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1、湖南电力第33卷增刊1HUNANELECTRICPOWER2013年7月doi:10．3969/j．issn．1008-0198．2013．Z1．009六氟化硫电气设备中水分子扩散过程研究周舟,冯兵,万涛,龚尚昆,陶靖(湖南省电力公司科学研究院,湖南长沙410007)摘要:六氟化硫气体湿度是气体绝缘电气设备安全运行的重要指标,为了研究水分子在设备内的扩散过程,采用流体动力学模拟技术对不同压力条件下水分子从取样口扩散到设备本体的过程进行模拟,结果发现在分子热运动作用下达到完全扩散平衡最少需要222h,证明了在密闭条件下取样口的气体湿度不能实时反映充气设备本体内的气体湿度,
2、六氟化硫气体微水含量在线监测装置不应安装在设备取气口位置。关键词:六氟化硫;湿度;扩散;模拟;在线监测中图分类号:TQ116 文献标识码:A 文章编号:1008-0198(2013)S1-0034-03六氟化硫(SF)气体是目前最理想的绝缘和的位置往往容易发生渗漏,而且固体绝缘材料也集6〔1-2〕灭弧介质,被广泛应用于各类高压电气设备中。中在这些部位,因此,这些部位中的气体湿度较设〔9〕然而,过量水分的存在会使得SF气体的优越性能备本体内的气体湿度要高一些。但是,由于GIS6大幅下降。水分子能够与SF电离产物反应生成设备的制造工艺、气密性要求以及在线监测装置安6HF
3、、SO2、SOF2等有毒气体,对金属部件造成腐装、检修等条件的制约,目前大多数SF6气体微水蚀,导致机械操作失灵。当外界气温突降时,气体在线监测装置只能安装在电气设备的取样口上,这中过量水分还有可能使绝缘部件表面产生凝露,使样就会使得在线监测装置测量的结果不能有效反映沿面闪络电压急剧降低,危及高压电气设备的安全电气设备本体内真实的气体湿度,从而发生误报,〔3-5〕运行。因此对其进行湿度测量是十分必要的。情况严重的还有可能引起误动作,影响电网的安全使用传统的方法进行SF6气体湿度测量需要通过取稳定运行。文中首次运用仿真模型研究了SF6电气样口放气,这对现场工作人员的身体健
4、康以及环境设备取样口气体湿度与设备本体中气体湿度的关都是不利的。而随着智能电网的发展,电气设备中系。SF气体微水含量的在线监测势在必行。此类在线61 实验部分监测装置可以通过固定的湿度传感器反映出电气设备中SF气体水分含量的变化,并适时发出警报,GIS模型如图1所示,长2000mm,直径6506从而实现对电气设备实时运行状况的掌握及控mm,取样口位于设备中部,长150mm,直径10〔6〕制。mm。考虑到断路器的气体压力高于其他气室的压〔7-8〕通常,SF6气体中水分的来源有几种:新力,所以整个模拟过程分别在气体压力为0．4MPa气中含有水分;在充气过程中带入;由外部渗入
5、;或0．5MPa的条件下进行。由于设备为密闭环境,设备内部吸附剂和绝缘材料带入的水分。前面2种水分子的扩散仅能通过分子热运行进行,设备内部来源的水分可以在设备投运前的湿度检测中发现。母线或其它机构在空间上对扩散过程的影响不大,对于运行中的SF6电气设备,SF6气体的对外泄漏可忽略不计。水分子的扩散在25℃条件下进行模和外部湿气的向内渗透总是难免的,只是渗漏量的拟,选用混合网格模型(如图2所示),采用非耦大小存在差异。设备靠近取样口、阀门、管道等处合稳态求解方法。收稿日期:2012-04-15·34·第33卷增刊1周舟等:六氟化硫电气设备中水分子扩散过程研究2013年7月
6、图1 GIS模型图5 0．5MPa压力条件下,X=0切面4t=1．02×10s时的水分子浓度场图2 混合网格模型2 结果与讨论在设备本体不受其它湿度影响的条件下,即没有渗漏以及吸附剂与绝缘材料的影响时,当取样口的湿度已经达到300μL/L,而设备本体内气体湿度为0μL/L的情况下,模拟水分子从取样口扩散到设备本体的情况,不同扩散时间的结果如图3—图6 0．5MPa压力条件下,X=0切面6所示。5t=4．01×10s时的水分子浓度场可以发现,在GIS模型内部气体压力为0．44MPa的条件下,经过1．01×10s的扩散,取样口的湿度下降到0．9μL/L以下,而设备本体内气体
7、湿度有一个明显的从取样口向本体两端下降的浓度梯度,中间最高为0．648μL/L,两端最低为0．2275μL/L,相差0．400μL/L以上;经过4．01×10s的扩散后,取样口的湿度进一步下降到0．400μL/L以下,设备本体内气体湿度扩散得更均匀,中间部图3 0．4MPa压力条件下,X=0切面位与两端的湿度仅有0．008μL/L的差距。气体压4t=1．01×10s时的水分子浓度场力为0．5MPa时的模拟情况与此类似,经过1．02×410s的扩散,取样口的湿度下降到1．4μL/L以下,设备本体内中间部位湿度最高0．675μL/L,两端最低
