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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) T/ D5 l9 c* ?
Effect of Ambient Temperature on Humidity of SF6 Gas' [$ |6 Z+ Z# y7 n& H/ ]$ J* d
李国兴8 }( [- Y. M5 a1 T5 V
(黑龙江省电力科学研究院 , 黑龙江 哈尔滨 150030)
* _! ]+ O! J9 x* i9 U. I0 o+ h摘 要: 分析了SF6 电气设备中气体湿度受运行环境
' |1 C5 O4 H" n, {; d) H- F1 SF6 电气设备中水分的来源
6 x" r" W! o% P温度影响所遵循的变化规律,解决了由于测试温度与
; o; i) I* C" V" y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% y! m" L3 K" N) k, U8 o W8 i
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。( X. I2 Y1 C8 R/ u( x
依据。 在 SF6 电气设备中 ,特别是组合电器 ,在安装
4 }# s a* F- F) }7 P, s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
4 \: k+ e0 d" P. o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( m' J9 l& g7 \- p- F9 S8 K. V
文 章 编 号: 1002 - 1663(2000)0120033204 的水分完全清除。
6 E( R# B. ~5 E7 l6 x# s p: hAbstract: The problem of temperature measured in2 在充气过程中 ,充气管道和减压阀门中带有7 N" I- C# z6 G7 T, N
comparable with standard temperature (20 ℃) due to 的水分均有可能被充入设备。0 Y1 }( _* i5 Q( } \
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
9 ]4 C$ Z9 A# q3 d0 _$ Gthe standard temperature (20 ℃) is solved through the 而逐渐释放出来。
& y2 P. a2 \$ e- W3 p5 `* @5 Tanalysis of the effect of ambient temperature on the gas
7 T. o3 b/ W/ W6 V l+ O2 SF6 电气设备中气体湿度受运行
( N# \$ k5 U \; F! ?* Ctemperature in the SF6 electric equipment , and reliable; `# {/ U) s6 M' q$ h; x1 S
环境温度的影响8 S; H3 W3 p& Z8 L( F! C
data is thus made available for monitoring the SF6 elec2" y3 ~( R( `0 E( m3 n0 W
tric equipment. 在 SF6 电气设备中 ,固体有机绝缘材料、瓷套. H. d% u8 f* J* d9 B# L2 E
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 ,
5 H' R; I/ i, w0 gture; humidity 且与 SF6 气体中的水分存在着动态平衡。当这些
- }. m5 t+ C9 I. b5 O固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热, m W6 Z, T, ^ D( V) I1 M5 a3 [
0 前 言
& ~3 f3 R4 ?* T% L q/ \运动而从固体材料中释放出来的速度时 ,SF6 气1 @6 b# T# q# o
在 SF6 电气设备中 ,SF6 气体湿度是监督设备
9 B3 u+ h( f {1 A7 N体湿度将变小 ,反之增大 ,一定时间后两者达到动
% N( j! V' g' I: A7 v6 T安全运行的一项重要指标。SF6 气体中水分含量0 a9 ~* R+ u) C% u5 V# P) H. W
