【文章內(nèi)容簡介】 7 超出這一范圍時， 誤差將會增大。 在線檢測 P 參數(shù) 鑒于以上的缺陷， 提出了在線實(shí)時監(jiān)控壓力的技術(shù)。 采用壓力傳感器、 變送器，將模擬的壓力信號轉(zhuǎn)換為電流信號， 送到單片機(jī)中處理。 處理后的結(jié)果可通過與上位機(jī)的配合就地讀取報(bào)警或采用 Inter 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端查詢。為了精確測量和易于開發(fā)，本監(jiān)測裝置選用壓力變送器。 H 參數(shù)的監(jiān)測原理 SF6 氣體中水分的來源、 危害及監(jiān)管的必要性 運(yùn)行中的 SF6 氣體絕緣設(shè)備（ GIE）無論怎樣嚴(yán)格控制其安裝及運(yùn)行維護(hù)時的水分浸入，設(shè)備內(nèi)總還是存在水蒸氣，這是絕對的，只是多少不同。究其原因，人們已經(jīng)知道源于以下幾個途徑：（ 1）設(shè)備固體件（包括外殼內(nèi)表面、導(dǎo)體、絕緣體及傳感器等）吸收（ Absorbed）和吸附（ Adsorbed）的水分（封裝時不可能干燥徹底）。（ 2）充氣時，充放氣裝置帶入的水分。（ 3） SF6 新氣自身含有的微量水分（通常不大于 8 ＝ ）。（ 4）運(yùn)行中的產(chǎn)品，從密閉圈及微孔隙向設(shè)備內(nèi)部滲入的水分。盡管所充 SF6 氣體壓 力遠(yuǎn)高于外部大氣， 但由于大氣中的水分壓通常是設(shè)備內(nèi)水分壓的數(shù)倍以上， 故潮氣向內(nèi)部的擴(kuò)散仍存在， 尤其是密封件逐漸老化失效后； 漏氣相的水分通常會嚴(yán)重超標(biāo)就是明證。 這些濕氣滲入設(shè)備內(nèi)部后， 仍以吸附于固體和擴(kuò)散于腔中氣體兩種形式存在。 吸附的濕氣是以分子形式粘著在固體 表面的水， 吸收的濕 氣是以分子形式滲透到有機(jī)固體的水， 滲透率正比于水蒸氣在固體中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)。在沒有電弧或電暈的隔室中，水分的存在主要是降低耐壓水平。有研究表明當(dāng) SF6 中水氣含量達(dá)相對濕度 30％以上時（如圖 21 中為約 35％），沿 面放電電壓開始明顯下降， 而當(dāng)水分以液態(tài)凝結(jié)于絕緣表面 （特別是附有雜質(zhì)時）， 沿面放電電壓可降到干燥時的 60％～ 80％。 由于設(shè)備外部的水氣分壓總是遠(yuǎn)大于內(nèi)部， 向內(nèi)的水分滲入雖然是緩慢的， 但其隨時間的增加是絕對的， 人們不會無視危險(xiǎn)的增加放棄對這一變化量的掌控，不要指望標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程會取消對水分的監(jiān)督，只可能在水氣含量控制值的高低上作出更科學(xué)的修正。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 8 相對濕度 RH ℅（ 200c） 圖 21 SF6沿面絕緣的工頻閃絡(luò)電壓與相對濕度的關(guān)系（ P=） 圖中： 20c～ 400c 20c～ 290c 在有電弧或較嚴(yán)重電暈存在的氣室， 除冷凝降低絕緣能力的危害外， 由于電弧或電暈的高熱， SF6 及其低氟化物與觸頭材料、電極導(dǎo)體、固體絕緣等發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)作用而產(chǎn)生如 CuF2， WF6 等金屬氟化物和碳?xì)?、碳氟的化合物，?dāng) H2O 存在時，又不可避免的因水解作用而生成酸性物質(zhì) SO2， SF2 和毒性強(qiáng)、腐蝕性大的 SOF2， SO2F2， H2SO4， HF 等。 這些放電生成物有的直接對某些金屬體及絕緣體產(chǎn)生腐蝕作用， 有的 以粉末狀漂浮于空間或粘附于絕緣體表面， 嚴(yán)重降低耐壓水平。 