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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
, j" Z* ?4 B! C \" a" \- d: l2 EEffect of Ambient Temperature on Humidity of SF6 Gas
8 g' B+ `+ {! I7 k6 i( t5 P李国兴7 ?: S& y! @% X
(黑龙江省电力科学研究院 , 黑龙江 哈尔滨 150030)
- k: _0 v" n( {! C* k- O摘 要: 分析了SF6 电气设备中气体湿度受运行环境& ~6 d$ i8 @6 k. r; C
1 SF6 电气设备中水分的来源
. @& B9 _( ?2 _: c. H8 ^( e温度影响所遵循的变化规律,解决了由于测试温度与$ }* t% D8 M6 G1 C( }* x; L
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7 l9 S* Q# t ^0 B7 q1 \3 G3 _, b
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 {! F4 ^3 q0 _ q依据。 在 SF6 电气设备中 ,特别是组合电器 ,在安装. A( t$ x( G$ \. V/ Z0 z1 k( e5 B 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 W. d/ x' w: c
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! ^# f& X" W! u0 u
文 章 编 号: 1002 - 1663(2000)0120033204 的水分完全清除。
( L8 |/ \ M- V$ EAbstract: The problem of temperature measured in2 在充气过程中 ,充气管道和减压阀门中带有
8 v6 U' C* y" ?0 J* B4 A* P3 ucomparable with standard temperature (20 ℃) due to 的水分均有可能被充入设备。
5 b$ ^9 {$ F. E2 u, @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2 I0 d- U: G7 d1 [) |3 W; A' {5 h
the standard temperature (20 ℃) is solved through the 而逐渐释放出来。1 j) L& u( W# O/ R
analysis of the effect of ambient temperature on the gas
2 y8 y; J" r* B9 G* y2 ^; j/ W7 B, W2 SF6 电气设备中气体湿度受运行8 K( ^' M5 q$ U5 J
temperature in the SF6 electric equipment , and reliable: }- }4 [: Y9 F
环境温度的影响, W% Q7 c1 v. s9 M0 H. }
data is thus made available for monitoring the SF6 elec2
2 K% {' Q5 C. Ptric equipment. 在 SF6 电气设备中 ,固体有机绝缘材料、瓷套( j1 ]( A' b) h, ~: E( x' O; I
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 ,! g/ {( N: q0 F. N x9 a8 `
ture; humidity 且与 SF6 气体中的水分存在着动态平衡。当这些* O, r* [+ q2 {$ V
固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热; y$ ^1 [) h, u: S7 k" V
0 前 言
/ y3 C# C2 k* H, r运动而从固体材料中释放出来的速度时 ,SF6 气
( g1 a# j- A: y0 e! n/ d1 B在 SF6 电气设备中 ,SF6 气体湿度是监督设备
; J1 |2 U* S' {+ q) N体湿度将变小 ,反之增大 ,一定时间后两者达到动; w' g8 r+ f; G; |# l! X# o& }
安全运行的一项重要指标。SF6 气体中水分含量