态平衡 ,气体中的湿度将恒定不变。当温度发生
, E2 a8 z0 B2 _9 p: {, ~过高 ,不仅严重降低设备的绝缘强度 ,而且水分的
9 N: v) M! {" ?. U8 J) W9 f, i变化时 ,原有的平衡被破坏 ,直至达到新的条件下
9 D+ O- T* M6 N$ e; y存在还会促进 SF6 在电弧作用下的分解 ,以及分
# K: Q1 ]0 T4 q- }& ]( g3 w的平衡。$ R/ j) t, A% t2 }
解产物的水解 ,这是构成设备内部绝缘性能劣化9 F7 Z$ O2 Q4 x8 m& u, ]0 S
假使在温度 T1 , T2 时,设备中气固两相水分
1 P+ |/ H1 ]2 ?9 O: @和设备腐蚀的主要原因。此外 ,若 SF6 中含的水
% F, f$ K% ?- ]% v1 m( \7 O. Y子运动达到平衡,SF6气体中水蒸汽的分压分别是) h* Z0 n9 T5 l3 m
分较多 ,当温度降低时水分可能会在绝缘表面凝; D# a8 N V; M; S
P1 和 P2 ,根据克劳修斯 —克拉贝龙方程可以导+ ?/ x0 p1 e' C" k* }! ~! {5 h
结成露水 ,降低设备绝缘 ,所以必须严格控制 SF6
6 |& P* T* v+ y# r1 p出:
i1 A! `" [& I电气设备内的气体湿度。在多年的气体湿度监测
0 M. ?: z$ P( DP - ΔH ( T - T )
0 u- O" Y1 g0 e% s# {6 ~中 ,发现设备内 SF6 气体湿度受运行环境温度影 1 S1 2 1
# A3 o2 w; b) p+ a= (1)
2 Y n6 Z2 g2 Q8 n4 L6 Q7 cP2 RT1 T2/ {( u0 m$ M q4 m* ^6 e% b
响很大 ,而 GB/ T8905 - 1996 中 SF6 的湿度标准是- x8 @- q3 S; |& C
式中ΔHS1 ———固相吸附热;
8 W! i: Z( v" B) V0 x; R; p$ y20 ℃的值 ,但测试温度往往不是 20 ℃,有的甚至 A. Q, T$ G! [6 z) @$ X
R ———摩尔气体常数。# }2 N$ y) I: C6 `4 |
与20 ℃相差很大 ,这就给 SF6 电气设备的监督和( i+ A) e% z" Y7 F+ R
若固相中含有的水分足够多时 ,SF6 气体中: I/ ]; |* T6 E3 s* G& ~
验收带来了困难。本文就设备中 SF6 气体湿度受' v" V/ ^+ U4 m3 `) r: |
水的分压可以分别达到该温度下水的饱和蒸汽
9 ~" z+ w6 B V$ D2 N f: v$ J运行环境温度影响的情况进行了分析。1 H7 E" d6 [% R9 r& X
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
5 f8 Q6 Y% U# D) V3 [. ~) n= (2)
/ @4 \3 R5 w; s' j: N' K# w: u7 `" jP2B RT1 T2
9 f+ z l' Q+ K4 @9 L1 中列举了0～41 ℃范围内水的饱和蒸汽压。
* S1 ^, Z; P. Q. ^% ? 在较小的温度变化范围内 ,ΔHS1 与ΔHS2 可- O- r6 ]. r W# w0 S
以近似相等,则由(1) 、(2) 两式得:( m! A: N) A+ x i7 [, h$ t+ T4 o
P1 P1B& ~$ w9 U) T8 C& E/ Y
= (3)
( ^" G( R! y, i; m; L, rP2 P2B
; m$ q! e( x* F, A: Q2 O8 F 对于 SF6 电气设备 ,由于水蒸汽的分压 Pw 相/ W7 C- ]; D, c* {$ A8 X
对于 SF6 气体的分压 PL 要小得多 ,所以有:* v0 e% W0 \( K* i
PG = Pw + PL ≈ PL+ M: S* h/ ]7 t" H6 p7 V6 s3 x
P1 P2
. `/ W/ }( j0 E! n# k# a则由 X1 = , X2 = 得:. }) [, y' R8 Q7 {& p6 c" J- d
PG PG
6 I6 Z4 | ]2 q: SP1 P24 A Q* e( i8 z& u8 U9 [
X1 = , X2 =% C4 b8 ^! f, `) Q9 E
P1L P2L
! b, h% X5 B- L( r# m5 TX1 P1 P2L, J) {9 o+ Z: H. ]
则有: = · (4)6 G; k3 v# G* O
X2 P2 P1L2 m: `. @* l; m% ]
