定，在常温和较高的温度下一般不会发生分解反应，其热分解温度为500℃。SF6的热传导性能比空气好。SF6的电负性很强，这是由其中的氟元素的性质确定的。强电负性使SF6具有优异的电气性能，在均匀电场下它的介电强度是相同气压下的空气的2.5～3倍；另外由于SF6优异的热稳定性和良好的热传导性，使其成为一种优良的灭弧介质。

由于SF6绝缘能力和灭弧能力优异、性质稳定等优点，目前广泛应用于电力系统中。35kV及以上电压等级的开关设备、电流互感器、电压互感器以及110kV等级以上的GIS组合电器大多以SF6作为绝缘介质。

2 水分存在对设备的危害

在SF6设备中，水分的存在会对设备造成很大的危害[2]，主要体现在以下几个方面：影响设备内部绝缘性能，设备的内部绝缘材料多为环氧树脂，水分的增加会使其工频闪络电压下降；影响设备的开断性能，水分的存在促进SF6在电弧作用下的分解反应而阻止其复合反应，造成电弧间的SF6含量降低，导致其灭弧能力下降；腐蚀设备，水分与SF6在电弧作用下的分解产物发生水解反应，生成具有腐蚀性的产物，腐蚀设备绝缘材料，造成设备内部破损，强度降低，最终可能引起爆炸。因此在SF6设备运行过程中，对其进行SF6湿度监测是十分必要的。

在对SF6设备进行现场SF6湿度检测时，外部影响因素很多，比如环境温度湿度、测量仪器、设备内部所含杂质等。本文主要讨论用露点法测试湿度时露点仪本身对SF6湿度现场测试产生的影响。露点仪对湿度测量的影响可以从以下几个方面来探讨。

3 露点仪影响湿度测量的因素

3.1 气路系统

在进行湿度测量时，需将设备内部的SF6气体通过气管引至露点仪内部来，而所用气管的材质、气密性、长度、存储方式都会影响到湿度测量的准确度。测量时如使用吸附性强的橡胶管，则一方面由于管壁会因事先吸附着较多的水分而带入气体中，另一方面管壁会吸附掉气体中的部分水分，而造成湿度测量值的失真。气密性不好的管路会因为气管内外的水汽分压不同而使水分渗透进气管，也会造成湿度值失真。基于上述理由，在气管选用上应遵循以下原则：使用吸附性弱的、气密性良好的内抛光的不锈钢管或者厚壁聚四氟乙烯管，长度尽量缩短[3,4]。此外，气管不使用时应妥善保存，不能长期置于恶劣环境中，有必要时应放置在干燥装置内。事实上由于吸附现象的存在以及完全实现绝对气密的难度，要完全排除掉气管的影响是比较困难的，最好的办法是测试校正前用高纯氮气冲洗一遍气管及仪器，不过此方法在现场测试时极其麻烦，因此，在现场测试时，需在测量值准确度和测试便利性之间取一个可接受的平衡点。

3.2 制冷能力

由于露点仪是通过对SF6气体降温使其中的水分结露来定量水分含量的，因此仪器的制冷能力极其重要。制冷能力在环境温度较高或者SF6湿度较低时对湿度测量的影响较大，如果仪器置于较高温度下时，容易出现不能结露的现象。露点仪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。当温度过高时，则有可能出现测量值偏差。露点仪是通过冷却镜面使气体中的水蒸气在镜面上结露来测量露点再经计算得出湿度值的，其制冷温度能力必然是有限的，环境温度过高则仪器制冷所能达到的最低温度也将相应上升，如果出现当仪器已经降到最低温度，而仍然有部分气体尚未结露，则测量出来的湿度值就会偏小[5,6]。更极端的现象是当仪器降到最低温度时镜面始终没有结露，此时湿度便无法测量。此现象笔者在现场SF6湿度测试时也遇到过，正常测试时结露所需时间为五到八分钟，而当温度较高时，该时间会相应拉长，当出现二十分钟仍未结露时则说明仪器制冷能力达不到测量该湿度所需的低温。解决办法是降低仪器周边环境温度，比如把仪器搬到有空调的车上放置一段时间后在车上进行测试。

通常露点仪有两种制冷方式：半导体制冷、液氮制冷[7]。半导体制冷的特点是制冷迅速、无污染、容易实现高精度的温度控制[8]，但是要实现-60℃以下的低温温度则比较困难；液氮制冷的制冷成本低，并且在低温情况下能够实现持续低温的稳定。两种制冷方式都有其影响的因素，在使用露点仪时应对仪器的制冷方式及其影响因素有所了解。

