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如何測量SF6六氟化硫中的露點
發表時間:2021-05-12  |  點擊率:87

背景介紹:
為了保證SF6氣體的絕緣特性,降低SF6氣體分解物所產生的酸性副產品物質的形成,須將高壓電氣設備氣室中的水氣含量保持在盡可能低的水平。雖然注入的是干燥的SF6氣體并做到了高壓下的密封,沒有外界新氣流入,但由于氣室內外存在較大差距的水氣分壓,水分子還是有很強的侵入能力,特別是長期運行后的高壓電氣設備更應注意氣體濕度。
傳統的濕度檢測是周期性抽取氣體樣氣,但近年來結合了SF露點在線測量的狀態監測系統逐漸興起。然而這類在線測量應用遇到了很大的挑戰,它完全不同于工業領域的一般露點測量,也不同于SF絕緣設備上的壓力、溫度測量。它的特殊之處在于露點變送器的安裝方式、測量系統中材質的選取以及接頭種類都將決定是否為設備維護和管理者真實提供了想要得到的且有價值的測量數據。此外,如果地處偏遠地區,高壓電氣設備的狀態監測系統更需要高可靠性的表,更長的維護周期。
水氣壓和露點:
自然界水氣無處不在,水氣壓是總氣壓的一部分。例如空氣的總壓力就是大氣壓,而氣體絕緣設備(GIE)的總壓力就是系統壓力。
露點或者霜點(Ta)的定義是某種氣體中的水氣分壓(p,)等于它的飽和水氣分壓(p)所對應的溫度,換句話說,露點/霜點就是某種氣體被冷卻后,其中的水氣冷凝成露水或霜1時的度。
人們通常將霜點(<0℃)用“露點”這個術語替代。但是很重要的一點是須知道某種傳感器測量的是什么參數,這在不同原理的測量儀表之間的比較時尤其重要。
露點不是一個與溫度相關聯的參數,因此可以通過測量另一溫度下的樣氣得出。但露點卻與壓力有很強的相關性,因此很關鍵的一點是確保測量點的壓力與主氣流(即系統)的壓力一致,或者知道測量點的準確壓力以便進行不同壓下的露點換算。例如,將4bar下的露點換算成常壓露點。
水氣擴散:
水分子在氣相中不是束縛在一起,由于體積很小它們可以自由地移動。水蒸汽在不同狀態間總是趨于達到某種平衡,即水分子總是由高壓向低壓遷移,甚至會從系統中高分子材料密封圈或者沿著接頭的金屬表面滲透。這種特性也會發生在環境總壓力較低而系統壓力較高之間,例如大氣空氣環境與SF6高壓電氣設備間。因此不但要考慮壓力密封而且還要做到水氣密封。這種擴散效應非常緩慢,對于大容量氣體可以忽略不計。但是對于在線監測系統中測量單元內小體積的靜止氣體而言就是很顯著的,特別是這種擴散發生在傳感器周圍。
水分遷移:
一個氣體密封的系統中的水蒸汽壓力和露點不是一成不變的,即便假設周圍空氣中水分子沒有向系統中擴散。密閉系統中溫度的變化造成了水分(水蒸氣)在兩種狀態間遷移,即氣態中水分與接觸氣體的固態物質中水分之間遷移。當溫度上升,系統中不同部位的溫度差異會引起固體中的水分向氣體中遷移,這是因為固氣兩個狀態中的水分要趨向平衡,即平衡相對濕度一致。而溫度下降水分遷移則是一個相反過程。氣體絕緣設備(GIE)系統中的水分來源主要是金屬和有機物質表面的空隙,如墊片和密封劑2,3等,與氣體接觸的固體物質的表面積越大,表示水分遷移效果的露點值也越大。


圖二是2010年秋季在線安裝的露點測量結果,它顯示了水分遷移的情況。由于露點傳感器安裝在一個小的采樣腔室中(圖三所示),而且與氣室連接的管路校長、接頭較多,因此傳感器周圍的氣體并不能完全代表氣室中真實的露點狀況。
還不清楚水分遷移是由氣室引起的還是由于安裝傳感器的管路引起的,因為氣室上沒有額外的測量點,所以不可能有其它參考性方法直接測量出氣室中的露點。
除了安裝位置是一個重要因素之外,溫度也要被考慮。如果一個傳感器被安裝在遠離氣室的地方,則傳感器周圍的溫度很可能完全不同于氣室溫度,氣室內由于水分遷移表現出來的氣體濕度水平將顯著不同于測量管路中的氣體。因為靜止氣體中的水分擴散是一個非常緩慢的過程,因此測量出來的露點值可能不能代表氣室中的真實值,這種情況更可能發生在溫度連續變化的過程中,這時連續動態水氣遷移,即平衡還沒有達到。
這種現象對于壓力或密度測量并不是問題,但露點測量則由于安裝位置而得到非正確結果。雖然管路中的這種水分遷移量非常小,但對于在線測量的傳感器測量點周圍的小體積靜止氣體而言則有著顯著影響。

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