六氟化硫电气设备在线露点测量-智能网人工智能智能制造工业互联网机器人物联网车联网碳中和

图一:0.3hPa(mbar)的水气分压对应的露点值

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水气扩散水分子在气相中不是束缚在一起,由于体积很小它们可以自由地移动。水蒸气在不同状态间总是趋于达到某种平衡,即水分子总是由高压向低压迁移,甚至会从系统中高分子材料密封圈或者沿着接头的金属表面渗透。这种特性也会发生在环境总压力较低而系统压力较高之间,例如大气空气环境与SF6高压电气设备间。因此不但要考虑压力密封而且还要做到水气密封。这种扩散效应非常缓慢,对于大容量气体可以忽略不计。但是对于在线监测系统中测量单元内小体积的静止气体而言就是很显著的,特别是这种扩散发生在传感器周围。表一:在两个不同温度(20and35°C)和湿度(50and80%RH)情况下,SF6气室中和大气环境中两者不同的露点、相对湿度和水气压。水分子倾向于从高水气压向低压出移动,以期达到平衡。

图二:露点传感器室外安装图。传感器与气室间是用管路连接,右图是摘掉防雨罩后的图片

还不清楚水分迁移是由气室引起的还是由于安装传感器的管路引起的,因为气室上没有额外的测量点,所以不可能有其它参考性方法直接测量出气室中的露点。

图三:2010年秋季在芬兰的一个SF6绝缘开关上测量出的露点值和温度值

除了安装位置是一个重要因素之外,温度也要被考虑。如果一个传感器被安装在远离气室的地方,则传感器周围的温度很可能完全不同于气室温度,气室内由于水分迁移表现出来的气体湿度水平将显著不同于测量管路中的气体。因为静止气体中的水分扩散是一个非常缓慢的过程,因此测量出来的露点值可能不能代表气室中的真实值,这种情况更可能发生在温度连续变化的过程中,这时连续动态水气迁移,即平衡还没有达到。这种现象对于压力或密度测量并不是一个问题,但露点测量则由于安装位置而得到非正确结果。虽然管路中的这种水分迁移量非常小,但对于在线测量的传感器测量点周围的小体积静止气体而言则有着显著影响。

在线露点传感器的安装

当设计SF6绝缘设备上安装露点传感器时,上面描述的水蒸气特性和表现必须加以考虑,这是基本原则,这样才能确保正确测量以及得到正确结果。传统的SF6气体露点测量是从气室中采集气样,就是说在测量过程中气体是流出的。流动的气体掩盖了非常缓慢的水分扩散效应和沿着取样管气体和固体间的水分迁移效应,这些效应还不为公众深刻了解。目前在线露点传感器普遍被安装在和压力继电器或密度传感器同样位置的取样腔室中(图二),此外这些腔室往往不是直接与气室联通,而是通过高分子或金属管路连接。过多的接头和连接管极易增加水气扩散的机会,也在相当程度上增加了水分迁移的程度。对于相对很小的静止测量气样容量而言,这些影响往往起到主导作用,因此采取上述露点传感器安装方式可能会给设备管理者提供了不正确的测量结果。

图四是室内系统上的测量数据(露点,压力和温度),传感器安装位置间图五(2010年3月25日到4月14日)

图五:直接安装在设备本体上的露点-压力-温度传感器(DPT145),测量单元内气体量约为20ml。测量结果显示在图四上。

图六:试验设置:湿度发生器给出2.5升/分钟流速的气体,其中露点是可设置的。模拟气室容积是10升。传感器用DiloDN20固定在气室上,用计算机记录数据。标准露点仪MBW373LX冷镜露点仪,连接在气室出气口。

总结为了确保在线监测系统提供稳定可靠、有价值的且具有最小不确定度的露点测量数据,关键点在于露点传感器的安装位置以及实际的安装过程,直接将传感器安装于气室上可获得最佳的测量结果。传感器周围的接头和密封件必须采用高质量的金属材料。传感器安装后达到SF6主气室的露点数值后再进行监测记录才有可能确定是否有通过接头和/或管路扩散进来的多余水气干扰了测量,这样才能确保长期测量的数据可靠、可信,避免任何错误报警。参考文献1."AGuidetotheMeasurementofHumidity",byNationalPhysicalLaboratory,ISBN0-904457-24-9,19962."IEEEGuideforMoistureMeasurementandControlinSF6Gas-InsulatedEquipment",IEEEStd1125-19933."SF6RecyclingGuide",CigreTaskForceB3.02.01

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