六氟化硫气体微水含量过高的危害与微水测量

六氟化硫气体微水含量过高的危害与微水测量
摘要：金属封闭型开关设备中六氟化硫气体含水量过高时，会对开关设备的运行造成危害，并增加设备维护成本。

为了能够减少以六氟化硫气体为绝缘介质的开关设备中水分含量，本文给出了不同情况中六氟化硫气体的含水量测量方法及对应的标准，分析了影响水分含量测量的若干因素，并提供了相应的改善措施。

最终使测量结果更加准确，为设备的可靠运行奠定了良好的基础。

关键词：六氟化硫;开关设备;微水含量
引言：纯SF6气体是无色、无味、无毒、化学性能稳定的不燃气体。

在电气性能上，SF6气体具有良好的绝缘性能及优异的灭弧能力。

因此，随着中国电力行业的迅猛发展，SF6气体在开关设备中的应用越来越广泛。

但是，如果气室中的SF6气体中存在太高的水分，就会损坏设备的运行。

因此，必须严格控制气室中SF6气体的含水量。

1 SF6气体含水量过高的危害
在气室中，当SF6的含水量过高时，会产生以下三种危害：
1、当含水量高时，水气容易在绝缘材料的表面上凝结成液态水，导致绝缘性能降低，并可能造成严重的绝缘闪络击穿。

在电弧作用下产生的的酸性物质，会对固体有机物和金属具有腐蚀作用，缩短设备使用寿命。

2、SF6气体含水量越高，在设备分闸时产生的电弧作用下产生的离子化合物越多，导致SF6气体对电弧的抑制能力将变弱。

3、SF6气体含水量越高，在电弧作用下产生的在有毒有害物质越多，对人体健康有直接的威胁。

因此，必须严格监督和控制SF6气体的含水量。

2 SF6气体微量含水量的标准
实验表明，SF6气体的含水量过多时，温度下降到一定程度，水气就会发生凝结。

如果凝结成液态水，就有可能发展成为事故，造成沿面放电；如果凝结温度足够低，则会凝结成冰并呈现固体形式，对绝缘的影响会小得多。

因此，要求SF6水含量足够小，使得在水蒸气冷凝的情况下不产生水，并且最多只能冷凝成冰。

实际工作结合运行经验，并考虑适当的余量，可以绘制DL/T 603-2206《气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程》规定的微水含量标准[1]，表1即是不同的气室产生电弧的可能性设定的水分含量标准（测量环境温度为20°，微水值为体积比，下同）。

表1 SF6气体含水量标准
3 SF6气体含水量的测量方法
SF6气体含水量应按照GB/T 11605-2005《湿度测量方法》、DL/T 915-2005《六氟化硫气体湿度测定法》、DL/T 914-2005《六氟化硫气体湿度测定法（重量法）》进行测量。

测量方法有重量法、露点法、电解法、电阻电容法。

重量法是国际电工委员会（IEC）推荐的最优方法，但测量难度很大。

露点法和电解法是其推荐的常用测量方法。

露点法原理[2]：测量时，SF6气体在恒定压力下流过露点仪测量室内的金属镜面，通过冷却方式降低镜面温度，并进行精确测量。

当气体中的水蒸汽随镜面温度的降低而饱和时，镜面上出现露点，并在仪器上显示。

再根据露点值、样气压力和SF6气水含量的关系，最终测定所测气体中的体积比含水量。

根据仪器的特点，可根据气室内SF6气体的实际压力分为两种取样方式，取样气体压力为实际压力和取样气体压力为0.1 MPa。

对于要求150μL/ L的含水量的情况，按照GB / T 11605-2005《湿度测量方法》中提供的
公式：Vr = ed /（p-ed）×106≈ed/ pSF6×106。

其中：ed—露点温度下的饱和水蒸气压，以帕（Pa）为单位；Vr体积比，以微升每升
（μL/ L）为单位。

当采取0.1MPa压力采样气体测量时，得到的饱和蒸气压为15Pa，相应的露点为-38.5°;但是在0.7Mpa取样气压下（假定气室SF6气体绝对压力为0.7MPa），所得的饱和蒸汽压为
105Pa，相应的露点为-19.8℃。

由于SF6气体与水的体积相同内容，当采样压力增加7倍时，相应的饱和水汽压也增加7倍，相应的露点也不同。

图1气室中SF6气体含水量与季节变化
的关系。

从图1可以看出，7月份SF6气体的水分含量最高，约为20℃，因此应在此温度下进行
定期测试。

电力行业标准DL/T 506-2007“六氟化硫电气设备绝缘气体的温湿度测定”推荐环境
温度为10〜30℃，实际测量中最低环境温度为10℃，每个测量，环境温度在报告中说明，
以便可以为相同的待测量设备选择类似的环境温度测量值，从而更容易进行比较。

