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发表于 2008-5-5 20:49:32
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来自： 中国福建厦门
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环境温度对六氟化硫气体湿度的影响( ^+ [9 V, W& Q1 K) A+ a4 ~
Effect of Ambient Temperature on Humidity of SF6 Gas
& ]( x9 p& h8 R李国兴+ v: T3 f1 F$ m
(黑龙江省电力科学研究院 , 黑龙江 哈尔滨 150030)' s: M% @3 K: i8 @! g( F% o
摘 要: 分析了SF6 电气设备中气体湿度受运行环境
5 J0 y; Z6 Z/ b9 D _( v+ N1 SF6 电气设备中水分的来源3 E q7 J- a. F. T4 g. i3 m
温度影响所遵循的变化规律,解决了由于测试温度与
" `1 P% G( g7 w9 }0 x0 ?. h标准温度(20℃)不同而使测试值与标准值无法比较这 由于 SF6 新气中含有水分 ,在充气时由钢瓶
! `( m. @0 e Y+ i; c: \+ z一难题,从而为SF6 电气设备的监督检测提供了可靠 直接充入设备中。
\1 Q1 F, W- F* @5 c( K( J) o' B依据。 在 SF6 电气设备中 ,特别是组合电器 ,在安装 z( d8 c- M* h# K
关键词: SF6 电气设备; 环境温度; 湿度 过程中将空气中的水分带入设备中 ,通常在装配
! I5 F# z2 w& j0 o: W" m中图分类号: TM415 文献标识码: A 完设备后要立即进行抽真空 ,但并不能把设备中
/ T8 \( M* L* X6 l, H文 章 编 号: 1002 - 1663(2000)0120033204 的水分完全清除。
9 X/ d+ O1 _% {$ U! ]Abstract: The problem of temperature measured in2 在充气过程中 ,充气管道和减压阀门中带有
; R) V9 g7 c6 b. L2 T: o) `5 Ocomparable with standard temperature (20 ℃) due to 的水分均有可能被充入设备。; Q* L: W8 r1 {' }+ {. G
the difference between the temperature measured and 设备中的固体材料含有的水分随时间的延长# e2 h. L$ C: l
the standard temperature (20 ℃) is solved through the 而逐渐释放出来。# X' v8 G& r* x' G0 U4 c
analysis of the effect of ambient temperature on the gas
( n* [" |. x1 A! z# K+ N/ x2 SF6 电气设备中气体湿度受运行
0 }6 P4 H# z' Mtemperature in the SF6 electric equipment , and reliable
# D0 Y T+ {) M9 _环境温度的影响0 T6 p7 s# D# X* C$ O
data is thus made available for monitoring the SF6 elec26 T5 ~" H# x9 X2 I) C; v
tric equipment. 在 SF6 电气设备中 ,固体有机绝缘材料、瓷套
" V1 v# g7 V; G: e' q+ O! {Key words: SF6 electric equipment; ambient tempera2 内壁、操作拉杆以及吸附剂中均含有微量的水分 ,$ H/ b; @4 s5 M& `
ture; humidity 且与 SF6 气体中的水分存在着动态平衡。当这些+ _( `' a2 G, q/ P) Z) m0 Q4 ?
