一种考虑安装环境因素的GIS腔内湿度检测方法与流程

一种考虑安装环境因素的gis腔内湿度检测方法
技术领域
1.本发明涉及gis腔体检测领域，具体涉及一种考虑安装环境因素的gis腔内湿度检测方法。


背景技术：

2.gis腔体内sf6气体的电绝缘性能对设备的安全与电力系统的稳定尤为重要。在gis设备中，作为灭弧与绝缘介质的sf6气体原则上不允许水分存在，但在实际安装过程中，不可避免的会受到水分影响，过量水分将会大大降低系统的绝缘性能，威胁gis设备的安全稳定运行，因此需要花费大量人力物力来重新安装调试设备。
3.通常，进入gis的水分含量与安装环境的温湿度关系密切。在不同温湿度环境下安装设备，经过干燥流程处理，最终气室内的水分剩余含量也不同。因此，研究在不同温度与湿度的安装环境下，分析安装过程中水分变化规律，计算最终气室内剩余水分含量，进而判断在当前环境下安装是否符合标准，对指导今后gis设备在不同温湿度下安装，了解安装完成后腔体剩余水分含量具有重要意义。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑安装环境因素的gis腔内湿度检测方法，能够准确检测不同安装环境下的gis腔内湿度，保证gis安装的可靠性。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种考虑安装环境因素的gis腔内湿度检测方法，包括以下步骤：
7.步骤s1:获取安装环境参数和gis本体参数；
8.步骤s2:根据得到的参数，计算gis腔内气体水分质量与总的水分质量；
9.步骤s3:对gis腔进行干燥处理，并计算干燥处理后的腔内气体剩余水分质量；
10.步骤s4:根据得到的gis腔内气体水分质量与总的水分质量和干燥处理后的腔内气体剩余水分质量，计算得到平衡状态下出腔内相对湿度。
11.进一步的，所述步骤s1具体为：获取安装环境参数，包括当前安装环境的温度t、湿度r
h
和大气压力p；获取gis本体参数，包括体积v、内壁及器件表面积a、绝缘子材质、绝缘子质量m
a
、吸附剂材质、吸附剂堆积密度ρ1、吸附剂体积v1、sf6新气的水分质量分数k
d
。
12.进一步的，所述步骤s2具体为：
13.步骤s21:打开gis腔体安装吸附剂,并根据gis本体参数计算腔内气体水分质量；
14.步骤s22:根据gis本体参数，计算腔体内壁及器件表面水分质量；
15.步骤s23:根据吸附剂本身性质，计算吸附剂表面层吸附水分质量；
16.步骤s24:根据gis本体参数，计算绝缘子本身含水量；
17.步骤s25:根据步骤s21
‑
s24得到的数据，计算得到安装吸附剂阶段完成后，gis腔体内部气体中的水分质量与总的水分质量。
18.进一步的，所述步骤s21具体为：打开gis腔体进行吸附剂安装，设此时腔体内部与
外界空气环境是一致的，腔体内外的气体绝对温度t、湿度r
h
和大气压p一致，根据gis型号，即已知gis腔体体积v，gis腔内气体水分质量m0为：
[0019][0020]
其中，e为实际水汽压(pa)；r
*
为理想气体常数，为r
*
＝8.314j/(mol
·
k)；m为水蒸气的摩尔质量(g/mol)；
[0021]
当前安装温度下的饱和水汽压e为：
[0022][0023]
其中，t为气体温度(℃)；
[0024]
相对湿度r
h
为：
[0025][0026]
进一步的，所述步骤s23具体为:
[0027]
a.根据吸附剂种类，获取吸附剂的堆积密度ρ1和吸附剂体积v1，计算安装过程吸附剂表面层吸附的水分质量m2：
[0028]
m2＝k
b
·
v1·
ρ1[0029]
其中，k
b
为水分吸附率；
[0030]
b.设在当前吸附剂安装环境下使用吸附剂的饱和吸附率为k，那么吸附剂在安装到腔体后，除了其表面层吸附的水分，吸附剂最大剩余吸附量δm2为：
[0031]
δm2＝k
·
v1·
ρ1‑
m2[0032]
其中，k为吸附系数。
[0033]
进一步的，所述步骤s3具体为：
[0034]
步骤s31:对gis腔内进行抽真空处理，并计算腔内残留空气中的水分质量；
[0035]
步骤s32:将gis本体静置预设时间后，获取腔内气体中的水分质量；
[0036]
步骤s33：对gis腔内进行第二次抽真空处理，并计算腔内残留空气中的水分质量；
[0037]
步骤s34：将sf6气体充入gis腔，并根据步骤s33得到的腔内残留空气中的水分质量，计算得到干燥处理后的腔内气体剩余水分质量。
[0038]
进一步的，所述步骤s31具体为：使用真空泵将腔内空气压力由大气压p抽真空至压力为p1，假设抽真空过程中只有腔内空气中的部分水份被抽出，腔内残留空气中的水分质量δm0为：
[0039][0040]
进一步的，所述步骤s32具体为：
[0041]
