SF6气体湿度计算优化与应用

孙红梅，张 凯

（1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

SF6气体湿度计算优化与应用

孙红梅1，张 凯2

（1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

介绍了露点法测量气体湿度的原理，研究并优化了SF6气体湿度计算方法，并将研究所得方法应用于生产实际。通过对比应用情况发现，利用EXCEL、MATLAB、FrontPage等软件实现优化的计算方法，优于目前采用的手动查找并计算的方法，而且通过对比几种优化后的计算方法，得出用FrontPage实现的查找并计算方法具有占用资源少、界面明了等优点。

六氟化硫；露点法；微水计算

随着电力系统的大力发展，SF6气体绝缘的电力设备得到广泛的使用，尤其是500 kV电压等级的设备几乎全部采用了SF6绝缘的全封闭或半封闭的设备［1-3］。随着SF6气体绝缘设备的试验台次增加，大量的试验数据处理工作随之而来，而目前采用的手动查找表格并进行计算的方法在效率和正确性等方面已不能满足实际需求。

1 SF6气体湿度测量和计算

1.1 SF6气体露点值的测量

露点法测试的原理为：当一定体积的气体在恒定的压力下均匀降温时，气体和气体中水分的分压保持不变，直至气体中的水分达到饱和状态，该状态下测得的气体的温度就是气体的露点。故测量气体的露点值可用于检测气体的相对湿度。在使用露点仪进行测试过程中必须要避免出现冷壁效应［3］，即水分在其它测试系统部分凝结现象，以保证所测得数据的正确性。常见露点仪连接方式如图1所示。

图1 常见露点仪连接方式1—SF6电力开关／SF6气罐；2—取气连接点；3—气体输送管；4—连接管控制阀门；5—接入仪器点；6—露点测试仪

1.2 露点值与气体湿度的关系（PPM）

截止目前，并没有简单公式可用于表示露点值和气体湿度值之间的关系，实际中均通过查找露点值和气体湿度之间的关系表来实现露点值到气体湿度的转化。

1.3 不同温度下气体湿度的关系

在现行标准［4］中，要求20℃时，有电弧分解物隔室新充气后的湿度≤150 μL／L，正在运行设备的湿度≤300 μL／L；无电弧分解物隔室新充气后的湿度≤250 μL／L，正在运行设备的湿度≤500μL／L。

克劳休斯—克拉贝龙应用条件是纯物质的气—液、气—固两相平衡，是压力和温度的一种稳定关系方程式，温度和饱和蒸汽压之间的关系可用克劳休斯—克拉贝龙方程表示，在做不定积分并简化后得出温度与蒸汽压之间的关系为

式中 β——变化的蒸汽压力，β＝（ps／p∗）0.25；

TS——饱和状态时的温度；

ps——饱和气压。

p∗取1 MPa，T∗取1 K，n1～n9是公式（1）的系数，其值如下：

表1 公式（1）系数值表

在进行不同温度下气体湿度的转化时，为了应用更方便，学者们进行了大量的简化研究。在目前提到了各种转换方法中，广泛采用由黑龙江电科院和山东电科院提出的折算公式［5］：

式中 χzs——不同环境温度下湿度测量值折算到20℃时的数值，μL／L；

χcl——环境温度t时的气体微水值，μL／L；

Tt——环境温度，K；

T20——20℃温度，K；

p20——20℃时的饱和水蒸气压，Pa。

应用此公式时，需要根据环境温度或20℃的温度值查找《饱和大气压》表得到对应的饱和蒸汽压。

2 气体湿度计算方法优化研究

目前，在进行SF6气体湿度计算时，采用手动查找气体湿度与饱和大气压值的环节是影响计算结果正确性和计算效率的主要原因。从快速实现查找数据入手，利用不同软件达到准确、快速进行SF6微水计算的目标。

2.1 EXCEL实现计算方法

利用常用软件EXCEL，编辑计算公式，在将所需的数据表格输入在EXCEL表单中，然后利用其自带的函数，根据输入的数据查找到其在表格中的对应的数据，再编辑计算公式算出最终结果，实现过程大致如下。

首先用Rounddown函数向下舍入功能和Mod函数的求余功能，将输入的数据进行整数和小数部分的分离，为方便查找数据表格做准备。再利用Match函数返回所查找到的数据在数据表格中的行列位置值。利用得到行列位置值，用Index函数返回数据表中对应行列交叉处的值，将此值带入到计算公式（2）中，得到所求结果。

2.2 MATLAB实现计算方法

当用户通过手机得知相应的情况，根据相应的情况，做出相应的应对措施后，警报系统会撤销相应的警报命令。当用户回到家中，想撤销安防系统时，可通过遥控撤防模块，给单片机主机发送相应的撤销安防系统的命令，单片机主机接收到遥控撤防模块命令后，给传感器模块发送撤销启动信号，传感器暂停工作，整个系统恢复不启动状态。