短路開斷后的斷路器解體， 曾發(fā)現(xiàn)銅及鍍鋅層表面變色， 填充石英砂的環(huán)氧樹脂澆注體表面有腐蝕砂眼。水分嚴(yán)重時，甚至出現(xiàn)因斷口絕緣能力不 足造成開斷失敗。對這樣的氣室，水分含量的允許值要求更低，對其跟蹤監(jiān)測更不可少。 傳統(tǒng)微水含量監(jiān)測 ? 重量法 重量法是國際電工委員會 IEC376號文件中列為仲裁法， 因此， 國內(nèi)外在制定標(biāo)準(zhǔn)時，都把它列為基準(zhǔn)方法。為了準(zhǔn)確的測定 SF6 氣體中的微量水分，各氣體使用和生產(chǎn)部門均應(yīng)建立此方法。 方法原理是： 根據(jù)濕度量大小采集 30～ 50 升 SF6 氣體（在含量相當(dāng)?shù)偷那闆r下，采氣量可增加到 50～ 100 升），通過顆粒狀無水高氯酸鎂（或五氧化二磷）吸收系統(tǒng)， 定量的把水蒸氣吸收下來，然后精確稱其重量的變化。通過計(jì)算得出結(jié)果。此方法準(zhǔn)確，操作嚴(yán)密，但繁瑣、耗氣量大是其缺點(diǎn)。 ? 電解法 電解法是國際電工委員會 IEC376 號文件中列為日常分析方法而推薦的。 在我國 很多單位都有此種原理的分析儀器，應(yīng)用比較普遍。此方法的原理是： SF6 氣體通過一個電解池， 把吸收下來的水分進(jìn)行電解， 電解電流經(jīng)過儀表或反應(yīng)出含水 量。 電解池是由兩根平行白金絲作電極，裝在玻璃或聚四氟乙烯管（棒）內(nèi)（外）壁，在壁上涂以五氧化二磷吸附劑 （用磷酸的水溶液涂敷電極， 經(jīng)脫水得到）， 當(dāng)氣體通過時，定量的把水分吸收下來， 并進(jìn)行定量的電解。 反應(yīng)式如下： P2O5＋ H2O→ 2HPO3 吸收過程 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 9 4HPO3→ 2P2O5＋ 2H2＋ O2 電解過程 上兩式之和： 2H2O→ H2＋ O2 此電解電流嚴(yán)格遵守法拉第庫侖定律， 根據(jù)儀器測出電流和氣體流量， 很容器計(jì)算出流過了多少電量，電解了多少水，也可以計(jì)算 出氣體的微水含量。為了計(jì)量方便，便于儀表的制作， 已把流量、 溫度和壓力等等幾個參數(shù)加以固定， 所以當(dāng)通以規(guī)定的流量時，便可以知道含水量了。此方法在測定 SF6 氣體時干擾因素少，數(shù)據(jù)重復(fù)，準(zhǔn)確度高、操作簡單， 尤其在測定低含水量時更顯示它的優(yōu)越性。 但此方法最大的缺點(diǎn)是電解效率。 一般來說新裝上的電解池電解效率可達(dá)到 98 ％以上， 隨著使用時間延長， 電解效率慢慢下降。 有以下幾個方面的原因： （ 1） 剛啟動時， 管路里含水量相當(dāng)高， 在電解過程中產(chǎn)生大量的 H2 和 O2， P2O5薄膜又很薄，會逐漸被破壞，形 成不均勻的堆積物，使薄膜局部變厚。 （ 2） SF6 氣體里含有微量的礦物油，當(dāng)氣體通過電解池時，礦物油也都被吸收下來附著在電解池的表面。 （ 3） 在使用過程中，長期的用極干燥氣體吹洗，以致造成電解池越來越干，使電解 池內(nèi)壁涂膜都由 HPO3 轉(zhuǎn)變?yōu)? P2O5 粉末， 隨著氣流的吹洗而吹掉。 （ 4） 氣體中含有與 P2O5 反應(yīng)的其他雜質(zhì)氣體。 電解效率的降低勢必會影響到測量的精度。一般情況下，當(dāng)電解效率低于 85％時， 就不能用了 ? 露點(diǎn)法 露點(diǎn)法是直接利用露點(diǎn)進(jìn)行水蒸氣壓的測量方法， 也是一種日?？刂扑值臏y量方法。 露 點(diǎn)法在國際電工委員會 IEC376 號文件及補(bǔ)充文件之二中作了介紹， 在我國使用也是比較廣泛的。 