浅谈SF6气体密度、湿度及泄露的在线检测方法

陈　爽

（黑龙江省送变电工程公司调试分公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

浅谈SF6气体密度、湿度及泄露的在线检测方法

陈爽

（黑龙江省送变电工程公司调试分公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

在SF6电器设备的正常运行中，其电器设备内的SF6气体不可避免地会向外发生泄露，且电器外部的潮气也会渗透到高压电器之中，致使SF6气体的密度下降，微水含量超标，给高压电器设备的安全稳定运行带来巨大的隐患。也正因如此，近些年来SF6泄露、SF6中微水含量的在线监测则得到了越来越高的重视。本文笔者即结合个人实践工作经验，就SF6气体密度、湿度及泄露的在线监测方法进行粗略的介绍，以供参考。

SF6；气体密度；湿度；泄露；在线检测

0. 前言

SF6电器设备的实际运行中，往往不可避免地会发生SF6泄露问题，SF6微水含量超标问题，给高压电器设备的正常运行带来巨大的安全隐患。所以，近些年来，大家早已将关注的重点放在了对SF6泄露、SF6微水含量的在线监测工作上，以期为进一步提高SF6电器设备的安全稳定运行做有益的铺垫。因此，以下笔者即对SF6气体密度、湿度以及泄露的在线监测方法进行了逐一的分析与阐述，以期为广大同行在今后SF6电器设备的在线检测工作上提供有益的参考借鉴。

1. SF6气体密度的在线监测

做好SF6气体密度的在线监测具有十分重要的现实意义，这是因为做好SF6气体密度监测是确保高压设备安全稳定运行的关键所在，尤其是一旦SF6高压电器设备发生泄露，那么SF6气体密度势必会随之降低，不仅会造成高压电器开关设备耐压强度的逐渐降低，也会造成断路设备开断容量的逐步下降。所以，做好SF6气体密度监控则尤为重要。

一般而言，我们在判断高压设备能否满足绝缘性能要求或者是灭弧性能要求时，往往使用SF6气体的密度对其进行衡量，也正因如此，SF6的气体密度值大小则会对SF6高压电器设备的绝缘强度产生直接的作用与影响，即单位体积内SF6气体的分子数。我们可以用20℃时SF6气体的实际气压表示SF6气体的密度值。所以，为了能够进一步提高SF6气体绝缘设备的安全运行，就必须做好SF6气体的密度值的实时监控。

而通过试验数据分析，我们可以得知，当SF6气体的密度恒定时，SF6气体的击穿强度与温度之间是没有关系的；而SF6气体的压力恒定时，那么SF6气体的击穿强度就会随着温度的不断升高而相应降低。尤其是在密度一定的前提下，温度发生变化时，压力也会发生变化，而这种变化无论因为漏气，还是温度的作用，引起的不同变化，都可以利用温度补偿修正方法。一旦SF6气体发生泄漏时，那么密度继电器势必会根据密度值的实际变化情况，发出提示，进而人们可以根据相应的提示，采取相应的解决措施，及时补齐以防止电器设备绝缘性能的不断降低。此外，如若SF6气体泄漏过于严重，密度继电器会给出一对闭锁接点信号，在表现设备已经不能再正常的运行下去。

常见的温度补偿或者修正方法，主要有两种：

第一种，是目前最常见的SF6气体状态参数方程，即：

式中：P为压力；t为温度；ρ为密度。

系数A和B，分别是：

第二种，充分利用现代电子技术与传感器技术，从实验出发对不同密度值下的气压与温度关系进行测量分析，将测量值的密度补偿到20℃时的密度值。

2. SF6气体湿度的在线监测

在SF6气体绝缘设备的运行中，无论如何进行严格地安装与运行维护，其设备内部必然会存有水蒸气。虽然在没有电弧或电晕的隔室中，SF6气体即便含有较多的水分也不会发生化学反应，仅会对耐压水平进行降低。但如若在有电弧或者电晕的隔室中，除了绝缘能力会被降低意外，H2O与SF6气体以及金属材料还会发生水解反应，产生剧毒物质、腐蚀性气体，进而造成绝缘损坏与金属腐蚀。因此，做好SF6气体湿度的在线监测尤为重要。

