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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
0 P$ t% E: Z: e& f% zEffect of Ambient Temperature on Humidity of SF6 Gas0 }* G+ Y& b3 p5 d9 k" b6 n- p
李国兴# g) D# x6 W, v
(黑龙江省电力科学研究院 , 黑龙江 哈尔滨 150030)$ E. j! r# O( y p1 R" Q
摘 要: 分析了SF6 电气设备中气体湿度受运行环境% m& i, J* I7 F7 s' Z9 n, P6 a
1 SF6 电气设备中水分的来源
6 g+ L/ O! C/ _, h, [$ L3 _4 ^6 w温度影响所遵循的变化规律,解决了由于测试温度与
' M, O2 W% f8 ~7 Z& W, U2 M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
) o7 K% Z/ A$ s1 D* S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。
* p0 t. C+ ]& d依据。 在 SF6 电气设备中 ,特别是组合电器 ,在安装
* B- F0 X2 G8 H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
: |( t) H+ H. M8 I4 m3 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
8 b8 `' N! ]! ?7 N( m+ U! V文 章 编 号: 1002 - 1663(2000)0120033204 的水分完全清除。% ?2 A+ o, R, r6 L* Q
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* J2 |2 t+ X m Dcomparable with standard temperature (20 ℃) due to 的水分均有可能被充入设备。
! K9 u) w6 J8 O& t7 v! U) Othe 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
" f: I* y1 G/ e8 B0 sthe standard temperature (20 ℃) is solved through the 而逐渐释放出来。- z& d/ S4 b) |9 I" D) d
analysis of the effect of ambient temperature on the gas
' x/ p- Y5 z" b# _, W: b2 SF6 电气设备中气体湿度受运行9 s+ t! {4 L& P9 W! K' H; i% P
temperature in the SF6 electric equipment , and reliable9 v5 m+ C* x0 w) T' H- v) |
环境温度的影响1 m x: B1 f, s- C7 `6 F$ I" c
data is thus made available for monitoring the SF6 elec25 s a/ [) F# c7 t
tric equipment. 在 SF6 电气设备中 ,固体有机绝缘材料、瓷套3 k/ z7 G: C& e: }% _- l6 `9 q
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! e3 V% K7 D& a1 yture; humidity 且与 SF6 气体中的水分存在着动态平衡。当这些+ E; m2 n1 m8 Z
固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热
5 v) n: Y1 V \ x0 前 言
5 X! o1 g2 O1 k( G运动而从固体材料中释放出来的速度时 ,SF6 气7 ?* ~# m. x2 T" _' l
在 SF6 电气设备中 ,SF6 气体湿度是监督设备
6 a9 R$ n: A/ S3 W' H/ ]. e体湿度将变小 ,反之增大 ,一定时间后两者达到动
N$ p8 E( L( S$ V9 f安全运行的一项重要指标。SF6 气体中水分含量