目前國內(nèi)使用的儀器主要有瑞士 MBW 公司的 DP9， 德國 dilo 公司的 3030ROO1 儀器，其原理是用液氮或半導(dǎo)體帕爾貼電堆作為制冷源，使測量系統(tǒng)金屬鏡面溫度逐漸降低，當(dāng)氣體中的水蒸氣隨著鏡面溫度的逐漸降低而達(dá)到飽和時，鏡面上則開始結(jié)露，這時的鏡面溫度稱為露點(diǎn)。通過光電測量系統(tǒng)的測試， 由儀表指示出露點(diǎn)值或含水量值。這種儀器對測試流量的變化不敏感，即測試流量在一定范圍內(nèi)變化時， 露點(diǎn)值不變。 在根據(jù)露 點(diǎn)值確定 SF6 氣體的濕度。 此方法下限可達(dá)到－ 800c 左右，精度為177。（ 1～ 30c）。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 10 用露點(diǎn)法測量微水含量， 需要消耗大量的冷源，測量過程需要排放一定體積的 SF6 氣體到大氣中， 于設(shè)備運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)均不利。此外， 當(dāng) SF6 氣體中含油量或四氟化物等雜質(zhì)較多時， 往往會引起測量誤差， 從觀察鏡中看到結(jié)露時， 有彩色或一層很厚的白霜， 說明 SF6 氣體中含油量或其他雜質(zhì)含量過多。 用普通露點(diǎn)儀測試露點(diǎn)時， 需注意一下幾個方面的問題： （ 1） 露點(diǎn)值是鏡面壓力的函數(shù)，即露點(diǎn)值是指對應(yīng)壓力下的露點(diǎn)，壓力改變，露點(diǎn)改變 。因此，該方法測試時，要精確測試鏡面壓力。在實(shí)用中一般采用大氣壓力法， 即使鏡面排氣直通大氣， 鏡面壓力即為當(dāng)?shù)卮髿鈮海? 只要精確測出當(dāng)?shù)卮髿鈮?，即可知鏡面壓力。 （ 2） 儀器制冷有過制冷現(xiàn)象， 要等儀器露點(diǎn)值基本不波動時讀數(shù)較為可靠。 （ 3） 測試讀數(shù)按國際規(guī)定以μ L/L 表示。 露點(diǎn)與的換算關(guān)系為： C= P1 106 P0 式中 C：露點(diǎn)值所對應(yīng)的數(shù) P1： 露點(diǎn)值下的飽和水蒸氣壓 P0： 測試露點(diǎn)值時的鏡面壓力 當(dāng)然，測量 SF6 氣體微水含量的方法還有一些，比如氧化鋁敏感元件測濕法，石英晶體振 蕩法，氣相色譜法等。但目前常用的還是以上三種方法。經(jīng)過歸納，以上測量方法有以下幾個方面的缺點(diǎn)： （ 1） 三種測量方法均不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。 （ 2） 三種測量方法均對測量儀器及其規(guī)范使用有很高的要求。 稍微的操作不慎可能會導(dǎo)致很大的誤差。 對測量人員的要求很高。 （ 3） 三種測量方法均需要耗費(fèi)一定體積的被測氣體， 這無論是對于被測設(shè)備的使用還是環(huán)境保護(hù)均不利。 （ 4） 這三種測量方法很難考慮 SF6氣體壓力，測量溫度對測量結(jié)果的影響。所測數(shù)據(jù)能XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 11 否客觀、直觀反應(yīng) SF6 氣體微水含量是否安全值得探討。 體積分?jǐn)?shù)值 ppmV（μ L/L）及其影響因素 鑒于上述水分存在的危害， 相關(guān)的國際和部標(biāo)對水分的控制與限定作出了明文規(guī)定（如表 21）。 這些規(guī)定是以限定氣體中水蒸氣所占比例來表示的。 目前最常用的指標(biāo)量是體積分?jǐn)?shù) ppmV（μ L/L）， 即氣體中的水蒸氣的體積與氣體的總體積的百萬分比。 在工業(yè)現(xiàn)場目前多半采用露點(diǎn)儀測量氣體中的含水量。 