孫紅梅，張 凱

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

SF6氣體濕度計(jì)算優(yōu)化與應(yīng)用

孫紅梅1，張 凱2

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

介紹了露點(diǎn)法測量氣體濕度的原理，研究并優(yōu)化了SF6氣體濕度計(jì)算方法，并將研究所得方法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。通過對比應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，利用EXCEL、MATLAB、FrontPage等軟件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的計(jì)算方法，優(yōu)于目前采用的手動查找并計(jì)算的方法，而且通過對比幾種優(yōu)化后的計(jì)算方法，得出用FrontPage實(shí)現(xiàn)的查找并計(jì)算方法具有占用資源少、界面明了等優(yōu)點(diǎn)。

六氟化硫；露點(diǎn)法；微水計(jì)算

隨著電力系統(tǒng)的大力發(fā)展，SF6氣體絕緣的電力設(shè)備得到廣泛的使用，尤其是500 kV電壓等級的設(shè)備幾乎全部采用了SF6絕緣的全封閉或半封閉的設(shè)備［1-3］。隨著SF6氣體絕緣設(shè)備的試驗(yàn)臺次增加，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作隨之而來，而目前采用的手動查找表格并進(jìn)行計(jì)算的方法在效率和正確性等方面已不能滿足實(shí)際需求。

1 SF6氣體濕度測量和計(jì)算

1.1 SF6氣體露點(diǎn)值的測量

露點(diǎn)法測試的原理為：當(dāng)一定體積的氣體在恒定的壓力下均勻降溫時(shí)，氣體和氣體中水分的分壓保持不變，直至氣體中的水分達(dá)到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)下測得的氣體的溫度就是氣體的露點(diǎn)。故測量氣體的露點(diǎn)值可用于檢測氣體的相對濕度。在使用露點(diǎn)儀進(jìn)行測試過程中必須要避免出現(xiàn)冷壁效應(yīng)［3］，即水分在其它測試系統(tǒng)部分凝結(jié)現(xiàn)象，以保證所測得數(shù)據(jù)的正確性。常見露點(diǎn)儀連接方式如圖1所示。

圖1 常見露點(diǎn)儀連接方式1—SF6電力開關(guān)／SF6氣罐；2—取氣連接點(diǎn)；3—?dú)怏w輸送管；4—連接管控制閥門；5—接入儀器點(diǎn)；6—露點(diǎn)測試儀

1.2 露點(diǎn)值與氣體濕度的關(guān)系（PPM）

截止目前，并沒有簡單公式可用于表示露點(diǎn)值和氣體濕度值之間的關(guān)系，實(shí)際中均通過查找露點(diǎn)值和氣體濕度之間的關(guān)系表來實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)值到氣體濕度的轉(zhuǎn)化。

1.3 不同溫度下氣體濕度的關(guān)系

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［4］中，要求20℃時(shí)，有電弧分解物隔室新充氣后的濕度≤150 μL／L，正在運(yùn)行設(shè)備的濕度≤300 μL／L；無電弧分解物隔室新充氣后的濕度≤250 μL／L，正在運(yùn)行設(shè)備的濕度≤500μL／L。

克勞休斯—克拉貝龍應(yīng)用條件是純物質(zhì)的氣—液、氣—固兩相平衡，是壓力和溫度的一種穩(wěn)定關(guān)系方程式，溫度和飽和蒸汽壓之間的關(guān)系可用克勞休斯—克拉貝龍方程表示，在做不定積分并簡化后得出溫度與蒸汽壓之間的關(guān)系為

式中 β——變化的蒸汽壓力，β＝（ps／p?）0.25；

TS——飽和狀態(tài)時(shí)的溫度；

ps——飽和氣壓。

p?取1 MPa，T?取1 K，n1～n9是公式（1）的系數(shù)，其值如下：

表1 公式（1）系數(shù)值表

在進(jìn)行不同溫度下氣體濕度的轉(zhuǎn)化時(shí)，為了應(yīng)用更方便，學(xué)者們進(jìn)行了大量的簡化研究。在目前提到了各種轉(zhuǎn)換方法中，廣泛采用由黑龍江電科院和山東電科院提出的折算公式［5］：

