昌暉儀表介紹SF6氣體密度繼電器結(jié)構(gòu)原理和使用注意事項(xiàng)，結(jié)合實(shí)例和國家標(biāo)準(zhǔn)深度解析SF6電器采用SF6氣體密度繼電器和SF6氣體密度表而不是普通壓力表的原因。

所謂密度，是指某一特定物質(zhì)在某一特定條件下單位體積的質(zhì)量。SF6電器中的SF6氣體是密封在一個(gè)固定不變的容器內(nèi)的。在20℃時(shí)的額定壓力下，它具有一定的密度值，在電器運(yùn)行的各種允許條件范圍內(nèi)，盡管SF6氣體的壓力隨著溫度的變化而變化，但是SF6氣體的密度值始終不變。因?yàn)镾F6斷路器的絕緣和滅弧性能在很大程度上取決與SF6氣體的純度和密度，所以，對SF6氣體純度的檢測和密度的監(jiān)視顯得特別重要。為了能夠達(dá)到經(jīng)常監(jiān)視其密度的目的，如前文所述，國家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了，SF6斷路器應(yīng)設(shè)密度繼電器或氣體密度表。SF6氣體密度表是起監(jiān)視作用的，氣體密度繼電器是起控制和保護(hù)作用的。

密度的符號用ρ表示，單位符號為kg/m3或g/L。按照密度的定義，SF6氣體密度表的指示值應(yīng)該是密度的單位。但是，目前國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的密度表的指示值都是借用壓力的單位MPa。從現(xiàn)有可以進(jìn)行查詢的手段收集到的資料來看，對于密度表，國家還沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國外也沒有關(guān)于密度表的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pv=nRT可以看出壓力p為溫度線性關(guān)系，如下圖所示，當(dāng)六氟化硫設(shè)備中氣體溫度變化時(shí)候，壓力表數(shù)值隨著變化，無法準(zhǔn)備表現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)。


六氟化硫氣體密度繼電器結(jié)構(gòu)原理
六氟化硫氣體密度繼電器(表)是六氟化硫斷路器和六氟化硫組合電器(GIS)不可缺少的重要附件。其基本作用是對運(yùn)行中的SF6電器的密封狀況、是否存在漏氣現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)視。如下圖所示，為補(bǔ)償片式六氟化硫密度繼電器結(jié)構(gòu)

SF6氣體密度繼電器(表)主要是由彈簧金屬曲管、齒輪機(jī)構(gòu)和指針、雙層金屬帶等零件組成，實(shí)際上是在彈簧管式壓力表結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，加裝一個(gè)按照環(huán)境溫度變化而伸縮的雙層金屬帶作為溫度補(bǔ)償裝置，使彈簧管和雙層金屬帶隨溫度變化而伸縮的增量相等且反向迭加，使密度(壓力)的讀數(shù)不隨環(huán)境溫度的變化而變化。

六氟化硫密度繼電器結(jié)構(gòu)溫度補(bǔ)償原理
SF6氣體密度繼電器其實(shí)是一個(gè)帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫^電器，都以20℃的相應(yīng)壓力值來表示其密度值。當(dāng)溫度變化時(shí)候，彈性布爾登管和金屬帶同時(shí)變化，從而指針顯示不變。

在體積不變的情況下，僅僅由于溫度變化而引起的任何壓力變化，都可以通過布爾登管和金屬片同時(shí)相應(yīng)的變化得到補(bǔ)償，因此不會引起指針的偏轉(zhuǎn)，并確保壓力指示值的正確性。如下圖所示。
 
壓力元件對任何非溫度變化而引起的壓力變化的反應(yīng)，都將轉(zhuǎn)化成氣體密度繼電器指針動作并反映到刻度盤上，并且可以監(jiān)測到超出系統(tǒng)允許的最小或最大壓力的壓力值。如下圖漏氣情況。


國網(wǎng)新版十八項(xiàng)反措關(guān)于六氟化硫密度繼電器結(jié)構(gòu)的要求：密度繼電器應(yīng)裝與被監(jiān)測氣室處于同一運(yùn)行環(huán)境溫度的位置
解說：如果不同運(yùn)行環(huán)境溫度，導(dǎo)致布爾登管和金屬條的補(bǔ)償溫度不一致，導(dǎo)致數(shù)值上的不準(zhǔn)確。

六氟化硫電器的一般要求
根據(jù)DL/T728-2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備訂貨技術(shù)導(dǎo)則》和原能源部頒發(fā)的《高壓斷路器運(yùn)行規(guī)程》及其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對六氟化硫電器(為方便起見，本文所述的六氟化硫電器基本是指SF6斷路器和GIS)的一般要求是：
1、監(jiān)視SF6氣體壓力的變化情況，應(yīng)設(shè)密度繼電器或氣體密度表。
2、密度監(jiān)視裝置可以是密度表，也可以是密度繼電器。當(dāng)選用密度繼電器時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)氣體密度表。
3、每日定時(shí)檢查并記錄SF6氣體的壓力和溫度。

六氟化硫電器采用氣體密度繼電器的依據(jù)
昌暉儀表從對某供電局近五百塊SF6密度表的統(tǒng)計(jì)情況來看，包括進(jìn)口的瑞士ABB自備表、德國WIKA 、CBS、西安華偉、上海珂利等產(chǎn)地儀表均屬于這種情況，即彈簧管式壓力表帶有漏氣引起壓力下降報(bào)警和閉鎖電觸點(diǎn)，組成SF6氣體密度繼電器。用氣體密度表進(jìn)行監(jiān)視，報(bào)警和閉鎖元件使用密度繼電器。