固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热
: l+ ]* q, |- G( ^ E: X0 前 言
6 P, ]5 b, q z$ Z- g运动而从固体材料中释放出来的速度时 ,SF6 气
- O* p* N* V& A, B- l: F在 SF6 电气设备中 ,SF6 气体湿度是监督设备4 i4 _( n5 b9 b, |6 e3 F
体湿度将变小 ,反之增大 ,一定时间后两者达到动
0 [ G! u/ j& i' \. \5 \; ]安全运行的一项重要指标。SF6 气体中水分含量1 P% Y7 [" t: H' \" \3 B9 ^% P- d
态平衡 ,气体中的湿度将恒定不变。当温度发生
0 ~+ z) V, q; a过高 ,不仅严重降低设备的绝缘强度 ,而且水分的4 E( j3 h8 ~; g3 z' x5 _
变化时 ,原有的平衡被破坏 ,直至达到新的条件下! N5 b+ D) ]7 g1 Y% [3 e
存在还会促进 SF6 在电弧作用下的分解 ,以及分, V" ]/ `7 A# a0 U9 o: @
的平衡。
" C* O! r% g- Q# U. [; |+ k( O解产物的水解 ,这是构成设备内部绝缘性能劣化
' k, R/ _: S5 E7 ?$ y假使在温度 T1 , T2 时,设备中气固两相水分' O& f8 W0 P# S2 y6 ]
和设备腐蚀的主要原因。此外 ,若 SF6 中含的水+ N$ p! S0 V6 ?/ X4 {3 h
子运动达到平衡,SF6气体中水蒸汽的分压分别是
2 X( |( P! \, a& u. ^" Y( }分较多 ,当温度降低时水分可能会在绝缘表面凝% F% \# Q6 s! _- Z
P1 和 P2 ,根据克劳修斯 —克拉贝龙方程可以导
@0 O# r# G+ @5 _结成露水 ,降低设备绝缘 ,所以必须严格控制 SF6
% o% H" @7 {0 [+ f) N7 B出:
3 T- l# G* w& e8 i, }4 p3 M电气设备内的气体湿度。在多年的气体湿度监测: m5 o% [( D- q% ^# y* L# U
P - ΔH ( T - T )6 l: y; J% k9 ` X" C8 C
中 ,发现设备内 SF6 气体湿度受运行环境温度影 1 S1 2 12 r7 C5 w0 y/ U+ ~
= (1)
7 v- a, G+ k6 Q- EP2 RT1 T2
3 f" {; m5 ^& G3 J' i响很大 ,而 GB/ T8905 - 1996 中 SF6 的湿度标准是4 M4 u2 W' ], M4 {2 z) h
式中ΔHS1 ———固相吸附热;
4 ?/ G% _: g. D1 v& J20 ℃的值 ,但测试温度往往不是 20 ℃,有的甚至
; `6 E) z/ T2 R/ b2 m0 }: [* z R ———摩尔气体常数。
# \4 Y+ H; S3 g) ~与20 ℃相差很大 ,这就给 SF6 电气设备的监督和( T0 R0 l2 ]5 `, I$ [- g6 t7 j
若固相中含有的水分足够多时 ,SF6 气体中! _: ]! g" E) G! t
验收带来了困难。本文就设备中 SF6 气体湿度受& B; Q& g7 e5 S8 w, q+ Z |' A
水的分压可以分别达到该温度下水的饱和蒸汽
' a" m+ I9 k7 L2 B! ?: w运行环境温度影响的情况进行了分析。
1 N4 [ f7 J& J) o' C! ?压 P1B 和 P2B , 则根据式(1)得 1B - ΔHS2 ( T2 - T1) P1B , P2B 可以从饱和蒸汽压的参数表中查到。表
/ W5 @6 {# C' M: t3 ]= (2)8 `$ a3 o$ ?2 D% i: s% S6 x- i
P2B RT1 T2
+ ?6 f0 Q) D7 v1 X. B6 Q1 中列举了0～41 ℃范围内水的饱和蒸汽压。
: P5 _$ }8 r! [1 L 在较小的温度变化范围内 ,ΔHS1 与ΔHS2 可
' N! R! s: o6 D/ H" D1 R8 y0 m以近似相等,则由(1) 、(2) 两式得:
0 j+ j% {% t, w( ~% D( @P1 P1B
. q8 ?9 m5 A4 \& v1 G( B) ]= (3); S. |! C3 h' J
P2 P2B) v6 @$ y N8 i* q+ s9 B; w6 w) n
对于 SF6 电气设备 ,由于水蒸汽的分压 Pw 相
' P- ?6 o0 L7 y: z& x) g对于 SF6 气体的分压 PL 要小得多 ,所以有:
1 L; r& b7 N5 l/ `6 ZPG = Pw + PL ≈ PL6 F7 a) x; s) e# j$ O( U I1 k
P1 P2
, j5 T9 O, ?. ~: L则由 X1 = , X2 = 得:
$ F& ~/ ]7 U$ S8 N. { i9 ?; BPG PG