目前，我们可以采取以下两种方法，对SF6气体中的微水含量进行表示。第一种，用SF6气体中所包含的实际水气体积与SF6气体的实际体积之比进行表达；第二种，用SF6中所含水气的质量与SF6气体的质量之比进行表达。我们都知道，水分子含量为18，SF6气体分子含量为146，那么二者比则为8.11，因此，二者之间的质量比仅仅是二者之间体积比的1/8.11。

目前，我们多采用离线测量的方式对SF6气体微水含量进行测试，如：镜面冷凝法、电容法。其中，镜面冷凝法在测量的过程中需要迫使被测气体流动，虽然无法作为SF6气体在线微水含量的测量方式，但是其测量准确性极高；而电容法在测量中虽然不需要迫使被测气体进行流动，但是测量准确性较低。据最新研究表明，在SF6气体含水量的测定上，湿敏电容传感器具有准确性高、稳定性好的诸多优势，可用在GIS/CGB封闭成套电器中SF6气体微水含量的在线测试上。

法国Humirel公司的湿敏传感器HM1520是目前选用最多的湿敏传感器，其具备良好的稳定性与抗化学腐蚀性，且响应速度也很快，可用在低湿环境下。在SF6电器设备中，可将湿度传感器置于SF6气体循环回路中，从而对SF6气体实施更好的湿度监测。而在实际工作中，为了能够进一步方便工作人员的装卸，在电器设备取气口外接的在线测试腔体中装有湿度传感器探头，从而迫使取气腔体与被测气体扩散相通。

与空气中的水分含量相比，SF6气体中的含水量是十分低的。因此，要想准确地测量出SF6气体中的含水量，就必须运用低湿度传感器来测量。尤其是利用高分子聚合物或者是硅半导体亲水材料制作的湿度传感器，能够直接测量出SF6气体的相对湿度。而为了能够更为准确地测量出SF6气体湿度值，在工业现场最好保持20℃时的压力值，采用修正公式对所测量的相对湿度值进行修正。修正公式如下：

式中：H2为20℃时的微水体积比；H1为实时微水测量值；P1为SF6气体实时测量气压值；P2为换算到20℃时SF6气体的气压值；P1S为实时测量温度下的饱和水气压；P2S为换算到20℃时饱和水气压值。

图1　 SF6泄漏激光成像检测系统的原理框图

3. SF6气体泄露的在线监测

如若SF6气体发生泄露，不仅会造成SF6气体密度的降低，大大地降低高压电器设备的绝缘耐压强度，在经过电弧放电时，还会产生剧毒物质与毒性很强的气体，一旦泄露到大气中，不仅会对人体的健康产生巨大的危险，也会进一步加剧温室效应，促进全球变暖。也正因如此，在1997年举办的防止地球变暖的国际会议上，SF6气体已经被明确规定为禁止排放的气体之一。

目前，主要用激光成像法对SF6气体泄露进行在线监测。其原理在于：当激光系统发出的红外激光，入射到被监测区域的物体表面，那么其表面就会对该红外激光进行反射，而反射光势必会沿着原来的光路重新回到监测设备上。同时，由于被监测区域本身就有着固定的温度场，因此在这个大背景环境下势必会产生大量的红外光线，而这些红外光线一定会进入到监测设备之内。如若此时，被监测设备没有泄漏，那么SF6气体就不存在泄露问题，监测设备所接收到的红外线能源背景环境和它本身投射到的红外光线能量就会相互叠加，反之则亦然。在实际监测中，我们就是通过此种方式，对SF6气体是否泄露进行在线监测，并且能够及时地找出泄露的准确位置。其原理如图1所示。

结语

正是因为SF6气体泄露会造成SF6气体密度的不断下降，并对高压电器设备造成巨大的破坏，因此如何解决这一问题俨然已经成为当前人们关注的重点所在。尤其是通过分析，可以清楚地看到，70%～80%的SF6高压电器故障，都有由于SF6泄露、微水含量超标所致。因此，本文通过对SF6气体密度、湿度、泄露的在线检测方法进行粗略地分析与介绍，旨在为广大电力同行，在今后SF6气体的线监测工作上提供全新的思路与有益的参考。

［1］李泰军，王章启，毛艳. SF6气体密度与湿度的在线监测［J］.华通技术，2003（2）：151-152.

［2］陈振生. SF6气体的密度和湿度及泄漏在线检测方法［J］.江苏电器，2006（10）：167-168.

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