/ ^2 T( N. k5 G) B7 b态平衡 ,气体中的湿度将恒定不变。当温度发生
9 q, u4 Y9 G# R过高 ,不仅严重降低设备的绝缘强度 ,而且水分的 t2 U: K6 }5 I. f- x" v
变化时 ,原有的平衡被破坏 ,直至达到新的条件下
$ E9 y2 t5 x; W: H7 s存在还会促进 SF6 在电弧作用下的分解 ,以及分
6 g! }0 q) g+ V0 t- C2 Y" R的平衡。
( j! q) X$ l0 i/ M. b解产物的水解 ,这是构成设备内部绝缘性能劣化) _* C% R1 y/ d3 I8 {
假使在温度 T1 , T2 时,设备中气固两相水分. C: C+ k; U( G* F* L
和设备腐蚀的主要原因。此外 ,若 SF6 中含的水
# r$ w8 l: F4 _. j0 l) G/ d& W子运动达到平衡,SF6气体中水蒸汽的分压分别是
9 C5 ]! l; n& V分较多 ,当温度降低时水分可能会在绝缘表面凝/ O9 \7 o9 x# J7 o' V
P1 和 P2 ,根据克劳修斯 —克拉贝龙方程可以导+ y+ Y! w* _4 ~) m# o
结成露水 ,降低设备绝缘 ,所以必须严格控制 SF6
% F* W8 t' P" G& B- @. |出:
9 s' Y+ C; E2 ^ f电气设备内的气体湿度。在多年的气体湿度监测
+ ?% f* x% U3 n- P0 e" h* \7 DP - ΔH ( T - T )
* f5 D/ S/ C" V+ q: G% g; t( U$ B中 ,发现设备内 SF6 气体湿度受运行环境温度影 1 S1 2 1
8 c/ f2 A, H, Q% ?4 w* ~' Y( S+ f= (1)% X% U+ n: u- S0 W& z8 {8 F3 v# g& H
P2 RT1 T2
/ F) j H: Z4 K, }. E- i2 A" K响很大 ,而 GB/ T8905 - 1996 中 SF6 的湿度标准是
. a0 Z1 ~9 A, g. V& _ S5 Z' U; ]式中ΔHS1 ———固相吸附热;; `7 m; A4 c; ^, n. `- x: Y: b
20 ℃的值 ,但测试温度往往不是 20 ℃,有的甚至
# z& O6 P1 o- S2 V. A R ———摩尔气体常数。
z/ S% F; n* N9 H: L+ \与20 ℃相差很大 ,这就给 SF6 电气设备的监督和6 p0 E3 w/ ^/ u, _6 C
若固相中含有的水分足够多时 ,SF6 气体中5 @! r- ~# v$ Z7 w# d
验收带来了困难。本文就设备中 SF6 气体湿度受
- e7 \, R( N. H6 ]4 i水的分压可以分别达到该温度下水的饱和蒸汽
& k! ^5 X% E0 p% `0 E% N% ]运行环境温度影响的情况进行了分析。
; D- g4 ~( ^3 R* B0 H$ n g/ @: J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) G. \' {5 _* {" n
= (2)
1 c2 D" t, a$ D1 z% K2 dP2B RT1 T2; X) M2 w9 t7 E4 v- V
1 中列举了0～41 ℃范围内水的饱和蒸汽压。9 n2 V/ o3 x, _% `% o" }! n$ |
在较小的温度变化范围内 ,ΔHS1 与ΔHS2 可
: l: D8 X' u9 Q# c( J以近似相等,则由(1) 、(2) 两式得:# l0 x6 e7 q" P" v, w o
P1 P1B
5 o* g$ G( I7 A$ r0 f6 d1 Z= (3)' l) P8 U: ]% t; v' ^1 t
P2 P2B) ~6 G' b, c3 J7 o' d; _" n/ _% a" ^
对于 SF6 电气设备 ,由于水蒸汽的分压 Pw 相) B0 O6 G8 ^* I3 a( g1 z
对于 SF6 气体的分压 PL 要小得多 ,所以有:( B5 ~& r( Z" @" C% @
PG = Pw + PL ≈ PL& X9 I, u2 D( f/ G% C
P1 P2
' ]+ k0 D' _* [; L6 B则由 X1 = , X2 = 得:
5 \3 ?6 k: A4 G% Q7 t7 n. _8 ~8 \PG PG" e! x* S0 A; r1 x9 v5 Z
P1 P27 z( |/ L) h2 B% q M; t& y* k8 ?
