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，結(jié)合實例和國家標(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氣體是密封在一個固定不變的容器內(nèi)的。在20℃時的額定壓力下，它具有一定的密度值，在電器運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。因為SF6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。其基本作用是對運行中的SF6電器的密封狀況、是否存在漏氣現(xiàn)象進行監(jiān)視。如下圖所示，為補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、齒輪機構(gòu)和指針、雙層金屬帶等零件組成，實際上是在彈簧管式壓力表結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，加裝一個按照環(huán)境溫度變化而伸縮的雙層金屬帶作為溫度補償裝置，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)溫度補償原理
SF6氣體密度繼電器其實是一個帶溫度補償?shù)膲毫^電器，都以20℃的相應(yīng)壓力值來表示其密度值。當(dāng)溫度變化時候，彈性布爾登管和金屬帶同時變化，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相應(yīng)的變化得到補償，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)測氣室處于同一運行環(huán)境溫度的位置
解說：如果不同運行環(huán)境溫度，導(dǎo)致布爾登管和金屬條的補償溫度不一致，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，還應(yīng)裝設(shè)氣體密度表。
3、每日定時檢查并記錄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)計情況來看，包括進口的瑞士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警和閉鎖電觸點，組成SF6氣體密度繼電器。用氣體密度表進行監(jiān)視，報警和閉鎖元件使用密度繼電器。

從現(xiàn)有的經(jīng)驗和理論分析，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-溫度曲線實際運用的部分，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、計量準(zhǔn)確、成本低廉等特點，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償作用，氣體密度表的指針應(yīng)始終指向20℃時的SF6氣體實際密度(壓力)值不變。當(dāng)SF6設(shè)備由于漏氣或試驗取氣等原因，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行注意事項
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償作用的雙層金屬帶，只能夠補償由于環(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)備退出運行時，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，進行判斷是否漏氣。

4、當(dāng)斷路器投入運行后，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?，F(xiàn)象。如果此時表的讀數(shù)偏小，那么就要對設(shè)備是因為漏氣還是本身氣體充入質(zhì)量少兩種情況進行判斷。

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、斷路器在運行時，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氣體的實際壓力值，也不能代表SF6氣體的實際密度值。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，對運行人員易接觸的GIS外殼，其溫升不超過40K；對運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，不能因為SF6氣體實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。在實際工作中，如果發(fā)現(xiàn)表的讀數(shù)誤差較大時，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。