利用MATLAB软件的强大矩阵数据处理能力、计算能力和Import date数据导入功能，将已有的EXCEL数据表格导入到MATLAB中，保存为mat文件，然后利用MATLAB矩阵数据处理功能查找出所需数据，利用公式（2），编辑出计算最终结果的函数，实现SF6气体湿度计算过程的优化。

2.3 FrontPage实现计算方法

将FrontPage软件编辑环境选择在用代码编辑的形式下，用JavaScript语言编写所需程序，其中包括了查询函数、结果计算函数和赋值函数。通过设置按钮的onclick事件调用查询函数、结果计算函数和赋值函数，实现气体湿度的计算。FrontPage的网页表格编辑功能可以使得界面更加清晰规整，给按钮设置重置功能，可实现程序的重复使用，同时可以增设计算中间环节所用数据的显示功能，以方便核查计算结果。

3 各种方法效果比较

通过对比所提出的优化的计算方法和手动查找计算方法实际使用情况，对不同计算气体湿度方法所消耗的时间和计算结果的准确性进行了对比。

3.1 耗时比较

分别采用不同方式，对SF6微水试验所测得露点值数据进行计算，每一种计算方法处理9个实验数据，所消耗时间如表2所示。

表2 时间对比表 s

从表2可以看出，采用手动查找表格的方法进行计算，所消耗时间为110 s左右，是使用软件进行查找表格并计算所需时间的9～10倍。3种软件实现查找并计算的方法在消耗时间方面基本一致，大致在10 s以内，均优于手动查找并计算的计算方法。

3.2 正确性总结

在对数据结果正确性进行对比时发现，进行手动查表并计算结果时，由于数据表中的数据数量达2 000多个，查找时容易出现错行错列的情况，最终造成计算结果出现错误的概率很大。为了保证数据的正确性，手动查找并计算的结果要进行多人／次反复检查。利用软件编制气体湿度计算程序或函数，优化数据查找和计算方法，不仅能够保证所计算结果的正确性，同时能够提高计算的效率，减轻计算工作的负担。

3.3 综合分析

使用手动查找数据表，然后代入公式（2）中进行气体湿度计算，由于其耗时长，且不能保证计算结果正确性，已经不能满足目前形势的需求。

使用EXCEL软件优化气体湿度计算的不足之处是操作中容易引用无关单元格的内容，致使所编辑的计算公式或计算结果错误，但由于EXCEL是一款常见的办公软件，操作易学，使用方便。

利用MATLAB软件优化气体湿度的查找和计算时，其强大的数据查找和计算功能，使得只需编写简单的函数或程序就能实现优化气体湿度的目的，但是由于MATLAB是较专业的计算软件，需要占用较大的硬盘空间，要求配置有较高的计算机设备和具有一定的专业知识。

Frontpage软件优化的气体湿度计算方法，虽需要了解JavaScript语言，但依然具有明显优点，界面清晰，易操作，HTM格式的文件可以用IE等浏览器打开，不需要安装额外的软件，占用资源少，使用方便。

4 结论

本文所提出的几种优化SF6气体湿度计算方法，能够切实解决SF6气体绝缘电力设备状态检测结果中对气体湿度进行计算所遇到的问题，提出的几种计算方法均能够提高气体湿度计算速度，保证气体湿度计算结果的正确性。

［1］ 洪 鹤，鲁旭臣.组合电器SF6气体泄漏故障分析［J］.东北电力技术，2014，35（7）：27-29.

［2］ 张晓星，姚 尧，唐 炬，等.SF6放电分解气体组分分析的现状和发展［J］.高电压技术，2008，34（4）：664-669.

［3］ 田 鹏，李付永.GIS设备漏气现场处理工艺［J］.东北电力技术，2007，28（8）：35-37.

［4］ GB／T5832.2—2008，气体中微量水分的测定第2部分：露点法［S］.

［5］ Q／GDW168—2008，输变电设备状态检修试验规程［S］.

［6］ DL／T 506—2007，六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法［S］.

Optimization and Application of SF6Gas Humility Calculation

SUN Hong⁃mei1，ZHANG Kai2
（1.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Maintenance Branch Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper introduces the principle of measuring humility in SF6gas by using dew point method.SF6gas humility caluation method is studied and optimized，which is used to actual production.By comparing the differences among applications，it is found that calculation method optimized by softwares such as EXCEL，MATLAB，and FrontPage are better than the manual search and calcula⁃tion method.By comparing the several kinds of optimized calculation methods above，it proves FrontPage software has the advantages like fewer resources，clearer interface，and easier to use.

Sulfur hexafluoride；Dew point method；Micro water computing

TQ117

A

1004-7913（2015）03-0032-03

孙红梅（1986—），女，硕士，高级工程师，主要从事高压电气试验工作。

2014-12-17）