如何測量SF6六氟化硫中的露點(diǎn)

背景介紹:
為了保證SF6氣體的絕緣特性，降低SF6氣體分解物所產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)品物質(zhì)的形成，須將高壓電氣設備氣室中的水氣含量保持在盡可能低的水平。雖然注入的是干燥的SF6氣體并做到了高壓下的密封，沒(méi)有外界新氣流入，但由于氣室內外存在較大差距的水氣分壓，水分子還是有很強的侵入能力，特別是長(cháng)期運行后的高壓電氣設備更應注意氣體濕度。
傳統的濕度檢測是周期性抽取氣體樣氣，但近年來(lái)結合了SF露點(diǎn)在線(xiàn)測量的狀態(tài)監測系統逐漸興起。然而這類(lèi)在線(xiàn)測量應用遇到了很大的挑戰，它*不同于工業(yè)領(lǐng)域的一般露點(diǎn)測量，也不同于SF絕緣設備上的壓力、溫度測量。它的特殊之處在于露點(diǎn)變送器的安裝方式、測量系統中材質(zhì)的選取以及接頭種類(lèi)都將決定是否為設備維護和管理者真實(shí)提供了想要得到的且有價(jià)值的測量數據。此外，如果地處偏遠地區，高壓電氣設備的狀態(tài)監測系統更需要高可靠性的表，更長(cháng)的維護周期。
水氣壓和露點(diǎn)：
自然界水氣無(wú)處不在，水氣壓是總氣壓的一部分。例如空氣的總壓力就是大氣壓，而氣體絕緣設備(GIE)的總壓力就是系統壓力。
露點(diǎn)或者霜點(diǎn)(Ta)的定義是某種氣體中的水氣分壓(p，)等于它的飽和水氣分壓(p)所對應的溫度，換句話(huà)說(shuō)，露點(diǎn)/霜點(diǎn)就是某種氣體被冷卻后，其中的水氣冷凝成露水或霜1時(shí)的度。
人們通常將霜點(diǎn)(＜0℃)用“露點(diǎn)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)替代。但是很重要的一點(diǎn)是須知道某種傳感器測量的是什么參數，這在不同原理的測量?jì)x表之間的比較時(shí)尤其重要。
露點(diǎn)不是一個(gè)與溫度相關(guān)聯(lián)的參數，因此可以通過(guò)測量另一溫度下的樣氣得出。但露點(diǎn)卻與壓力有很強的相關(guān)性，因此很關(guān)鍵的一點(diǎn)是確保測量點(diǎn)的壓力與主氣流(即系統)的壓力一致，或者知道測量點(diǎn)的準確壓力以便進(jìn)行不同壓下的露點(diǎn)換算。例如，將4bar下的露點(diǎn)換算成常壓露點(diǎn)。
水氣擴散：
水分子在氣相中不是束縛在一起，由于體積很小它們可以自由地移動(dòng)。水蒸汽在不同狀態(tài)間總是趨于達到某種平衡，即水分子總是由高壓向低壓遷移，甚至會(huì )從系統中高分子材料密封圈或者沿著(zhù)接頭的金屬表面滲透。這種特性也會(huì )發(fā)生在環(huán)境總壓力較低而系統壓力較高之間，例如大氣空氣環(huán)境與SF6高壓電氣設備間。因此不但要考慮壓力密封而且還要做到水氣密封。這種擴散效應非常緩慢，對于大容量氣體可以忽略不計。但是對于在線(xiàn)監測系統中測量單元內小體積的靜止氣體而言就是很顯著(zhù)的，特別是這種擴散發(fā)生在傳感器周?chē)?br data-filtered="filtered" style="-webkit-tap-highlight-color: transparent; appearance: none; margin: 0px;" />水分遷移：
一個(gè)氣體密封的系統中的水蒸汽壓力和露點(diǎn)不是一成不變的，即便假設周?chē)諝庵兴肿記](méi)有向系統中擴散。密閉系統中溫度的變化造成了水分(水蒸氣)在兩種狀態(tài)間遷移，即氣態(tài)中水分與接觸氣體的固態(tài)物質(zhì)中水分之間遷移。當溫度上升，系統中不同部位的溫度差異會(huì )引起固體中的水分向氣體中遷移，這是因為固氣兩個(gè)狀態(tài)中的水分要趨向平衡，即平衡相對濕度一致。而溫度下降水分遷移則是一個(gè)相反過(guò)程。氣體絕緣設備(GIE)系統中的水分來(lái)源主要是金屬和有機物質(zhì)表面的空隙，如墊片和密封劑2，3等，與氣體接觸的固體物質(zhì)的表面積越大，表示水分遷移效果的露點(diǎn)值也越大。

圖二是2010年秋季在線(xiàn)安裝的露點(diǎn)測量結果，它顯示了水分遷移的情況。由于露點(diǎn)傳感器安裝在一個(gè)小的采樣腔室中(圖三所示)，而且與氣室連接的管路校長(cháng)、接頭較多，因此傳感器周?chē)臍怏w并不能*代表氣室中真實(shí)的露點(diǎn)狀況。
還不清楚水分遷移是由氣室引起的還是由于安裝傳感器的管路引起的，因為氣室上沒(méi)有額外的測量點(diǎn)，所以不可能有其它參考性方法直接測量出氣室中的露點(diǎn)。
除了安裝位置是一個(gè)重要因素之外，溫度也要被考慮。如果一個(gè)傳感器被安裝在遠離氣室的地方，則傳感器周?chē)臏囟群芸赡?不同于氣室溫度，氣室內由于水分遷移表現出來(lái)的氣體濕度水平將顯著(zhù)不同于測量管路中的氣體。因為靜止氣體中的水分擴散是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，因此測量出來(lái)的露點(diǎn)值可能不能代表氣室中的真實(shí)值，這種情況更可能發(fā)生在溫度連續變化的過(guò)程中，這時(shí)連續動(dòng)態(tài)水氣遷移，即平衡還沒(méi)有達到。
這種現象對于壓力或密度測量并不是問(wèn)題，但露點(diǎn)測量則由于安裝位置而得到非正確結果。雖然管路中的這種水分遷移量非常小，但對于在線(xiàn)測量的傳感器測量點(diǎn)周?chē)男◇w積靜止氣體而言則有著(zhù)顯著(zhù)影響。