采用露點(diǎn)法測量直接反應(yīng)的是測量壓力下（一般是從設(shè)備經(jīng)露點(diǎn)儀和排氣管向大氣均勻穩(wěn)定放氣， 故視為一個大氣壓） SF6 氣體中水分的凝露點(diǎn)溫度所對應(yīng)的飽和水氣壓， 即設(shè)備中的氣體降到一個氣壓時 的絕對水氣壓， 然后用這個絕對水氣壓乘以 106 再除以凝露室的壓力（即當(dāng)時的大氣壓） 才能得到 ppmV 值。 如果儀器直接給出的是 ppmV 值， 那么它一定做了這個換算過程。 如果只給出露點(diǎn)， 要人為查表去完成這個計(jì)算過程。 之所以能這樣得出 ppmV 就是因?yàn)樵谕粶囟认拢? 不同氣體的分壓力之比就是分子數(shù)目之比，也即等于不同氣體所占有的體積之比。 表 21 GB8905 中 SF6設(shè)備在 200c時的氣體濕度允許值 ? 氣體壓力的影響 我們從有些文獻(xiàn)資料中曾看到 ppmV 值不取決于壓力高低， 比如說， 如果 SF6 氣體壓力為 304Kpa（ 3atm）， 微水含量為 300ppmV， 那么當(dāng)壓力減釋為 101Kpa（ 1atm）時，仍然為 300ppmV 的含水量。這是對的，因?yàn)閴毫p小體積膨脹時，水分子在絕對數(shù)量上也相對減少。 我們這里所說的影響不是指這個層面的， 而是指對不同的充氣壓力用同樣的 ppmV 值來評價(jià)含水量是否越限不合理。 如果暫不考慮溫度對 ppmV 值的影響，設(shè) 200c 時，兩設(shè)備的壓力分別是 p1＝ 和 p2 = ， 微水含量均為 937ppmV（或 937μ L/L） 則： p1(00c)??(?)?937 ? p2 (00c)??(? )?937 ? (00c)、 p2 (00c)分別表示換算到 00 c 時兩個容器內(nèi)的水氣壓力。 0 0c時水的飽和蒸汽壓為 。顯然，設(shè)備二內(nèi)在 00c時不會凝露，而設(shè)備一內(nèi)在 00c時剛好凝露， 即是說，在充 氣壓力不同時， SF6 氣體中相同的微水含量體積比并不能代表相同的安全值或危險(xiǎn)程度。 這就是為什么能從有些相關(guān)文獻(xiàn)看到壓力－水分含量界限圖 （見圖 22）。 隔室 有電弧分解物的隔室μ L/L 無電弧分解物的隔室μ L/L 交接驗(yàn)收值 ?150 ?500 運(yùn)行允許值 ?300 ?1000 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 12 顯然按這個圖的界限控制管理水分含量就考慮了壓力的影響。 圖 22 SF6電器設(shè)備水分管理界線 ? 溫度的影響 當(dāng)設(shè)備內(nèi)的水氣總量不變時， 若設(shè)備所處的溫度不同， 測量所得的 ppmV 值就明顯不同，正是由于這一客觀事實(shí)的存在才有表 21“ 200c體積比”的出臺。圖 23 為 SF6 氣體絕緣設(shè)備在含水量基本相同的情況下 ppmV 值隨季節(jié) （溫度） 變化的典型曲線。 圖 23 溫度對 SF6 電器設(shè)備中氣體含水量的影響 圖中坐標(biāo) 1/ 1/ 1/11 等系指從 3月 1日到 11 月 1 日。為什么溫度對 ppmV 值有如此明顯的影響呢？ 這與設(shè)備內(nèi)固體對濕氣的吸收和吸附機(jī)理有關(guān)。 SF6 電氣設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件（包括外殼內(nèi)表）與 SF6 氣體構(gòu)成一個系統(tǒng)，處于固體表面的原子，由于周圍原子對它的作用力不對稱， 即原子所受的力不飽和， 周圍有剩余力場， 可以吸附氣體。 SF6的氣體分子量為 146，水蒸汽的分子量為 18，無論從重量還是體積，水分子 更易被固體XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 13 表面俘獲。 在一定溫度下， 固體構(gòu)件和氣相中的水分處于一種吸附和解吸的動態(tài)平衡中。當(dāng)溫度變化時，這種平衡被打破，溫度升高，被吸附濕氣吸收熱量將獲得動能脫離固體表面而釋放到 SF6 氣體中， 故表現(xiàn)為 p