一种基于卡尔·费休库仑法的SF6微量水分检测仪的研制

王 杰 苏长华 张 力 胡仕红 林 涛

（国网四川省电力公司电力科学研究院成都 610072）

仪器研制与改进

一种基于卡尔·费休库仑法的SF6微量水分检测仪的研制

王 杰 苏长华 张 力 胡仕红 林 涛

（国网四川省电力公司电力科学研究院成都 610072）

研制了一种基于卡尔·费休库仑法的SF6微量水分检测仪，仪器由进样系统、检测系统、数据处理与操作系统组成。仪器的最佳检测条件是：进样流速400～550mL／min，进样量1L。与比重法、露点法和阻容法比较，检测结果的相对标准偏差为7.14～1.10%，与比重法一致。

卡尔·费休库仑法 六氟化硫 微量水分检测仪

纯净的SF6是一种无色、无味、无毒的不燃气体，在常温下化学性能稳定，具有很强的电负性，是一种优良的绝缘和灭弧介质［1－5］，近年来被广泛应用于变电设备的断路器与GIS（气体绝缘开关）设备上，起绝缘与灭弧作用。SF6电气设备中，SF6气体的水分含量是监督设备安全运行的一项重要指标［6，7］。若水分含量过高，会因为SF6的凝点低，在设备内部结露而引发事故；又会导致SF6分解产物的水解，特别会使氢氟酸含量增高，腐蚀设备；还同时会导致电气性能的降低［8－10］，因此必须严格控制SF6的水分含量。

目前SF6气体的水分检测方法主要有3种：即冷凝露点法、阻容法和电解法，3种方法均有缺陷性缺点［11－14］。本研究采用卡尔·费休库仑法，加装气体流量计量与控制装置，改造电解池结构使之适合气体吸收，制成一种能检测SF6气体中微量水分的仪器。通过优化试验条件，使检测SF6的微量水分具有检测速度快、准确度和精密度高的特点。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

纯水，试验室自制；SF6，成都科美特氟业塑胶有限公司；卡尔·费休试剂，大庆日上仪器制造有限公司。

库仑法SF6微量水分检测仪，自制；六氟化硫精密露点仪（DP－19瑞士MBW）；阻容法六氟化硫水分测试仪（RA－601FD），河南日立信股份有限公司；湿度发生器（S4000），英国MICHELL。

1.2 检测仪结构与工作原理

1.2.1 仪器结构

库仑法SF6水分检测仪由3个部分组成：SF6进样系统、检测系统、数据处理与操作系统。进样系统由样品计量控制单元、三通电磁阀、进样器组成，该系统能够实现样品气体流量的控制与计量，是仪器的重要结构单元，对检测数据的准确性起到至关重要的作用；检测系统由电解池、电解电极、检测电极、搅拌器、尾气处理器组成，实现物质反应和检测；数据处理与操作系统由数据处理与人机操作界面操作单元组成，将检测结果由CPU数据处理系统进行计算、显示，人机操作界面单元可以实现系统的参数设置、仪器人工校准、检测操作以及检测数据的存储与打印等；结构图和实物图见图1、图2。

图1 库仑法SF6水分检测系统结构框图

图2 卡尔·费休库仑法SF6水分检测仪

1.2.2 工作原理

被测气源接至仪器的进气口，经仪器的样品计量控制单元，定量后的样品气体进入电解池，样品气体中的水与卡尔 .费休试剂中的碘定量反应，反应后的物质在电解电极的作用下发生电解反应，使溶液中碘在阳极析出［15，16］。如此反复进行，直到试剂中的水全部反应完毕为止，滴定终点由检测电极指示出在反应过程中所消耗的电量，根据电解过程中所消耗的电量与样品中的水分含量的关系自动计算出SF6气体中的水分含量。

2 结果与讨论

2.1 最佳工作条件选择

用湿度发生器对SF6气体进行加湿，加湿后的SF6气体作为样品，研究库仑法SF6水分检测仪的最佳工作条件。

2.1.1 进样流速选择

选择进样量为1L，在不同流速下，仪器对SF6水分含量的检测结果如图3所示。

图3 不同流速下SF6水分含量

由图3可知：流速为400～550mL／min时，测定值比较稳定；大于550mL／min时，测定值随流速的增加而降低，卡尔·费休库仑法测定微量水分是一个先吸收后检测的过程，在吸收过程中，若流速过大会降低卡尔·费休试剂对样品中水分的吸收效率，影响检测结果；流速低于400mL／min时，进样时间过长而超过仪器的进样时限，检测结果偏小，准确率降低。

2.1.2 最佳进样量确定

试验选择进样速率为500mL／min，研究库仑法SF6微量水分检测仪不同进样量下的检测结果，结果如表1所示。

表1 不同进样量下的检测结果

由表1可知：进样量大于或等于1.5L时，进样时间过长，超过了仪器对SF6气体的进样时间，使得检测结果偏小。

2.2 精密度

选取4种不同水分含量的SF6气体组分进行检测，每个样品测定5次后，对检测的结果进行精密度评价如表2。

表2 检测结果的精密度

表2数据表明：该仪器检测SF6中水分的相对标准偏差为7.14～1.10%。对水分含量高的SF6气体，检测精密度高，重复性好。

2.3 与比重法、露点法、阻容法比较

选取4个含水量不同的SF6样品气体，分别用库仑法、比重法、露点法和阻容法进行水分含量测定，4种方法的相对标准偏差如表3。

表3 4种测试方法测试结果的相对标准偏差

试验数据表明：库仑法的相对偏差较小，为1.10%～7.72%，更接近于比重法，所测结果的相关性较好。

3 结论

（1）库仑法SF6检测仪的最佳检测条件：进样流速为400～550mL／min，进样量1L。样品气体能够完全被卡尔·费休试剂吸收，分析结果稳定，准确率高。

（2）精密度与重复性：检测SF6中水分的相对标准偏差为7.14～1.10%。

（3）与比重法等方法比较：SF6气体中水分含量低的相对标准偏差为7.72%；含量高的相对标准偏差为1.10%，检测结果与比重法检测结果一致。

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Development of a SF6trace moisture detector based on Karl Fischer coulometry.

Wang Jie，Su Changhua，Zhang Li，Hu Shihong，Lin Tao

（State Grid Sichuan Electric Power Research Institute，Chengdu，610072 China）

A SF6moisture detector based on Karl Fischer coulometry was developed.The instrument consists of sampling system，detection system，data processing and operating system.The best warking conditions are as follows：Sample rate is 400－550mL／min.The sample size is 1L.Testing results of the instrument was compared with the specific gravity，the dew－point method and the resistence－capacitance method.The relative standard deviation of the instrument is 7.14－1.10%，It is consistent with the specific gravity method.

Karl Fischer coulometry；SF6；trace moisture detector

10.3936／j.issn.1001－232x.2015.05.001

2015－03－16

王杰，男，1979出生，硕士，从事电力绝缘化学研究，E－mail：wjah2007＠163.com。