. ~8 l9 @# x1 CP1 P2" x! j) Y0 D/ X5 K) j0 v
X1 = , X2 =
+ F# b, w- T8 Z& H- jP1L P2L4 O( l( D4 l2 G6 n
X1 P1 P2L
8 U" X5 }3 n9 ?( L# y1 {! ^* F则有: = · (4)& \# p( K% t) g% X r2 ?; {
X2 P2 P1L
3 A; x* H) k0 F( f将(3)带入(4)式得:3 Q% W l9 }5 d b' g$ L, P" F! }2 t5 J
X1 P1B P2L% C2 ?) @8 H# ~$ H
= · (5)& J% |& Y0 ~' H/ h
X2 P2B P1L0 ?% c6 @2 z5 l) S- h5 A
式中 X1 , X2 ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的湿度
! H- }9 A7 U; k) u2 b$ d(体积比) ;. S2 W/ [) P6 P& g
图1 SF6 的状态参数曲线& I" R7 L9 @) o% d: O: {
P1G, P2G ———T1 , T2 温度下设备内气体的
* L g4 [3 f3 U5 ]6 h( `" W+ E工作压力;4 X) M" g* Y$ D
对于有压力表的电气设备 ,(8)式可简化为:
4 S6 x% t8 J+ u% s$ gP1L , P2L ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的绝对
6 P; x: D0 ^0 YP2B P1Y
' X |) a1 ]' [6 w· · ( )
6 u6 N9 ?" F" y分压力。 X2 = X1 9
0 V2 U4 b2 D+ xP1B P2Y4 x& x6 ]( e Z7 N4 Y9 S
因为一般 SF6 电气设备中 SF6 气体的压力为
6 j* \) I4 z/ L; M式中 P1Y, P2Y ———T1 , T2 温度下 SF6 电气设备上$ t/ c9 \" l6 A+ Y
0152 MPa ,密度较大 ,所以不能视为理想气体 ,在 压力表的读数。
. X' T9 O8 n N/ b8 m* |$ C$ a4 [实际应用中只能采用实际气体状态方程来进行计
6 H( Q4 W) T$ Z% E从(9)式中可以看出 ,温度对设备中 SF6 气体$ M- r: H. c9 O) ^# Z
算 ,比较实用的是Beattie —Bridgman公式:' |& `* b) F Y0 z) X) ~$ a, `& ~
湿度的影响情况与设备的技术参数和产品质量有9 ^ I0 J+ y3 T; S' T! F2 F* ?4 Y
- 3 27 Z( Y" f7 i/ Z
P = 0.58 ×10 ρT(1 + B) - ρA (6)5 ^# k+ b7 j. o1 J* T9 `/ o5 i4 q
密切的关系。设备中 SF6 气体的额定压力越大 ,4 Q6 W& N2 e |) o% y
- 1( Y$ u9 `) W& r) D% E' C4 F: m
式中 P———SF6 气体的压力 , ×10 MPa; Y4 M+ I9 |$ w5 J6 A
固体材料的含水量越小 ,运行环境温度对设备中
! g+ I) d/ {0 {! K& A1 x; P3
$ Y0 Z' q0 X+ I5 I$ j7 t2 [ρ ———SF6 气体的密度 ,kg/m ; 气体湿度的影响就越小 ,反之则越大。
" P, m( S6 W% t+ C% A3 _8 S. O5 MT ———SF6 气体的温度 , K;
6 X5 m7 E* T& @5 t9 t) J 电气设备中气体湿度受运行环境
4 o4 d* ?/ A& a2 d- 3 - 3 35 \4 u9 F. X2 r2 W) o4 }
A ———01764 ×10 (1 - 0.727 ×10 ρ) ;$ l1 \* S& F, j
- 3 - 3 温度影响的特性曲线0 W9 U" z( e" K7 k# B
B ———2151 ×10 ρ(1 - 0.864 ×10 ρ) ;
3 y x6 E, Q$ V# l+ X 将(6)式带入(5)式得: 根据公式(8) ,将温度与湿度之间的关系绘制, E/ l% _' ^. B. G4 S: y
- 3 2$ w- D, S/ C, n' \/ j. K: Z% `% }
X1 P1B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 成一组温度 —湿度曲线 ,如图2、图3 ,在实际应用; m( e% z6 }* @$ A
= · (7)
0 ]/ `. \' l i' K! @0 \, G. e- 3 2