此外当仪器使用自身电池进行制冷时，其制冷能力会降低，从而可能不能正常结露，影响到露点值的准确性，此现象笔者在现场测试中遇到得比较多，正常的制冷过程，其温度曲线为一个阻尼曲线，即先降低到一个低点然后适当升高，而后再次下降到一个比之前的低点稍高的谷底，如此反复最后趋于平稳。电量少时进行制冷，当温度达到第一个低点时上升后无法再次下降，导致光电元件长时间探测不到结露，湿度数据无法得出。此时如果接上电源，重新制冷，则很快得到湿度值。因此，当使用仪器本身电池时，电量是一个应当注意的因素。

3.3 仪器特色功能

部分仪器厂家为仪器附加的特色功能，比如北京泰普的STP1000A+综合检测仪内附有其“高温低湿模式”，属于其厂家自身专利技术，该模式专为40℃以上的高温环境，-50℃以下露点的SF6气体而特殊设计，能够杜绝高温环境下或者低露点时无法测量的现象。该模式一般情况下应处于关闭状态，在高温环境下或者露点较低时才打开。笔者在现场实践过程中发现，如果长期开启高温低湿模式，则可能导致湿度值长时间不能达到平衡；频繁开闭该模式，也可能导致数据偏移。因此，各个仪器的特色功能，如果使用不当，也有可能会影响到湿度值的测量。

3.4 极端环境

环境温度会对设备内部水分含量产生影响，温度高时，测得的湿度大，温度低时，测得的湿度小[9]。除了对设备内部SF6气体中所含水分的含量产生影响外，在现场测试湿度时，环境温度还会对测试仪器产生影响[5,6]。在高温天气时，仪器很可能因制冷能力受限而不能正常结露。另外，将仪器长期暴露在高温暴晒的环境中，很有可能会对仪器造成无法恢复的损害，因为不仅是仪器制冷能力会受影响，仪器内部的光电元件也会因此受损而不能正常工作。

环境湿度过大时，仪器内部及气路系统均受影响，水分会浸入气管及仪器中[10]。为避免环境湿度对湿度测量值的影响，应保证湿度测量现场的湿度在一定范围内，另外测量时应先将用待测SF6气体流过气管及仪器一段时间再进行测量。

3.5 其他

露点仪镜面脏污会引起仪器误判，本来没有结露的镜面由于镜面受到外来固体颗粒、油污等杂质污染而使露点仪误判为已结露，从而得出虚假的湿度值。

露点仪在结露过程中可能产生过冷水现象，会影响到仪器对结露的判断[11]，如果露点仪不能识别出过冷水现象，则会影响湿度的测量。

露点仪需要定期校正，如果长期在恶劣环境下工作，校正周期应缩短，以保证测量结果的准确性，如果对现场测量数据置怀疑态度的，可以进行现场校正，以现场相同的温度湿度下的纯净SF6气体作为设备内SF6湿度测量的基准，可以排除掉不同环境下的湿度失真情况。校正时应当注意环境温度湿度没有波动，并且保证SF6气体流量与测试时一致。

除了以上所列影响因素外，还有很多其他因素制约着露点仪的正常测量过程，由于露点仪内部部件复杂，每个部件都有其最佳工作环境和因素，如果不能满足，则会带来湿度值测量结果的失真，比如测温元件受损会引起露点温度测量的不准确；温控元件受损会是仪器无法达到结露所需的稳定温度等，这些都会影响到湿度的正常测量以及湿度值的准确性。

4 结语

上述的几个因素并不是仪器对湿度测量的所有影响因素，而测量仪器也并非影响湿度值现场测量的唯一因素，还有环境温度、环境湿度、设备内部杂质等，都是影响SF6湿度的显著因素。由于SF6本身的很多物理化学电气性质和变化规律还有待探索，以及现代测量仪器的多方面因此要想全面了解其湿度的测量，还需要更多的实际测量经验和研究。

[1] 孟玉婵,朱芳菲.电气设备用六氟化硫的监测与监督[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 李义仓,王宏.水分对SF6电气设备的影响和湿度测量的影响因素分析[J].试验与分析,2007,35(3):25-28.

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[5] 毕玉修.用露点仪现场检测SF6气体湿度中异常现象分析[J].江苏电机工程,2006,9:56-58.

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[9] 蔡萱,李善风,肖雅.SF6气体湿度检测结果的分析与判断[J].湖北电力,2012,10:18-20.

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[11] 张学范,崔剑,等.露点仪镜面过冷水的自动识别[J].化学分析计量,2004,1:51-54