a.抽真空后腔内的低气压环境有利于腔体内壁及器件表面上的水分脱附，变为腔内气体中的水蒸气，脱附量m4与静置处理时间相关：
[0042]
m4＝γ
·
m1[0043]
其中，γ为脱附系数；
[0044]
b.在静置过程中，忽略气体流动过程中吸附剂对水分的吸附作用，此时腔内气体
中的水分质量m5为：
[0045]
m5＝δm0+m4。
[0046]
进一步的，所述步骤s34具体为：
[0047]
a.根据sf6气体参数，即已知sf6新气的水分质量分数k
d
，随sf6气体进入腔内的水分质量m6为：
[0048]
m6＝10
‑6·
k
d
·
ρ
·
v
[0049]
其中，ρ为sf6气体充至额定压力p2时的气体密度；
[0050]
由于sf6气体不满足理想气体的性质，充气至额定压力p2时，与密度ρ之间关系由经验公式得到：
[0051]
p2＝56.2ρt(1+b)
‑
ρ2a
[0052]
a＝74.9(1
‑
0.727
×
10
‑3ρ)
[0053]
b＝2.51
×
10
‑3ρ(1
‑
0.846
×
10
‑3ρ)
[0054]
b.充气完成后，计算此时腔内气体总水份质量m7：
[0055]
m7＝m6+δm5[0056]
其中δm5腔内残留空气中的水分质量。
[0057]
进一步的，所述步骤s4具体为：
[0058]
a.干燥处理与sf6充气完成之后，腔内气体、绝缘材料和吸附剂三者之间的平衡尚未建立，静置预设后，使其达到平衡状态，计算平衡之后腔内气体中的水分含量m8：
[0059]
m8＝m7+α
·
m3‑
β
·
δm2[0060]
其中，α为扩散系数；β为吸附剂的水分吸附系数；
[0061]
b.则腔内相对湿度r
h1
为：
[0062][0063]
其中，e1为腔内水蒸气分压；e1为当前温度下的饱和水蒸气分压。
[0064]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0065]
本发明能够准确检测不同安装环境下的gis腔内湿度，保证gis安装的可靠性。
附图说明
[0066]
图1是本发明方法流程原理图。
具体实施方式
[0067]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0068]
请参照图1，本发明提供一种考虑安装环境因素的gis腔内湿度检测方法，包括以下步骤：
[0069]
步骤s1:获取安装环境参数和gis本体参数；
[0070]
具体为：获取安装环境参数，包括当前安装环境的温度t、湿度r
h
和大气压力p；获取gis本体参数，包括体积v、内壁及器件表面积a、绝缘子材质、绝缘子质量m
a
、吸附剂材质、吸附剂堆积密度ρ1、吸附剂体积v1、sf6新气的水分质量分数k
d
。
[0071]
步骤s2:根据得到的参数，计算gis腔内气体水分质量与总的水分质量；
[0072]
在本实施例中，步骤s2具体为：
[0073]
步骤s21:打开gis腔体进行吸附剂安装，假设此时腔体内部与外界空气环境是一致的。也就是腔体内外的气体绝对温度t、湿度r
h
和大气压p是一样的。给定gis型号，即已知gis腔体体积v，gis腔内气体水分质量m0为：
[0074][0075]
其中，e为实际水汽压(pa)；r
*
为理想气体常数，为r
*
＝8.314j/(mol
·
k)；m为水蒸气的摩尔质量(g/mol)。
[0076]
当前安装温度下的饱和水汽压e为：
[0077][0078]
其中，t为气体温度(℃)。
[0079]
相对湿度r
h
为：
[0080][0081]
步骤s22:根据gis本体参数，计算腔体内壁及器件表面水分质量m1[0082]
打开腔体后腔体内壁及器件表面对空气中的水分有吸附作用，最多可形成10个单分子层厚度的水层。根据步骤a中腔体型号，即已知gis内壁及器件表面积之和a，计算gis内壁水分质量m1：
[0083]
m1＝k
a
·
a
·
r
h
[0084]
其中，k
a
为10个单分子层水膜的单位面积质量，为2.99
×
10
‑6kg/m2。
[0085]
步骤s23:根据吸附剂本身性质，计算吸附剂表面层吸附水分质量m2[0086]
从活化炉中取出干燥剂至安装在gis腔内，通常时间不超过15分钟。暴露在空气中的吸附剂表面层极易吸附水分。给定吸附剂种类，即已知吸附剂的堆积密度ρ1和吸附剂体积v1，计算安装过程吸附剂表面层吸附的水分质量m2：
[0087]
m2＝k
b
·
v1·
ρ1[0088]
其中，k
b
为水分吸附率，与吸附剂的种类和暴露在安装环境下的时间关系密切，通常取0<k
b
≤3％。
[0089]
b.吸附剂的饱和吸附率是判断吸附剂吸附性能的重要标准。假设在当前吸附剂安装环境下使用吸附剂的饱和吸附率为k，那么吸附剂在安装到腔体后，除了其表面层吸附的水分，吸附剂最大剩余吸附量δm2为：
[0090]
δm2＝k