将(3)带入(4)式得:" |& F, L* G _, t0 Y: l: S
X1 P1B P2L
/ Z/ v, M0 U; ~; A9 k1 M= · (5)) X" S& A% }3 o( a
X2 P2B P1L+ [7 S( Q5 k8 Z" i
式中 X1 , X2 ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的湿度% S+ z, {) N, Y- K. }6 w B
(体积比) ;( ^- W% o( E: a/ D, y; @. b3 h$ |
图1 SF6 的状态参数曲线, h4 p$ q6 ~" O8 j; Z5 J5 S+ x1 S
P1G, P2G ———T1 , T2 温度下设备内气体的' o |2 i) Z4 H3 R
工作压力;, B1 o. U' Y5 U! A
对于有压力表的电气设备 ,(8)式可简化为:
" o" y/ @! N4 t2 vP1L , P2L ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的绝对
+ P/ d/ Q a" o9 [+ I5 ^6 ~7 V; tP2B P1Y4 C0 m4 f$ i" G- @
· · ( )
0 a& D. J* n8 c9 M$ o) u- L, ~! ~分压力。 X2 = X1 9
! K9 Z2 X v$ H( G! V0 x0 b: }9 kP1B P2Y) C& ]5 c& \. h; [, y7 B
因为一般 SF6 电气设备中 SF6 气体的压力为% P1 x: O m; ]& M! D
式中 P1Y, P2Y ———T1 , T2 温度下 SF6 电气设备上
7 M9 j2 p3 w# u- C& U @0152 MPa ,密度较大 ,所以不能视为理想气体 ,在 压力表的读数。
/ t7 b" Y) K: B* k _+ h" M实际应用中只能采用实际气体状态方程来进行计
) a5 p$ L* ^7 N/ ^3 b) P, N从(9)式中可以看出 ,温度对设备中 SF6 气体
# _6 ^( v& V' X% w+ l算 ,比较实用的是Beattie —Bridgman公式:
7 z; X$ _3 N9 b. m/ n3 O7 O湿度的影响情况与设备的技术参数和产品质量有% r' Z& X y& v( |
- 3 2
% P9 g+ Y4 V8 z0 q) P! [P = 0.58 ×10 ρT(1 + B) - ρA (6)5 x& l3 ^) n1 W* t Z5 O, t
密切的关系。设备中 SF6 气体的额定压力越大 ,
' o1 {5 d3 F' `5 m9 P7 Q- 1& i0 e8 q N! R9 b R- ?- _
式中 P———SF6 气体的压力 , ×10 MPa;& F1 B1 A0 N5 \: l
固体材料的含水量越小 ,运行环境温度对设备中
! u) }3 X; U6 U7 e6 [6 |3
2 S) _8 X. ^0 v: X8 O8 rρ ———SF6 气体的密度 ,kg/m ; 气体湿度的影响就越小 ,反之则越大。+ w3 `1 b& }4 y% r! U, L3 ~4 T
T ———SF6 气体的温度 , K;
2 s& t- ]4 M4 R* c 电气设备中气体湿度受运行环境
6 P6 }) r: s- V# n0 ` T" U- 3 - 3 3
7 U0 o& _% @, M3 S- Y) H3 SA ———01764 ×10 (1 - 0.727 ×10 ρ) ;: } }# S. J2 D, w; F
- 3 - 3 温度影响的特性曲线
0 T# J% P( P$ \/ u0 o( u0 dB ———2151 ×10 ρ(1 - 0.864 ×10 ρ) ;5 K9 t* @9 a5 F$ U4 U5 n
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- o( L1 @6 q5 Q" n0 O
- 3 2. x( ?7 C9 S. Y
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
! F9 p9 P: G# `! d7 s* {0 s! Y! ?= · (7)
6 D0 m) E! |1 Y3 F c* w3 m- 3 2
. N2 c9 j4 A7 T" N/ W1 [X2 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9 g; [, k& k# H# |6 ?: {& v
- 3 2