式中 χzs——不同環(huán)境溫度下濕度測量值折算到20℃時(shí)的數(shù)值，μL／L；

χcl——環(huán)境溫度t時(shí)的氣體微水值，μL／L；

Tt——環(huán)境溫度，K；

T20——20℃溫度，K；

p20——20℃時(shí)的飽和水蒸氣壓，Pa。

應(yīng)用此公式時(shí)，需要根據(jù)環(huán)境溫度或20℃的溫度值查找《飽和大氣壓》表得到對應(yīng)的飽和蒸汽壓。

2 氣體濕度計(jì)算方法優(yōu)化研究

目前，在進(jìn)行SF6氣體濕度計(jì)算時(shí)，采用手動查找氣體濕度與飽和大氣壓值的環(huán)節(jié)是影響計(jì)算結(jié)果正確性和計(jì)算效率的主要原因。從快速實(shí)現(xiàn)查找數(shù)據(jù)入手，利用不同軟件達(dá)到準(zhǔn)確、快速進(jìn)行SF6微水計(jì)算的目標(biāo)。

2.1 EXCEL實(shí)現(xiàn)計(jì)算方法

利用常用軟件EXCEL，編輯計(jì)算公式，在將所需的數(shù)據(jù)表格輸入在EXCEL表單中，然后利用其自帶的函數(shù)，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)查找到其在表格中的對應(yīng)的數(shù)據(jù)，再編輯計(jì)算公式算出最終結(jié)果，實(shí)現(xiàn)過程大致如下。

首先用Rounddown函數(shù)向下舍入功能和Mod函數(shù)的求余功能，將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行整數(shù)和小數(shù)部分的分離，為方便查找數(shù)據(jù)表格做準(zhǔn)備。再利用Match函數(shù)返回所查找到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表格中的行列位置值。利用得到行列位置值，用Index函數(shù)返回?cái)?shù)據(jù)表中對應(yīng)行列交叉處的值，將此值帶入到計(jì)算公式（2）中，得到所求結(jié)果。

2.2 MATLAB實(shí)現(xiàn)計(jì)算方法

當(dāng)用戶通過手機(jī)得知相應(yīng)的情況，根據(jù)相應(yīng)的情況，做出相應(yīng)的應(yīng)對措施后，警報(bào)系統(tǒng)會撤銷相應(yīng)的警報(bào)命令。當(dāng)用戶回到家中，想撤銷安防系統(tǒng)時(shí)，可通過遙控撤防模塊，給單片機(jī)主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的撤銷安防系統(tǒng)的命令，單片機(jī)主機(jī)接收到遙控撤防模塊命令后，給傳感器模塊發(fā)送撤銷啟動信號，傳感器暫停工作，整個系統(tǒng)恢復(fù)不啟動狀態(tài)。

利用MATLAB軟件的強(qiáng)大矩陣數(shù)據(jù)處理能力、計(jì)算能力和Import date數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，將已有的EXCEL數(shù)據(jù)表格導(dǎo)入到MATLAB中，保存為mat文件，然后利用MATLAB矩陣數(shù)據(jù)處理功能查找出所需數(shù)據(jù)，利用公式（2），編輯出計(jì)算最終結(jié)果的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)SF6氣體濕度計(jì)算過程的優(yōu)化。

2.3 FrontPage實(shí)現(xiàn)計(jì)算方法

將FrontPage軟件編輯環(huán)境選擇在用代碼編輯的形式下，用JavaScript語言編寫所需程序，其中包括了查詢函數(shù)、結(jié)果計(jì)算函數(shù)和賦值函數(shù)。通過設(shè)置按鈕的onclick事件調(diào)用查詢函數(shù)、結(jié)果計(jì)算函數(shù)和賦值函數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體濕度的計(jì)算。FrontPage的網(wǎng)頁表格編輯功能可以使得界面更加清晰規(guī)整，給按鈕設(shè)置重置功能，可實(shí)現(xiàn)程序的重復(fù)使用，同時(shí)可以增設(shè)計(jì)算中間環(huán)節(jié)所用數(shù)據(jù)的顯示功能，以方便核查計(jì)算結(jié)果。