·
v1·
ρ1‑
m2[0091]
其中，k与吸附剂的种类及其所处环境的压力、温度、相对湿度有关，优选的，取20％≤k≤35％。
[0092]
步骤s24:根据gis本体参数，计算绝缘子本身含水量m3[0093]
绝缘子在制作与存放直至安装到gis内部之前会吸收一定量的水分。给定绝缘子型号，即已知绝缘子的质量m
a
与含水率k
c
，绝缘子本身含水量m3为：
[0094]
m3＝k
c
·
m
a
[0095]
其中，不同材质的绝缘子在不同温度与湿度的环境下浇筑与存放，其含水率k
c
是
不同的，通常取0.01％≤k
c
≤0.5％。
[0096]
步骤s25:根据步骤s21
‑
s24得到的数据，计算得到安装吸附剂阶段完成后，gis腔体内部气体中的水分质量m0与总的水分质量m1。
[0097]
m0＝m0[0098]
m1＝m0+m1+m2+m3[0099]
步骤s3:对gis腔进行干燥处理，并计算干燥处理后的腔内气体剩余水分质量；
[0100]
在本实施例中，步骤s3具体为：
[0101]
步骤s31:抽真空除去腔内空气中的水分。使用真空泵将腔内空气压力由大气压p抽真空至压力为p1，假设抽真空过程中只有腔内空气中的部分水份被抽出，腔内残留空气中的水分质量δm0为：
[0102][0103]
抽真空处理阶段对腔体内壁及器件表面水分质量m1、吸附剂表面层吸附水分质量m2、绝缘子本身含水量m3影响较小，简化计算模型，假设三者质量在抽真空解阶段不发生变化。
[0104]
步骤s32:将gis本体静置预设时间后，获取腔内气体中的水分质量；
[0105]
抽真空后腔内的低气压环境有利于腔体内壁及器件表面(包括绝缘子表面)上的水分脱附，变为腔内气体中的水蒸气。静置时间越久，脱附量也就越大，脱附量m4与静置处理时间相关：
[0106]
m4＝γ
·
m1[0107]
其中，γ为脱附系数，当静置1小时，γ取60％；静置2小时，γ取60％≤γ≤80％。
[0108]
b.在静置过程中，腔内气体流动性很弱，简化计算模型，忽略气体流动过程中吸附剂对水分的吸附作用，此时腔内气体中的水分质量m5为：
[0109]
m5＝δm0+m4[0110]
步骤s33：对gis腔内进行第二次抽真空处理，并计算腔内残留空气中的水分质量；
[0111]
使用真空泵将静置过程结束后腔内气体中的水分抽出，假设第二次抽真空处理过程中只有腔内空气中的部分水分被抽出，腔内残留空气中的水分质量δm5为：
[0112]
δm5＝(1
‑
λ)m5[0113]
其中，λ为真空泵抽气效率与抽气时间相关系数，λ取0<λ<1，真空泵的抽气效率越高，抽气时间越久，λ值就越大。
[0114]
步骤s34：将sf6气体充入gis腔，并根据步骤s33得到的腔内残留空气中的水分质量，计算得到干燥处理后的腔内气体剩余水分质量。
[0115]
a.sf6气体本身含有微量水分。通过给定的sf6气体参数，即已知sf6新气的水分质量分数k
d
(通常不超过8μg/g)，随sf6气体进入腔内的水分质量m6为：
[0116]
m6＝10
‑6·
k
d
·
ρ
·
v
[0117]
其中，ρ为sf6气体充至额定压力p2时的气体密度。由于sf6气体不满足理想气体的性质，充气至额定压力p2时，与密度ρ之间关系由经验公式得到：
[0118]
p2＝56.2ρt(1+b)
‑
ρ2a
[0119]
a＝74.9(1
‑
0.727
×
10
‑3ρ)
[0120]
b＝2.51
×
10
‑3ρ(1
‑
0.846
×
10
‑3ρ)
[0121]
b.充气完成后，计算此时腔内气体总水份质量m7：
[0122]
m7＝m6+δm5。
[0123]
步骤s4:根据得到的gis腔内气体水分质量与总的水分质量和干燥处理后的腔内气体剩余水分质量，计算得到平衡状态下出腔内相对湿度。
[0124]
在本实施例中，步骤s4具体为：
[0125]
a.干燥处理与sf6充气完成之后，腔内气体、绝缘材料和吸附剂三者之间的平衡尚未建立，静置2小时后，使其达到一个较为平衡状态，计算平衡之后腔内气体中的水分含量m8：
[0126]
m8＝m7+α
·
m3‑
β
·
δm2[0127]
其中，α为静置两小时后绝缘子水分的扩散系数；β为吸附剂的水分吸附系数。
[0128]
b.假设2小时的静置过程使得腔体内部与安装完成后的外界温度相同，此时腔内相对湿度r
h1
为：
[0129][0130]
其中，e1为腔内水蒸气分压(pa)；e1为当前温度下的饱和水蒸气分压(pa)；可通过以下两个式子分别求得：
[0131][0132]
其中，t1为安装完成后腔内气体绝对温度(k)。
[0133][0134]
其中，t1为安装完成后腔内气体温度(℃)。
[0135]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。