电解原理[3]：SF6气体进入电解槽，样品气体水分被电解水和水分所需的电量吸收和电
解直接测定SF6样品气体含水量。

4 SF6气体含水量测量的影响因素及要点
4.1测量环境温度对SF6气体含水量测量的影响
测量经验表明，对于同一开关设备，由于环境温度测量不同，测量结果差异很大。

原因
包括以下三个方面。

1）不同的环境温度，SF6设备部件、材料吸水能力不同。

微观测试表明，SF6开关设备
的容器内表面在安装或操作过程中会吸附水分子，而容器吸附或释放水分子都与温度有关。

温度降低，材料吸湿的能力增加；温度升高，材料吸湿的能力下降。

因此，SF6气体含水量
测量结果当然是与环境温度有关了。

2）环境温度不同，露点仪冷却能力也不同。

ABB公司生产的DP9露点仪给出了露点仪制冷量与环境温度的关系。

仪器的存放和工作环境温度为-10℃～+ 50℃。

同时不同的环境温度，测量范围也不相同，见表2。

从表2可以看出，高低温环境下不适合现场试验。

表2 DP9露点仪制冷量与环境温度的关系
因此，当测量环境温度较高时，SF6气体水分含量相对较小的情况下，可能是由于设备
缺乏制冷能力造成露点测量误差，因而测得的水分含量不准确或不可用。

3）环境温度不同，吸附剂吸附能力不同。

目前，SF6电气设备主要采用的吸附剂主要有
分子筛和活性氧化铝两种材料。

它们的干燥能力与温度有关，因此使用吸附剂的SF6气体的
含水量随温度而变化。

相应措施：根据标准建议，测量的环境温度应为20℃。

根据挪威科技大学的研究，发现
一年中气体含水量随着温度升高的趋势如图1所示。

月份月份
图1 开关设备气室中SF6气体含水量与季节变化的关系
从图1可以看出，七月份20℃左右SF6气体的水分含量最高，所以在这个温度下应该进
行定期的测试。

电力行业标准DL/T 506-2007 《六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法》推荐在（10～30）℃[4]环境温度下进行试验。

因此，在实际测量中，规定最低环境温度为10℃，在每次测量时，报告中应说明环境温度。

这样对于同一待测设备，可选择类似的环境
温度测量，这有利于比较。

4.2采样气体压力对SF6气体含水量测量的影响
根据以前的分析结果表明：取样压力不同，同一体积的SF6气体的含水量相应的饱和水
蒸气压也不同，相应的露点也不同。

因此，在
测量时应严格按照测量仪器的说明书调整气体流量。

例如，瑞士D19气体流量应为全格
的40％，北京迪阳的DP100气体流量应为全格的20％〜30％。

同时，上述说明书都要求完
全打开微水仪的流量控制阀后，再打开阀门上的空气管接头，并根据说明书将其调整到相应
限制流量。

相应措施：严格按照规定的气体流量调节规定，严禁超出气体流量范围，使测量结果出
现偏差。

4.3 SF6气体含水量测量的测量次数
现场测量显示，同一气瓶中的SF6气体，第一次测量值一般高于后续测量值，发生上述
情况的主要原因是气体管路、接头是否干燥。

相应措施：试验前应对气体管路、接头进行干燥处理，对不同仪器应达到相应的干燥标
准规定。

4.4仪器灵敏度对SF6气体含水量测量的测量
目前，有许多类型的微水仪，以露点仪为例，进口的有DP19、DP30（瑞士产）；国产的有DP99（北京兴迪）， DP100（北京迪扬）。

从仪器灵敏度上来说，瑞士生产的灵敏度要比
北京兴迪、北京迪扬生产的露点仪灵敏度高的多。

同时微水测量仪在使用过程中灵敏度会不
断降低，其准确性也会受到影响。

相应措施：
1）为了准确可靠地测量数据，最好使用成熟的产品。

2）设备必须定期检定，检定后确认合格，才可以使用。

国家电网公司的《气体绝缘金属封闭开关设备技术标准》规定：电力基建、生产等单位
应用“微水测量仪”校准周期为1年。

结束语：
SF6气体含水量，是一个技术性的问题，测量应小心谨慎，按照上述4点对应措施和仪
器说明书可以比较准确的获得含水量。

而精确的测量结果，可以为设备运行打下可靠的基础。

参考文献：
[1]DL/T 603-2006 气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程.
[2]DL/T 11605-2005 湿度测量方法
[3]DL/T 915-2005 六氟化硫气体湿度测定法（电解法）
[4]DL/T 506-2007 六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法
作者简介：
孙伟鹏（1989年10月—），男（民族：汉），河南省许昌市人，助理工程师。

学士，
主要研究开关柜绝缘技术。

吴子恒 (1993年9月-)，男（民族：汉），安徽省合肥市人，助理工程师。

学士，主要研
究产品绝缘及性能检测技术。