3 各種方法效果比較

通過對比所提出的優(yōu)化的計(jì)算方法和手動查找計(jì)算方法實(shí)際使用情況，對不同計(jì)算氣體濕度方法所消耗的時(shí)間和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了對比。

3.1 耗時(shí)比較

分別采用不同方式，對SF6微水試驗(yàn)所測得露點(diǎn)值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，每一種計(jì)算方法處理9個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所消耗時(shí)間如表2所示。

表2 時(shí)間對比表 s

從表2可以看出，采用手動查找表格的方法進(jìn)行計(jì)算，所消耗時(shí)間為110 s左右，是使用軟件進(jìn)行查找表格并計(jì)算所需時(shí)間的9～10倍。3種軟件實(shí)現(xiàn)查找并計(jì)算的方法在消耗時(shí)間方面基本一致，大致在10 s以內(nèi)，均優(yōu)于手動查找并計(jì)算的計(jì)算方法。

3.2 正確性總結(jié)

在對數(shù)據(jù)結(jié)果正確性進(jìn)行對比時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行手動查表并計(jì)算結(jié)果時(shí)，由于數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)數(shù)量達(dá)2 000多個，查找時(shí)容易出現(xiàn)錯行錯列的情況，最終造成計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)錯誤的概率很大。為了保證數(shù)據(jù)的正確性，手動查找并計(jì)算的結(jié)果要進(jìn)行多人／次反復(fù)檢查。利用軟件編制氣體濕度計(jì)算程序或函數(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)查找和計(jì)算方法，不僅能夠保證所計(jì)算結(jié)果的正確性，同時(shí)能夠提高計(jì)算的效率，減輕計(jì)算工作的負(fù)擔(dān)。

3.3 綜合分析

使用手動查找數(shù)據(jù)表，然后代入公式（2）中進(jìn)行氣體濕度計(jì)算，由于其耗時(shí)長，且不能保證計(jì)算結(jié)果正確性，已經(jīng)不能滿足目前形勢的需求。

使用EXCEL軟件優(yōu)化氣體濕度計(jì)算的不足之處是操作中容易引用無關(guān)單元格的內(nèi)容，致使所編輯的計(jì)算公式或計(jì)算結(jié)果錯誤，但由于EXCEL是一款常見的辦公軟件，操作易學(xué)，使用方便。

利用MATLAB軟件優(yōu)化氣體濕度的查找和計(jì)算時(shí)，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查找和計(jì)算功能，使得只需編寫簡單的函數(shù)或程序就能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化氣體濕度的目的，但是由于MATLAB是較專業(yè)的計(jì)算軟件，需要占用較大的硬盤空間，要求配置有較高的計(jì)算機(jī)設(shè)備和具有一定的專業(yè)知識。

Frontpage軟件優(yōu)化的氣體濕度計(jì)算方法，雖需要了解JavaScript語言，但依然具有明顯優(yōu)點(diǎn)，界面清晰，易操作，HTM格式的文件可以用IE等瀏覽器打開，不需要安裝額外的軟件，占用資源少，使用方便。

4 結(jié)論

本文所提出的幾種優(yōu)化SF6氣體濕度計(jì)算方法，能夠切實(shí)解決SF6氣體絕緣電力設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)果中對氣體濕度進(jìn)行計(jì)算所遇到的問題，提出的幾種計(jì)算方法均能夠提高氣體濕度計(jì)算速度，保證氣體濕度計(jì)算結(jié)果的正確性。

［1］ 洪 鶴，魯旭臣.組合電器SF6氣體泄漏故障分析［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（7）：27-29.

［2］ 張曉星，姚 堯，唐 炬，等.SF6放電分解氣體組分分析的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（4）：664-669.

［3］ 田 鵬，李付永.GIS設(shè)備漏氣現(xiàn)場處理工藝［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（8）：35-37.

［4］ GB／T5832.2—2008，氣體中微量水分的測定第2部分：露點(diǎn)法［S］.

［5］ Q／GDW168—2008，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［6］ DL／T 506—2007，六氟化硫電氣設(shè)備中絕緣氣體濕度測量方法［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

孫紅梅（1986—），女，碩士，高級工程師，主要從事高壓電氣試驗(yàn)工作。

2014-12-17）