; q. ~, M$ M* V4 z/ e* _3 L) m; C3 A态平衡 ,气体中的湿度将恒定不变。当温度发生0 I% S' C1 K- g+ J$ H
过高 ,不仅严重降低设备的绝缘强度 ,而且水分的
3 s* I! g0 G" k1 N8 E2 M% @- ]变化时 ,原有的平衡被破坏 ,直至达到新的条件下; ?' r J! D7 ], Q' }
存在还会促进 SF6 在电弧作用下的分解 ,以及分6 t( T5 t7 T# i! Z! m- Z* R
的平衡。
* ]5 B" B0 i' P" q解产物的水解 ,这是构成设备内部绝缘性能劣化
. r) i g, m/ S1 I/ n' M5 d假使在温度 T1 , T2 时,设备中气固两相水分
* X, m! c+ u' D/ b f- \和设备腐蚀的主要原因。此外 ,若 SF6 中含的水
5 i4 c0 i8 n; y4 P子运动达到平衡,SF6气体中水蒸汽的分压分别是
F; O( a1 u# Z! V8 _$ h分较多 ,当温度降低时水分可能会在绝缘表面凝$ T) Z" `, n" B' j7 {2 i
P1 和 P2 ,根据克劳修斯 —克拉贝龙方程可以导 b, |* v* I: I* v) |
结成露水 ,降低设备绝缘 ,所以必须严格控制 SF6+ {- o: K: c' s A5 _7 i( b
出:5 d# t( U0 J; P6 w, F3 L" S
电气设备内的气体湿度。在多年的气体湿度监测
2 G* l+ V9 r L/ hP - ΔH ( T - T )
$ Q [' y$ k/ T' E中 ,发现设备内 SF6 气体湿度受运行环境温度影 1 S1 2 1
: i- e* F+ T" O7 H8 }+ j= (1)( s. T6 U; B( V# U5 ?0 h5 d
P2 RT1 T2. \% o X: H. W
响很大 ,而 GB/ T8905 - 1996 中 SF6 的湿度标准是5 f( |* m+ v) i7 w, U9 F3 s2 _
式中ΔHS1 ———固相吸附热;
6 K- N$ }2 r# N) ?3 R- F% @& F20 ℃的值 ,但测试温度往往不是 20 ℃,有的甚至
9 t6 V( I3 X7 L, Q1 d- k R ———摩尔气体常数。1 M! {9 W C* N' C4 P5 |9 j! n
与20 ℃相差很大 ,这就给 SF6 电气设备的监督和+ h) Q4 p& ~ S9 B5 V4 ^
若固相中含有的水分足够多时 ,SF6 气体中
, _% v7 W _1 n, n7 c% q$ ]; c验收带来了困难。本文就设备中 SF6 气体湿度受1 w8 m/ j5 n; T$ h, `& o+ M$ ]% M
水的分压可以分别达到该温度下水的饱和蒸汽
+ D' T7 I+ ]+ H5 A8 C- e# w$ D1 ~, \) o* b运行环境温度影响的情况进行了分析。
+ x5 }4 F/ ~. K: Q, S) Z$ q- B& 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 G6 o7 h1 b" v
= (2)1 D% ]" s+ j% S s
P2B RT1 T2
4 d" N7 W6 T! u( [- y+ P4 e, Y1 中列举了0～41 ℃范围内水的饱和蒸汽压。' ~: g7 s& \ f; B _
在较小的温度变化范围内 ,ΔHS1 与ΔHS2 可
; R7 o1 ~: X0 \3 {8 v以近似相等,则由(1) 、(2) 两式得:
* q4 J* P% l. f% C7 Q5 ] uP1 P1B, }. T; {/ h' c2 D I9 E0 {+ o
= (3)! ?# d& d6 n5 O# e) G L% z
P2 P2B
. P- O& b4 u! K+ ?5 i. m 对于 SF6 电气设备 ,由于水蒸汽的分压 Pw 相
. k8 B( X7 W$ q% r& U对于 SF6 气体的分压 PL 要小得多 ,所以有:
/ B7 s+ N2 O7 X zPG = Pw + PL ≈ PL, C# y4 o0 ]1 z8 q( P8 w
P1 P2
0 h. P* O+ z- g) T则由 X1 = , X2 = 得:( e) u) K! d5 X7 J& i3 x
PG PG
; E$ K/ ]4 {! ^: c- mP1 P2- _' e+ L7 I; M0 D& L) {3 g# P" C
X1 = , X2 =
" }4 C- _ q; z* }1 a9 z9 xP1L P2L8 D s. U2 f6 l ]
