六氟化硫電氣設(shè)備在線露點(diǎn)測量

圖三：2010 年秋季在芬蘭的一個(gè)SF6 絕緣開關(guān)上測量出的露點(diǎn)值和溫度值

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(yuǎn)離氣室的地方，則傳感器周圍的溫度很可能完全不同于氣室溫度，氣室內(nèi)由于水分遷移表現(xiàn)出來的氣體濕度水平將顯著不同于測量管路中的氣體。因?yàn)殪o止氣體中的水分?jǐn)U散是一個(gè)非常緩慢的過程，因此測量出來的露點(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(xù)變化的過程中，這時(shí)連續(xù)動(dòng)態(tài)水氣遷移，即平衡還沒有達(dá)到。
這種現(xiàn)象對(duì)于壓力或密度測量并不是一個(gè)問題，但露點(diǎn)測量則由于安裝位置而得到非正確結(jié)果。雖然管路中的這種水分遷移量非常小，但對(duì)于在線測量的傳感器測量點(diǎn)周圍的小體積靜止氣體而言則有著顯著影響。

在線露點(diǎn)傳感器的安裝

當(dāng)設(shè)計(jì)SF6 絕緣設(shè)備上安裝露點(diǎn)傳感器時(shí)，上面描述的水蒸氣特性和表現(xiàn)必須加以考慮，這是基本原則，這樣才能確保正確測量以及得到正確結(jié)果。傳統(tǒng)的SF6 氣體露點(diǎn)測量是從氣室中采集氣樣，就是說在測量過程中氣體是流出的。流動(dòng)的氣體掩蓋了非常緩慢的水分?jǐn)U散效應(yīng)和沿著取樣管氣體和固體間的水分遷移效應(yīng)，這些效應(yīng)還不為公眾深刻了解。
目前在線露點(diǎn)傳感器普遍被安裝在和壓力繼電器或密度傳感器同樣位置的取樣腔室中(圖二)，此外這些腔室往往不是直接與氣室聯(lián)通，而是通過高分子或金屬管路連接。過多的接頭和連接管極易增加水氣擴(kuò)散的機(jī)會(huì)，也在相當(dāng)程度上增加了水分遷移的程度。對(duì)于相對(duì)很小的靜止測量氣樣容量而言，這些影響往往起到主導(dǎo)作用，因此采取上述露點(diǎn)傳感器安裝方式可能會(huì)給設(shè)備管理者提供了不正確的測量結(jié)果。

為了確保SF6 氣體絕緣設(shè)備在線露點(diǎn)測量最好的測量結(jié)果且具有最小的不確定度，關(guān)鍵在于露點(diǎn)傳感器的安裝位置以及實(shí)際的安裝過程。將傳感器裝在離氣室盡可能近的地方，最好是直接在氣室上；盡量減少接頭數(shù)量，極力避免在測量單元附近采用塑料或橡膠材料的連接管線。金屬面到金屬面的密封方式是首選。
傳感器安裝后的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間
維薩拉露點(diǎn)傳感器的響應(yīng)時(shí)間比較快，一般是以秒或分鐘為計(jì)時(shí)單位，但氣體絕緣設(shè)備系統(tǒng)(GIE)的露點(diǎn)測量響應(yīng)時(shí)間并不代表是傳感器本身的響應(yīng)時(shí)間，傳感器安裝后的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)主要考慮因素。當(dāng)安裝傳感器時(shí)周圍空氣中的一些水分會(huì)被帶入到系統(tǒng)的連接部位中，對(duì)于系統(tǒng)中SF6 氣體總量而言這些水分可以忽略不計(jì)，但對(duì)于在測量單元內(nèi)的傳感器而言這種水氣影響就比較顯著，而且可被測出。一般需要相當(dāng)長的時(shí)間才能使測量單元內(nèi)的水氣壓與氣室內(nèi)的水氣壓達(dá)到平衡，即使傳感器安裝的位置非?？拷鳉馐遥瑑蓚€(gè)氣體空間的水氣壓及露點(diǎn)也需要幾十小時(shí)甚至幾天才能相等(見圖四和圖五)。
系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間(=代表性測量)取決于傳感器安裝后測量單元的干燥程度多快能與SF6 主氣室的水氣壓達(dá)到一致，也就是說是指水分子從固體材料中逃逸到測量單元的氣體中，然后再擴(kuò)散到主氣室中，最終達(dá)到平衡的時(shí)間有多快。氣體本身越干燥，固體材料和固體表面干燥的時(shí)間也越長，尤其是在靜止空氣中表現(xiàn)更明顯。兩個(gè)氣體腔室的距離和SF6 的干燥程度影響到了從測量單元到主氣室的擴(kuò)單速度。距離越長、氣體越干燥，達(dá)到100%全響應(yīng)的時(shí)間也越長。如果擴(kuò)散效應(yīng)都發(fā)生在連接管路和接頭處，則測量單元中的水氣壓就不會(huì)與主氣室達(dá)到平衡，這樣的測量結(jié)果就沒有任何代表性。
因此重要的一點(diǎn)是盡量減少安裝過程中引入的初始水分。為了避免水滴掉落在傳感器連接頭處，雨天不應(yīng)進(jìn)行安裝。特別留意不要將灰塵或臟顆粒保留在金屬密封件表面，因?yàn)橐苍S通過這些顆粒，水分子就會(huì)擴(kuò)散進(jìn)來，破壞了測量。嚴(yán)重的話會(huì)使SF6 氣體變濕。傳感器室外安裝時(shí)，防雨罩可以防止水分聚集在連接處，增加水氣擴(kuò)散的可能。

圖四是室內(nèi)系統(tǒng)上的測量數(shù)據(jù)(露點(diǎn)，壓力和溫度)，傳感器安裝位置間圖五(2010 年3 月25 日到4 月14 日)

圖五：直接安裝在設(shè)備本體上的露點(diǎn)-壓力-溫度傳感器(DPT145)，測量單元內(nèi)氣體量約為20ml。測量結(jié)果顯示在圖四上。

系統(tǒng)運(yùn)行后的響應(yīng)時(shí)間

由于傳感器安裝后系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)慢，人們不禁要問當(dāng)SF6 氣室內(nèi)露點(diǎn)開始增加時(shí)傳感器是如何響應(yīng)的。即使有氣體流動(dòng)的情況下，決定這種緩慢的初始響應(yīng)的主導(dǎo)因素是固體物質(zhì)表面(空隙)的干燥耗費(fèi)了很多時(shí)間，而靜止氣體中的干燥耗費(fèi)的時(shí)間更長。只有當(dāng)含有較高濕度的氣體從氣室向較干燥的測量單元(露點(diǎn)測量點(diǎn))擴(kuò)散時(shí)，‘干燥耗時(shí)現(xiàn)象’影響才小，響應(yīng)速度相對(duì)較快。