1.2　SF₆电气设备中水分和纯度检测方法简介

1.2.1　SF₆电气设备中水分和纯度检测方法现状

1.2.1.1　SF₆电气设备中纯度检测方法现状

目前电力行业用来测量SF₆纯度的方法主要有：高压负电晕放电检测法、超声波测量法、热导分析法、气相色谱法、红外吸收光谱法。

① 高压负电晕放电检测法的原理是基于SF₆气体具有绝缘特性这一性质而设计的。不同纯度的SF₆气体在高压电极放电情况下产生的电流是不同的，可以检测电流的大小来分析SF₆气体的纯度。这种方法原理简单、成本低廉，但是制作出的SF₆传感器的寿命不长，并且放电电流的大小会出现不稳定的现象。

② 超声波测量法的测量原理是介质的差异会导致声音传播速度的不同，如声音在空气或N₂中传播速度约为330m/s，而在SF₆气体中传播速度为130m/s。将测量的声速通过微处理器进行声速补偿并转化成SF₆含量，国外有些人已使用这种方法，国内目前不多，主要是因为提高精度较为困难。

③ 热导分析法针对不同气体会有热导率的差异，通过测量混合气体的热导率来计算被测组分气体的含量。但是这种方法一般适用的对象是已知组分的混合气体，在SF₆气体中混合有各种分解气体而且部分不稳定，在计算SF₆纯度时有时会有多样结果。另外，根据理想气体定律，温度对气体的体积有影响，在设计分析仪的时候为保障精度必须建立恒温环境，这就导致仪器的体积会增大，不适合现场便携使用。

④ 气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法，气体试样被载气带入色谱柱中，通过柱中的固定相与试样中各组分分子间作用力不同，从色谱柱中流出时间不同，组分彼此分离，根据出峰时间和峰高或峰面积进行定性和定量分析。气相色谱法检测SF₆纯度准确性和精密度高，但是测量方法较为繁琐，价格昂贵，且需要携带载气作为流动相，现场应用十分不便。

⑤ 红外吸收光谱法是利用气体对特定波长红外光选择性吸收的特点建立起来的一种气体检测方法。红外吸收光谱的原理如图1-1所示，此类传感器的设计是建立在敏感的光学器件和光路设计的基础之上的。红外光谱吸收方法具有使用寿命长、结构紧凑、便于微型化的优点。

图1-1　红外收光谱法

1.2.1.2　SF₆电气设备中水分检测方法现状

SF₆电气设备中的水分检测方法主要包含露点法、阻容法、电解法和重量法。

① 露点法（冷镜法）是测量气体所含水分的凝露及湿度。被测气体通过一个密封池中的金属镜面，用人工控制或借助光电池监控镜面湿度，以保持稳定的水分凝结量。当测试系统温度略低于被试品气体中水蒸气饱和温度（露点）时，蒸汽结露。通过热电偶测得的镜面温度为露点。由露点和气体水分含量的换算公式或对照表，即可得到气体中水分含量。露点法具有测量精度高、测量时间短、操作方便、适宜现场测量等优点。但是，露点法也存在一定的问题。例如若六氟化硫气体中有以蒸气形式存在的烃类或电弧分解产物，这些物质在水分凝露之前就要凝露，从而影响测量结果。此外，受环境温度影响大，仅适用于环境温度5～35℃，冬夏测试检测时间长，很难保证数据的准确性，甚至不能测试。

② 阻容法是选用金属铝作为测量探头，通过电化学方法在金属铝表面形成一层氧化膜，进而在膜上沉积一薄层金属。这样探头芯的金属铝和探头表面的金属膜就构成了一个电容器。使六氟化硫气体与测量探头充分接触，其中的水分被多孔性的氧化铝层吸附，使电容器的阻抗发生改变。其改变量与水蒸气浓度成一定关系，经过标定就可以定量测量六氟化硫气体中的水分含量。阻容法的优点是在低湿度时线性佳、灵敏度高、适用于连续性监测；缺点是氧化铝探头所用氧化铝一般为α晶体，α晶体为不稳定晶型，存在衰变，且金属镀膜在长期使用后可能出现脱落现象、由电化学腐蚀等原因造成的不可逆衰减现象。

③ 电解法是气样流经一个具有特殊结构的电解池时，其中的水蒸气被池内作为吸湿剂的P₂O₅膜层吸收、电解。当吸收和电解过程达到平衡时，电解电流正比于气样中的水蒸气含量，这样可通过测量电解电流得到气样的含水量。电解法的优点是价格较低、维修方便，缺点是现场测量前，测量系统本身并不干燥，往往有本底值，这使测量结果不够精确。

④ 重量法是将一定体积的待测六氟化硫气体通过装有无水高氯酸镁作干燥剂的U形管，由管的增重计算该体积气体的含水量。该方法相对于其他方法是有效的绝对方法，可以用来校核其他方法，在有疑问或争议的情况下是测量气体水分含量的仲裁方法。但是重量法需要玻璃、U形管、气量计、过滤器、精密天平等仪器，而且测量过程较复杂。因此重量法不适宜在现场应用，但可以在实验室校验其他方法的准确性。