X1 P1 P2L
. h& J. k( A( d0 R5 o; S则有: = · (4)# u2 I. f' x7 C) L0 G& k
X2 P2 P1L
$ j; c& Z; z/ l+ D. X将(3)带入(4)式得:7 F3 q! ` j3 f$ p6 E
X1 P1B P2L
8 d7 X7 w# q# P" u( A= · (5)
) a4 r- ~! \* E9 ]7 `7 UX2 P2B P1L
. j& B- Z. A7 {. {式中 X1 , X2 ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的湿度) |6 e% v2 T! k; G- S
(体积比) ;
+ I2 s, y' o. K( a3 y图1 SF6 的状态参数曲线+ U" Q5 P* t4 u6 w% g$ D
P1G, P2G ———T1 , T2 温度下设备内气体的' @' h* Y8 C$ V4 v
工作压力;
5 Q& a6 ?, V( C' g 对于有压力表的电气设备 ,(8)式可简化为:: x" z- c* n$ | q6 O6 ~4 h
P1L , P2L ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的绝对# p4 q2 w9 k2 ]; }- N
P2B P1Y
1 f+ B7 l) ]1 _. C- @: \5 }; k· · ( )& I" N) @. t3 q: D
分压力。 X2 = X1 95 s5 p( w7 Z/ H( e/ ]; B
P1B P2Y
5 v- z% D; Z" R; i 因为一般 SF6 电气设备中 SF6 气体的压力为/ _6 F$ i0 y c& ]* ^ Y+ M
式中 P1Y, P2Y ———T1 , T2 温度下 SF6 电气设备上
' h1 ?* X( r7 d3 x E. Y0152 MPa ,密度较大 ,所以不能视为理想气体 ,在 压力表的读数。
) L m. T" u- \8 [& O, Y9 |3 E实际应用中只能采用实际气体状态方程来进行计
! B- u/ X' ^' r; u5 q从(9)式中可以看出 ,温度对设备中 SF6 气体
- C9 S4 U/ @1 Z# K2 S算 ,比较实用的是Beattie —Bridgman公式:: j0 D/ J2 r! \- l9 w
湿度的影响情况与设备的技术参数和产品质量有/ f0 H- e7 e; k' m
- 3 2 I p; t8 B2 N( K* F9 U( \
P = 0.58 ×10 ρT(1 + B) - ρA (6)8 W8 `; s8 P, a5 c$ h+ [1 Y
密切的关系。设备中 SF6 气体的额定压力越大 ,& r+ f8 f4 z, C [7 f: [& W: }
- 1- _8 Z% W: a2 ~, T* A+ c
式中 P———SF6 气体的压力 , ×10 MPa;
/ @# h) m7 v$ T$ I' F3 L固体材料的含水量越小 ,运行环境温度对设备中9 Z5 a/ k" P8 @% o0 {9 @
33 S) L! s. B; x' E) s
ρ ———SF6 气体的密度 ,kg/m ; 气体湿度的影响就越小 ,反之则越大。: M- ^, V+ ^8 h: s. P8 T
T ———SF6 气体的温度 , K;% U: a5 Y+ `) s: S5 X. {5 a
电气设备中气体湿度受运行环境
0 p, T. _( A* Y4 L- 3 - 3 3
3 c( N+ a: f' | I- u1 O8 yA ———01764 ×10 (1 - 0.727 ×10 ρ) ;
7 g6 |1 l* F8 v8 G+ A2 X9 T- [. K- 3 - 3 温度影响的特性曲线
' g0 V% N8 M6 M8 \B ———2151 ×10 ρ(1 - 0.864 ×10 ρ) ;' T, j# m1 y5 W+ [$ l% `' i; 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& b: {& D0 K2 g1 D' O1 m% t
- 3 2
2 F' u* K. { IX1 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
- R0 g) q' y T* x= · (7)
* D" E. O; ~/ d8 M D `. n- 3 2% a) }4 K3 `7 b2 m; _* c1 g
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% U3 ~2 G: w$ p. L* u5 P