X1 = , X2 =5 J6 e' e4 x3 v+ Y9 c
P1L P2L
, j. w# W" m9 F3 I" NX1 P1 P2L
$ P3 R j/ Z s) q则有: = · (4)% u+ j3 N; d8 y4 I6 Z
X2 P2 P1L. C4 N8 \3 z* \, C$ l+ D; L! }
将(3)带入(4)式得:$ o/ M4 o& ~4 L O! }) ?% j
X1 P1B P2L
8 W& z3 x% f/ T' @= · (5)
4 M+ C# J) ^8 B! D9 t' JX2 P2B P1L" {: d( q+ l" Z0 q7 S
式中 X1 , X2 ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的湿度" @( W1 y0 o7 C( ]4 `. {
(体积比) ;* B: s& j/ y/ G k8 c! R9 }( F/ W
图1 SF6 的状态参数曲线2 s4 n8 v) N6 g- U
P1G, P2G ———T1 , T2 温度下设备内气体的$ p- e3 C+ g" u! e0 q1 D" y, b
工作压力;5 L: l" T, G4 s& W2 \1 j
对于有压力表的电气设备 ,(8)式可简化为:/ y7 Q6 n* c3 ]" `# x {4 }9 }+ y) X
P1L , P2L ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的绝对
' }- X8 |: g1 l# ^: pP2B P1Y: x) h' K$ b3 \; F. s* @+ i
· · ( )
5 L) C. q4 X) G8 b' n3 @分压力。 X2 = X1 9* w% E& l- D0 z- r6 p
P1B P2Y
: e5 p# I6 H# F9 i6 `. a6 Q 因为一般 SF6 电气设备中 SF6 气体的压力为3 a) n. C5 ~8 W
式中 P1Y, P2Y ———T1 , T2 温度下 SF6 电气设备上
% P* `' S1 _% f9 c! t0152 MPa ,密度较大 ,所以不能视为理想气体 ,在 压力表的读数。
3 S) [8 c X5 X实际应用中只能采用实际气体状态方程来进行计
$ Q- }- w+ N Z9 U7 Z从(9)式中可以看出 ,温度对设备中 SF6 气体% C. w: ^8 d- g3 I8 h
算 ,比较实用的是Beattie —Bridgman公式:
1 A8 Y8 X& t1 H8 s) T湿度的影响情况与设备的技术参数和产品质量有
' @' F$ ^9 T6 o3 _/ p5 h- 3 2& ~! g. I1 k) w5 V& o! |
P = 0.58 ×10 ρT(1 + B) - ρA (6)
+ `, l" @2 c0 Q# T" I密切的关系。设备中 SF6 气体的额定压力越大 ," t' L3 J% l/ f' e, x
- 1! u& ]; L# w8 i$ Z2 R, k
式中 P———SF6 气体的压力 , ×10 MPa;9 H* g$ i" B ?/ R/ y0 H1 y$ {
固体材料的含水量越小 ,运行环境温度对设备中* G2 r0 i* W: p
3) I9 Z4 w7 M0 ?# j% c
ρ ———SF6 气体的密度 ,kg/m ; 气体湿度的影响就越小 ,反之则越大。
8 d3 T: s3 _( B' _2 {# [T ———SF6 气体的温度 , K;) {) T0 b; C: \/ Q7 C; d1 |
电气设备中气体湿度受运行环境4 w# i+ h% Z7 @" D
- 3 - 3 3
- b. @1 z/ X# sA ———01764 ×10 (1 - 0.727 ×10 ρ) ;
, g5 E4 O7 Z" q" K1 |, s' l, i9 I3 C; l- 3 - 3 温度影响的特性曲线3 P& F2 j' w! R3 F# `
B ———2151 ×10 ρ(1 - 0.864 ×10 ρ) ;. p9 u4 x7 K) B
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& |; f; p8 Y
- 3 2/ L) C U6 I/ y G ?