從現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和理論分析，采用這樣結(jié)構(gòu)SF6氣體密度繼電器，依據(jù)如下：
1、雖然純粹的SF6氣體壓力-溫度曲線(即SF6氣體、液體、固體三相物理圖)較復(fù)雜，但是在一定溫度范圍內(nèi)，SF6氣體的壓力隨絕對溫度變化的關(guān)系仍然是線性關(guān)系。所以，各設(shè)備制造商采用了SF6氣體壓力-溫度曲線實(shí)際運(yùn)用的部分，即SF6氣體的壓力隨著溫度的變化而變化，且存在標(biāo)準(zhǔn)允許的10%-15%的誤差，但是在一個(gè)固定不變的容器內(nèi)，只要不出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，SF6氣體的密度值始終不變，如果出現(xiàn)漏氣，SF6氣體的密度值與壓力值的函數(shù)關(guān)系是成正比變化著。所以，用壓力值監(jiān)視設(shè)備是否漏氣，理論上是可行的。

2、彈簧管式壓力表具有結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成熟、計(jì)量準(zhǔn)確、成本低廉等特點(diǎn)，適于大規(guī)模制造和使用。當(dāng)給斷路器充入六氟化硫氣體后，一般24小時(shí)后，SF6斷路器內(nèi)部溫度升高至與外界環(huán)境溫度達(dá)到平衡后，不管SF6氣體受環(huán)境溫度的影響使其壓力增大還是減小，由于雙層金屬帶的溫度補(bǔ)償作用，氣體密度表的指針應(yīng)始終指向20℃時(shí)的SF6氣體實(shí)際密度(壓力)值不變。當(dāng)SF6設(shè)備由于漏氣或試驗(yàn)取氣等原因，使SF6氣體質(zhì)量減少，壓力變小，指針向密度(或壓力)指示值減小的方向移動，其結(jié)果是指針指示的密度(或壓力)值變小。  

六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表運(yùn)行注意事項(xiàng)
1、六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表只有在SF6設(shè)備退出運(yùn)行后，而且在設(shè)備內(nèi)外溫度達(dá)到平衡后，才能準(zhǔn)確測量出SF6氣體的密度(或壓力)值。

2、六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表起溫度補(bǔ)償作用的雙層金屬帶，只能夠補(bǔ)償由于環(huán)境溫度變化引起密度(或壓力)值的變化，而不能夠補(bǔ)償由于設(shè)備內(nèi)部溫升引起的密度(或壓力)值的變化。

3、六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表的主要作用是監(jiān)視SF6氣體是否漏氣，只有在設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，而且在設(shè)備內(nèi)外溫度達(dá)到平衡后，才能根據(jù)密度(壓力)讀數(shù)的變化，進(jìn)行判斷是否漏氣。

4、當(dāng)斷路器投入運(yùn)行后，由于斷路器的負(fù)荷電流通過導(dǎo)電回路的導(dǎo)體電阻和接觸電阻使，消耗的電功率將全部轉(zhuǎn)化為熱能，加熱SF6氣體而產(chǎn)生溫升，進(jìn)而產(chǎn)生壓力增量，密度(或壓力)表的讀書就會偏大，這是這種氣體密度表的正常現(xiàn)象。如果此時(shí)表的讀數(shù)偏小，那么就要對設(shè)備是因?yàn)槁膺€是本身氣體充入質(zhì)量少兩種情況進(jìn)行判斷。

5、根據(jù)六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表配置在斷路器的位置不同，其讀數(shù)也有偏差。所謂環(huán)境溫度，一般是指沒有陽光照射的空氣溫度，如果密度(壓力)表安裝在斷路器的背陽光側(cè)，密度(壓力)讀數(shù)就會大些；如果密度(壓力)表安裝在斷路器的朝陽光側(cè)，經(jīng)陽光照射后溫度就會高些，密度(壓力)讀數(shù)就會小些。其偏差大小取決于溫差的大小。

6、斷路器在運(yùn)行時(shí)，六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表讀數(shù)誤差的大小，取決于斷路器的負(fù)荷電流和回路電阻所引起的溫升大小，并且誤差大小與環(huán)境溫度無關(guān)。嚴(yán)格的講，這種讀數(shù)，既不能代表SF6氣體的實(shí)際壓力值，也不能代表SF6氣體的實(shí)際密度值。按DL/T728-2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備訂貨技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，對運(yùn)行人員易接觸的GIS外殼，其溫升不超過40K；對運(yùn)行人員不接觸的部位，允許溫升可提高 65K。

7、使用六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表，要根據(jù)其結(jié)構(gòu)、原理、使用條件等進(jìn)行具體分析，比如西北地區(qū)是典型的溫帶大陸性氣候，冬夏兩季的日溫差平均在10-15℃左右，不能因?yàn)镾F6氣體實(shí)際密度不隨溫度變化而變化，就認(rèn)為密度(壓力)表的讀數(shù)也不隨溫度變化而變化。在實(shí)際工作中，如果發(fā)現(xiàn)表的讀數(shù)誤差較大時(shí)，也不能就肯定密度表質(zhì)量有問題。

8、根據(jù)對本文舉例的某供電局近五百塊SF6密度表在冬、夏季的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，負(fù)荷電流越大，誤差越大，誤差可達(dá)10%~20%，這種情況下，不應(yīng)判斷六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表肯定有問題。