- 3 2
+ F2 g4 O: z9 a1 XP2B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 备中气体的湿度。
7 R$ F8 e5 o7 y$ i5 `9 t- P即 X2 = · - 3 2 ·X1$ K9 g: B6 D4 u2 C6 G x- \
P1B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA
+ M- |& u) [5 P(8) 4 计算值与实测值的比较
; @! k! q* R$ D6 p 此式即为在运行环境温度下 ,SF6 电气设备
! y. x: M* o& x) |# M1 i哈三电厂5 组 SF6 断路器的气体湿度测试结. O8 }0 Y' c& |
内气体湿度所遵循的变化公式。
2 [0 W- ~7 E0 C) c: E$ k. |; Q果见表2 ,表3 是以表2 的测试结果作为 X1 ,根据
* s, T/ g3 [$ z h, ~" V3 b在工程应用中 ,我们可以根据 SF6 的状态参6 S8 w$ y$ H+ |* R
公式(8) 计算1998 年5 月测试条件下的气体湿度5 h* P5 W+ y: y$ m
数曲线(图 1) ,查得某一运行条件下设备内气体! U- C) w2 I, m/ C- T
X2 ,并与实测值进行比较。5 O$ X; S/ T$ ^% M
的密度 ,并依据该运行温度下气体湿度测试值 ,计" z6 [$ S; b0 Z
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 ℃)
' d. b3 c. b! X6 {8 i) n* S3 Y9 l, }Pa# Y1 @% n+ K ~6 d8 C; F
从表3 结果可见 ,测试对比的 5 组断路器当. z6 L; r. z" z e0 \* E8 _
中 ,测试值与计算值之间的偏差均小于 15 %,说明9 ^# [1 H! N+ N6 R3 L* U
测试值与计算值是基本相符的 ,同时证明设备内
9 ?3 c0 g! z1 LSF6 气体湿度与运行环境之间的关系是遵循公式: B9 ]% j4 ~( H$ m; p( N
(8)的。在试验中可根据此变化规律来监测设备
, R+ T+ H6 Y3 N# l* Y中的气体湿度 ,以保证设备的安全运行。1 g/ [8 R: @# P. m, H, [
测试值与计算值存在偏差的原因 ,一是设备
$ d* c7 S3 o; ^ x3 g图3 温度—湿度曲线
( t# _5 V/ f8 C9 \内气固两相中的水分子分配不能达到完全平衡;) Y4 L- y3 s" ]- u; n
表2 1997 - 06 SF6 气体湿度测试结果
' E; O: K" y& n二是不同设备当中的固体材料不完全相同 ,对水
o6 A- R5 u8 c# j# \μ
7 m4 s8 p3 S* Z* W3 d& A设备编号 相别 环境温度 t ( ℃) 气体湿度 Vr ( L/L)' R0 f9 E' [. _) B& f
分子的吸附能力不同;三是存在着测试误差。
) z! P& ]- o) qA 2210 6214
' W, y2 y0 `" S* I2230 B 2210 8616 5 结论
" C" W* {) ^% n8 ]( P( z* DC 2210 47198 Z9 u* t$ b+ D( ?
经过以上分析 ,我们得到了 SF6 电气设备内
7 ?' _1 c% v! ?A 2710 6312 气体湿度受运行环境温度影响所遵循的变化公9 |8 t7 L4 F6 E8 P# g, @! x6 E$ z
2240 B 2710 6117 式
' m7 w9 V3 y0 \& V,并通过现场实验得到了验证。将测试值换算! O5 n7 a2 _1 E* e' K* l6 t
C 2710 5417
3 L G) K6 K5 D1 Q到20 ℃的值后 ,与标准值相比较 ,可以判断出设
/ H' Z% C$ G& LA 2510 7915 备内气体湿度的真实情况 ,这在 SF 电气设备的6 H) z0 |! z- x" @0 ?* U
6
% \- I% z+ B" C; |. W, ?5 q1 O2242 B 2710 12216 交接验收及监督检测工作当中具有重要的意义。- i+ p, Q! \1 n* o" S: \
C 2710 7812 |
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