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! f; n7 ~6 @& c1 d0 V
= · (7)0 |5 Q0 c$ T- @' G5 S$ k8 A
- 3 23 E& V5 H# ]+ m7 |3 {
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
4 d4 ~ k0 l2 c" y v( p- 3 2
0 h# G% S* \; E/ X0 J6 N$ S- @. ZP2B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 备中气体的湿度。
' H5 j8 Y$ d) U/ I2 N8 G即 X2 = · - 3 2 ·X1% M& P# W$ o) w1 p: {
P1B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA
0 m/ l8 g1 R9 n0 X0 m$ O5 |' z+ d(8) 4 计算值与实测值的比较
& J% G& D+ t: H 此式即为在运行环境温度下 ,SF6 电气设备
# A$ x5 U4 h" x哈三电厂5 组 SF6 断路器的气体湿度测试结' p! Z6 O/ z& ~2 X0 t
内气体湿度所遵循的变化公式。
7 ]4 Y1 D( X0 E2 n' Y果见表2 ,表3 是以表2 的测试结果作为 X1 ,根据6 N% C! L! J; M
在工程应用中 ,我们可以根据 SF6 的状态参
: q L% q* [9 B/ T公式(8) 计算1998 年5 月测试条件下的气体湿度
5 t) _4 a& [5 P% v& m5 \数曲线(图 1) ,查得某一运行条件下设备内气体9 b* i( l4 x) X
X2 ,并与实测值进行比较。
& U$ C( y/ l- p* @8 B- H5 O G% l的密度 ,并依据该运行温度下气体湿度测试值 ,计2 X/ g5 B" w3 n6 H0 D `8 H
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 ℃). R$ b$ J% J8 Q! X
Pa5 M1 y, |7 S$ l6 n0 [ s/ M
从表3 结果可见 ,测试对比的 5 组断路器当) e. Y6 E: j* N( G g
中 ,测试值与计算值之间的偏差均小于 15 %,说明
% W# A j8 i% M# R5 w测试值与计算值是基本相符的 ,同时证明设备内5 J4 V8 c X6 V y, [$ R$ e4 G9 Z
SF6 气体湿度与运行环境之间的关系是遵循公式
: T* F* K7 J L5 ?- A(8)的。在试验中可根据此变化规律来监测设备
' L# p6 W" m( x中的气体湿度 ,以保证设备的安全运行。' R. j1 _3 h) G0 w [
测试值与计算值存在偏差的原因 ,一是设备( }# [# Z; W- I
图3 温度—湿度曲线
7 N" [4 }" z5 c内气固两相中的水分子分配不能达到完全平衡;
! b h+ H+ b8 [5 r表2 1997 - 06 SF6 气体湿度测试结果3 V$ H" }) N g1 O! b' H
二是不同设备当中的固体材料不完全相同 ,对水
, z2 E# O% V }) a) `" r8 h$ k! Lμ- l# F* i0 g+ ~/ H/ ^
设备编号 相别 环境温度 t ( ℃) 气体湿度 Vr ( L/L)3 u# l O- A3 [+ l6 G5 ^/ X4 i J
分子的吸附能力不同;三是存在着测试误差。
" |! ?$ Q' F' Q5 x: @A 2210 6214/ v2 H6 k# d1 S
2230 B 2210 8616 5 结论5 l0 f. U/ y" }
C 2210 4719/ {9 O# x* F. ~
经过以上分析 ,我们得到了 SF6 电气设备内# K% ~# l+ m2 {' ^2 J4 M
A 2710 6312 气体湿度受运行环境温度影响所遵循的变化公 P+ t. J) F- k) R! r! n, J
2240 B 2710 6117 式 I9 |2 m4 S7 x
,并通过现场实验得到了验证。将测试值换算
$ |8 O: Q& o* }- U8 h8 D4 XC 2710 5417: c$ @( ^" \0 U
到20 ℃的值后 ,与标准值相比较 ,可以判断出设& N# q( @9 P( E7 F1 t
A 2510 7915 备内气体湿度的真实情况 ,这在 SF 电气设备的2 s$ P' _. E) I3 _6 n! F0 h$ s
6
0 H: \9 B; p5 _ e4 m4 o9 E2242 B 2710 12216 交接验收及监督检测工作当中具有重要的意义。1 R# _6 _$ y- k1 n3 w- b$ d
C 2710 7812 |
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