1.2　SF₆電氣設備中水分和純度檢測方法簡介

1.2.1　SF₆電氣設備中水分和純度檢測方法現狀

1.2.1.1　SF₆電氣設備中純度檢測方法現狀

目前電力行業用來測量SF₆純度的方法主要有：高壓負電暈放電檢測法、超聲波測量法、熱導分析法、氣相色譜法、紅外吸收光譜法。

① 高壓負電暈放電檢測法的原理是基于SF₆氣體具有絕緣特性這一性質而設計的。不同純度的SF₆氣體在高壓電極放電情況下產生的電流是不同的，可以檢測電流的大小來分析SF₆氣體的純度。這種方法原理簡單、成本低廉，但是制作出的SF₆傳感器的壽命不長，并且放電電流的大小會出現不穩定的現象。

② 超聲波測量法的測量原理是介質的差異會導致聲音傳播速度的不同，如聲音在空氣或N₂中傳播速度約為330m/s，而在SF₆氣體中傳播速度為130m/s。將測量的聲速通過微處理器進行聲速補償并轉化成SF₆含量，國外有些人已使用這種方法，國內目前不多，主要是因為提高精度較為困難。

③ 熱導分析法針對不同氣體會有熱導率的差異，通過測量混合氣體的熱導率來計算被測組分氣體的含量。但是這種方法一般適用的對象是已知組分的混合氣體，在SF₆氣體中混合有各種分解氣體而且部分不穩定，在計算SF₆純度時有時會有多樣結果。另外，根據理想氣體定律，溫度對氣體的體積有影響，在設計分析儀的時候為保障精度必須建立恒溫環境，這就導致儀器的體積會增大，不適合現場便攜使用。

④ 氣相色譜法是利用氣體作流動相的色層分離分析方法，氣體試樣被載氣帶入色譜柱中，通過柱中的固定相與試樣中各組分分子間作用力不同，從色譜柱中流出時間不同，組分彼此分離，根據出峰時間和峰高或峰面積進行定性和定量分析。氣相色譜法檢測SF₆純度準確性和精密度高，但是測量方法較為繁瑣，價格昂貴，且需要攜帶載氣作為流動相，現場應用十分不便。

⑤ 紅外吸收光譜法是利用氣體對特定波長紅外光選擇性吸收的特點建立起來的一種氣體檢測方法。紅外吸收光譜的原理如圖1-1所示，此類傳感器的設計是建立在敏感的光學器件和光路設計的基礎之上的。紅外光譜吸收方法具有使用壽命長、結構緊湊、便于微型化的優點。

1.2.1.2　SF₆電氣設備中水分檢測方法現狀

SF₆電氣設備中的水分檢測方法主要包含露點法、阻容法、電解法和重量法。

① 露點法（冷鏡法）是測量氣體所含水分的凝露及濕度。被測氣體通過一個密封池中的金屬鏡面，用人工控制或借助光電池監控鏡面濕度，以保持穩定的水分凝結量。當測試系統溫度略低于被試品氣體中水蒸氣飽和溫度（露點）時，蒸汽結露。通過熱電偶測得的鏡面溫度為露點。由露點和氣體水分含量的換算公式或對照表，即可得到氣體中水分含量。露點法具有測量精度高、測量時間短、操作方便、適宜現場測量等優點。但是，露點法也存在一定的問題。例如若六氟化硫氣體中有以蒸氣形式存在的烴類或電弧分解產物，這些物質在水分凝露之前就要凝露，從而影響測量結果。此外，受環境溫度影響大，僅適用于環境溫度5～35℃，冬夏測試檢測時間長，很難保證數據的準確性，甚至不能測試。

② 阻容法是選用金屬鋁作為測量探頭，通過電化學方法在金屬鋁表面形成一層氧化膜，進而在膜上沉積一薄層金屬。這樣探頭芯的金屬鋁和探頭表面的金屬膜就構成了一個電容器。使六氟化硫氣體與測量探頭充分接觸，其中的水分被多孔性的氧化鋁層吸附，使電容器的阻抗發生改變。其改變量與水蒸氣濃度成一定關系，經過標定就可以定量測量六氟化硫氣體中的水分含量。阻容法的優點是在低濕度時線性佳、靈敏度高、適用于連續性監測；缺點是氧化鋁探頭所用氧化鋁一般為α晶體，α晶體為不穩定晶型，存在衰變，且金屬鍍膜在長期使用后可能出現脫落現象、由電化學腐蝕等原因造成的不可逆衰減現象。

③ 電解法是氣樣流經一個具有特殊結構的電解池時，其中的水蒸氣被池內作為吸濕劑的P₂O₅膜層吸收、電解。當吸收和電解過程達到平衡時，電解電流正比于氣樣中的水蒸氣含量，這樣可通過測量電解電流得到氣樣的含水量。電解法的優點是價格較低、維修方便，缺點是現場測量前，測量系統本身并不干燥，往往有本底值，這使測量結果不夠精確。

④ 重量法是將一定體積的待測六氟化硫氣體通過裝有無水高氯酸鎂作干燥劑的U形管，由管的增重計算該體積氣體的含水量。該方法相對于其他方法是有效的絕對方法，可以用來校核其他方法，在有疑問或爭議的情況下是測量氣體水分含量的仲裁方法。但是重量法需要玻璃、U形管、氣量計、過濾器、精密天平等儀器，而且測量過程較復雜。因此重量法不適宜在現場應用，但可以在實驗室校驗其他方法的準確性。