+ {5 P. t( d' ~8 MX2 P2B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA 中可以根据该组曲线查得不同温度下 SF6 电气设2 n5 y3 W6 G/ K8 R, z5 n$ `) U* q
- 3 28 K' i" V4 W6 Z! S5 e
P2B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 备中气体的湿度。
5 ~. _6 y" V$ r! N# J即 X2 = · - 3 2 ·X15 Q/ M& v7 O( M$ p# j% m
P1B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA
! Z- p4 E" O2 m/ n4 H(8) 4 计算值与实测值的比较$ ]$ G2 D. a( r' o1 d; s
此式即为在运行环境温度下 ,SF6 电气设备3 D, K; L- c+ n6 X+ q4 ^
哈三电厂5 组 SF6 断路器的气体湿度测试结
; H" W' g" u% d: @内气体湿度所遵循的变化公式。
; w& b2 b- L* v8 e4 O, G* I- D果见表2 ,表3 是以表2 的测试结果作为 X1 ,根据7 U* _# Q3 C h6 Q q" C
在工程应用中 ,我们可以根据 SF6 的状态参
* a8 }% p1 |" o* e* [公式(8) 计算1998 年5 月测试条件下的气体湿度; I# W) W/ K8 [& B Z4 ~' o
数曲线(图 1) ,查得某一运行条件下设备内气体8 L, O, {' r7 O* x' r4 Y6 Z
X2 ,并与实测值进行比较。9 T/ o/ T$ _; |/ u- S. D
的密度 ,并依据该运行温度下气体湿度测试值 ,计: ?0 a& O# R1 Y& |
算出设备在不同温度作用下的气体湿度。公式中表1 水的饱和蒸汽压(0～41 ℃)
+ n/ p* U- r: \. }Pa8 Q7 U* K) H- Z# F+ h
从表3 结果可见 ,测试对比的 5 组断路器当; N0 z* Y! M* r% ^" O
中 ,测试值与计算值之间的偏差均小于 15 %,说明$ F' F- e7 ]& u9 P( w2 a
测试值与计算值是基本相符的 ,同时证明设备内* u. H# }4 ?+ p( L# U* K9 @
SF6 气体湿度与运行环境之间的关系是遵循公式& H+ u5 [3 o: |' r+ ~0 C7 q4 l) ^3 @
(8)的。在试验中可根据此变化规律来监测设备" f: P* j7 k7 ^0 Q* O# C
中的气体湿度 ,以保证设备的安全运行。
8 \1 D9 w7 |+ u' ]. V5 {; g: J% Z8 j测试值与计算值存在偏差的原因 ,一是设备* Z. A/ c* A R& ]2 a1 R9 I; a7 U
图3 温度—湿度曲线
- F9 _0 K9 L( z/ J& X! t' W内气固两相中的水分子分配不能达到完全平衡;
2 P8 U% d* S% F* w' W/ {- e表2 1997 - 06 SF6 气体湿度测试结果
0 |6 k8 e+ O* ~* ^4 `4 V$ G二是不同设备当中的固体材料不完全相同 ,对水
& y. V8 k) E+ `& ^. l5 ~$ X0 a4 m' Vμ2 m% ]/ ^' N3 ?8 r
设备编号 相别 环境温度 t ( ℃) 气体湿度 Vr ( L/L)
, g- S9 U9 o, g: K1 W6 q分子的吸附能力不同;三是存在着测试误差。7 x* B( b3 U# y, ^9 C
A 2210 6214# D: Q& D9 q" L; u- E
2230 B 2210 8616 5 结论. V; K: t: m. L4 d6 t
C 2210 47198 H9 P2 f& `- I+ ^) L0 E* J
经过以上分析 ,我们得到了 SF6 电气设备内$ U" }& v: j) h( ^8 n8 _
A 2710 6312 气体湿度受运行环境温度影响所遵循的变化公
; B+ G, D1 `1 x0 o f- B6 L2240 B 2710 6117 式9 s# N9 a2 ^1 a2 G) \: ~
,并通过现场实验得到了验证。将测试值换算
! ]- w0 M: `% f' v3 H1 EC 2710 5417
# W6 {( F0 E. H& f到20 ℃的值后 ,与标准值相比较 ,可以判断出设6 [' q6 B5 E( J4 D
A 2510 7915 备内气体湿度的真实情况 ,这在 SF 电气设备的, Z, n6 O' x5 X c- G
6
' O& q) k: Q' { W& |! z% F2242 B 2710 12216 交接验收及监督检测工作当中具有重要的意义。
2 `* T7 B8 `4 U* LC 2710 7812 |
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