; O8 @% l* ?' P+ NP2B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 备中气体的湿度。
: D' d# C; L0 O) W即 X2 = · - 3 2 ·X1
: B; y: U! E5 w/ O# b5 B% t4 j& wP1B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA1 Z1 H# A9 K# M( n) i6 V/ m
(8) 4 计算值与实测值的比较
) u s) A3 G D0 C 此式即为在运行环境温度下 ,SF6 电气设备
1 h2 p B* j, b3 {哈三电厂5 组 SF6 断路器的气体湿度测试结) C$ H- X" d* |# @# q# z% n
内气体湿度所遵循的变化公式。- ?9 ]) I4 b1 `9 W; t7 s i+ z2 E j) _
果见表2 ,表3 是以表2 的测试结果作为 X1 ,根据/ p( @) a5 G* B3 m! I8 k, }2 ]
在工程应用中 ,我们可以根据 SF6 的状态参
9 H6 } z7 P7 n: C' G公式(8) 计算1998 年5 月测试条件下的气体湿度! b2 T( _# o: b% k
数曲线(图 1) ,查得某一运行条件下设备内气体
- H4 S; f# d$ ]# i5 cX2 ,并与实测值进行比较。$ |: Q9 y! a: l' @8 y$ O. q$ C
的密度 ,并依据该运行温度下气体湿度测试值 ,计
. k+ @$ s; z+ E+ `' G; z; O; L% r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 ℃)
6 w, k& P6 J6 `" ZPa
9 t# O& x! {$ P' S 从表3 结果可见 ,测试对比的 5 组断路器当
! T& q' I+ o9 O# n4 l7 ? F中 ,测试值与计算值之间的偏差均小于 15 %,说明- M/ }, u* P' g" p+ |8 r- ]
测试值与计算值是基本相符的 ,同时证明设备内1 m- |" G9 Y I G9 Z
SF6 气体湿度与运行环境之间的关系是遵循公式( u. L6 |2 H# T5 z+ n! J
(8)的。在试验中可根据此变化规律来监测设备
( D1 D0 K9 [$ ?! E+ ^/ S中的气体湿度 ,以保证设备的安全运行。* s+ l$ P. a+ \0 `
测试值与计算值存在偏差的原因 ,一是设备
& s( r* t) L; b6 X) T2 q- j$ D图3 温度—湿度曲线
9 B" j# r8 W. [7 B$ D/ U内气固两相中的水分子分配不能达到完全平衡;1 R5 }5 A# I a! j* v8 m
表2 1997 - 06 SF6 气体湿度测试结果" A; I1 Z" ~, O9 U' O, `( p1 c
二是不同设备当中的固体材料不完全相同 ,对水
* ]! `* E4 Q( Mμ% o. d( Z; W4 x+ I+ h
设备编号 相别 环境温度 t ( ℃) 气体湿度 Vr ( L/L): j+ ~5 r) P- j( ]' o% Y! `2 w2 L A
分子的吸附能力不同;三是存在着测试误差。4 x) w* \+ i+ \' j% g' h
A 2210 6214
/ w% m! ^* |4 [' W7 o# |2230 B 2210 8616 5 结论* b5 x; _# b. i3 C
C 2210 4719
* h- X, ~5 K" q7 `$ b经过以上分析 ,我们得到了 SF6 电气设备内" ~+ n; H1 k! ^
A 2710 6312 气体湿度受运行环境温度影响所遵循的变化公8 ~0 { U, l9 B; w& @
2240 B 2710 6117 式& s8 Q4 h" s6 s1 O* a8 v3 m
,并通过现场实验得到了验证。将测试值换算
% V0 d% W, U6 T2 [( g- O4 aC 2710 5417
; [: q9 V- f1 D* |: E到20 ℃的值后 ,与标准值相比较 ,可以判断出设, L& G# S& X$ O
A 2510 7915 备内气体湿度的真实情况 ,这在 SF 电气设备的+ b4 p0 v( P$ v% T# g
6
b8 d+ }7 m6 }4 s& N/ C' f% E2242 B 2710 12216 交接验收及监督检测工作当中具有重要的意义。" b! k' L' u1 C+ q4 [) N
C 2710 7812 |
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