1  引  言

      在高压开关保护气体SF6的各项参数中，水分含量是其中十分重要的指标。为此国家标准GB／T8905《SF6电气设备中气体管理和检测导则》、GB7674《72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》中均对气体的水分含量作了规定(见表1)。

      从表1可见，正常运行的高压开关气体中，水分的含量是很低的。因此，在行业中一般称为气体的微水含量检测。气体中微量水分对高压开关的影响是很大的，主要表现在：水分含量超标带来的开关绝缘性能降低，导致高压击穿。因绝缘能力下降在两端电极附近产生局部放电，时间长了导致贯通性闪络，直接影响高压开关的开断性能。这是由于SF6被电弧分解后形成SF+4，SF+2，SF+5及负离子F-2，F-，SF-，水分的存在对分解物的复合和断口间介质强度的恢复起阻碍作用。电弧分解物和SF6经过水解产生HF和H2SO4，会对某些金属物和绝缘件产生腐蚀作用，影响高压开关的使用寿命。

      2  传感器的功能实现

      因为SF6微量水分对高压开关有如此严重的影响，国家标准对微水含量又有明确的规定，因此，高压开关使用过程中必须定期和不定期检测气体中的水分含量。目前采用的基本方式是开关的使用厂家聘请计量部门或自身利用便携式微水检定装置检测气体中的水分含量。其检测方法是将该装置固定到高压开关的补气嘴上，释放SF6气体。由于外界的水分高于开关内气体水分含量几十倍，因此需要释放至少约10 min才能达到测试平衡。释放气体无法进行回收，对罐体内保护气体造成严重浪费，排放的SF6气体对大气造成一定污染。因此，安装到罐体上的在线式SF6微水含量传感器是理想的在线检测仪表。

      2.1  传感器的总体结构

      在线式SF6微水含量传感器的核心部件是露点传感器，由于检测气体本身有几公斤的压力，因此需要采用压力传感器进行补偿。同时，温度对微水含量的影响也是很大的。在线式SF6微水含量传感器的结构框图见图1。

      采集到的现场压力、露点、温度信号经过计算得到现场需要的微水含量、密度、温度值，为SF6气体在线监测提供完整技术数据。

      在传感器的总体结构设计上，考虑与高压开关罐体的安装一致性，传感器设计为圆形。与气体接触部分通过逆止阀安装到罐体上，采用侧向和端面两道胶圈密封，防止SF6气体的泄漏。供电电源和信号线通过信号连接器引出。传感器整体结构见图2。

      2.2  露点传感器

      露点传感器是检测干燥气体水分含量的传感器，其原理上是通过将被检测气体制冷，使气体开始形成露珠，检测此时的温度值。由该温度值就可计算饱和水汽压值为

      通过检测露点值得到开关内部的水分压力，再通过检测开关内部压力检测到高压开关内部SF6气体的微水含量。
     
      在这里选择的微水含量传感器主要测试器件是露点传感器，这是因为SF6气体的微水含量非常低。运行气体的微水含量值标准要求一般小于3×10-4，新充灌的气体，一般小于1×10-4。275×10-6换算为23℃时的相对湿度为1％RH，因此，我们认为检测SF6这样的干燥气体采用相对湿度传感器是不适合的。国家标准GB／T8905《SF6电气设备中气体管理和检测导则》中要求的SF6气体湿度检测方法包括露点法。

      2.3  信号处理和数据传输

      露点传感器输出的是当前温度、压力下的露点值，压力、温度传感器分别输出高压开关的压力、温度值。根据式(1)和式(2)计算微水含量值，同时可根据SF6的密度曲线输出气体的密度值。

      一台微水含量传感器同时输出的是水分值、密度值、压力值、温度值4个参数，因此，数据传输采用总线方式更为方便。目前在现场采用的多为RS485总线、PROFIBUS-DP总线进行数据传输。

      3  系统组成

      系统组成如图3所示。

      4  结  论

      在线式SF6微水含量传感器是专门检测高压开关GIS设备SF6气体微量水分含量的仪表。气体的水分含量采用露点法检测，该法作为SF6气体微量水分检测的推荐方法，具有检测微量水含量精度高的特点。同时该传感器具有压力和温度修正功能，保证不同压力、温度下微水检测输出的准确性。仪表采用RS485或PROFIBUS总线输出方式，同时输出压力和温度信号，可以为上位机提供多种参数输出形式，为GIS设备SF6气体状态的全面监测提供技术数据。该产品被广泛应用于SF6气体的现场在线监测系统中。