SF6密度表和密度继电器结构与工作原理的探讨
       摘　要 ：SF6断路器作为近代发展起来的新型高压电气开关设备 ，以其优越的性能 、安全可靠 、维护方便和使用寿命长等优势 ，在电力系统中得到了广泛的应用 ，但是有很多同事对SF6断路器的关键部件SF6气体压力表 、密度表 、密度继电器的知识仍然欠缺 ，给安装 、检修等工作带来一些困难 ，甚至会影响工作质量 ，对运行中的设备一些本属于正常状态的现象产生误解 。本文主要介绍SF6气体密度表和SF6气体密度继电器的结构 、工作原理以及注意事项 ，以供参考 。
       关键字 ：SF6密度表 SF6密度继电器结构及工作原理 注意事项
       所谓密度 ，是指某一特定物质在特定条件下单位体积的质量 。SF6断路器中的SF6气体是密封在一个固定不变的容器内的 ，在20℃时的额定压力下 ，它具有一定的密度值 ，在断路器运行的各种允许条件范围内 ，尽管SF6气体的压力随着温度的变化而变化 ，但是 ，SF6气体的密度值始终不变 。因为SF6断路器的绝缘和灭弧性能在很大程度上取决于SF6气体的纯度和密度 ，所以 ，对SF6气体纯度的检测和密度的监视显得特别重要 。如果采用普通压力表来监视SF6气体的泄漏 ，那就会分不清是由于真正存在泄漏还是由于环境温度变化而造成SF6气体的压力变化 。为了能达到经常监视密度的目的 ，国家标准规定 ，SF6断路器应装设压力表或SF6气体密度表和密度继电器 。压力表或SF6气体密度表是起监视作用的 ，密度继电器是起控制和保护作用的 。
       在SF6断路器上装设的SF6气体密度表，带指针及有刻度的称为密度表 ；不带指针及刻度的称为密度继电器或密度压力开关 ；有的SF6气体密度表也带有电触点 ，即兼作密度继电器使用 。它们都是用来测量SF6气体的专用表计 。
       SF6气体密度表的结构原理 。上图所示的SF6气体密度表主要由弹性金属曲管1 、齿轮机构和指针2 、双层金属带3等零部件组成 ，实际上是在弹簧管式压力表机构中加装了双层金属带而构成的 。空心的弹性金属曲管1与断路器相连 ，其内部空间与断路器中的SF6气体相通 ，弹性金属曲管1的端部与起温度补偿作用的双金属带3铰链连接 ，双层金属带3与齿轮机构和指针机构2铰链连接 。
       SF6气体密度表的工作原理
       1.当密度表没有安装使用时 ，如果环境温度是20℃ ， ，指针2指向0MP ，但如果环境温度不是20℃时 ，因为双层金属带3是按照环境温度与20℃的差进行补偿的 ，所以 ，当环境温度高于20℃时 ，双层金属带3伸长 ，其下端将向5的方向发生位移 ，带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值减小的方向移动 ，指针2的读数小于0MP；否则 ，当环境温度低于20℃时 ，齿轮机构和指针2将向密度或压力指示值增大的方向移动 ，指针2的读数大于0MP 。
       2.当向断路器充SF6气体的过程中 ，随着气体压力的逐步升高 ，弹性金属曲管1的端部向4的方向发生位移 ，双层金属带3始终按20℃进行补偿 ，也随着向4的方向发生位移 ，带动齿轮机构和指针2向密度或压力指示值增大的方向移动 ，其指示值变大 。密度表或压力表的指示值不仅与压力有关 ，而且还与温度有关 。在对断路器充SF6气体过程中 ，由于SF6气体突然膨胀降压 ，温度一般由环境温度降至0℃以下 ，双层金属带3始终按20℃进行补偿 ，而不能对SF6气体的实际温度与环境温度之间的温差进行补偿 ，所以 ，在这种情况下 ，密度表的指示值即不能代表SF6气体的实际温度下的密度或压力值 ，也不能代表环境温度下的密度或压力值 ，更不能代表20℃时的密度或压力值 。
       3.当断路器充入SF6 气体后 ，等待一段时间 ，使SF6断路器内部温度升高至与外部环境温度达到平衡后 ，调整SF6气体至额定密度或压力值 ，这时 ，不管SF6气体受环境温度的影响使其压力增大还是减小 ，由于双层金属带3的温度补偿作用 ，密度表的指针始终指向20℃时的额定压力或密度值不变 。
       4.当断路器退出运行后 ，如果断路器内部SF6气体的温度与外部环境温度达到平衡时 ，其指示的密度或压力值将不随外部环境温度的变化而变化 。当环境温度升高时 ，断路器内部SF6气体的温度也随着升高 ，压力也随之增大 ，弹性金属管1的端部向4的方向移动 ，有带动指针向密度或压力值增大的方向移动的趋势 ，但是 ，由于双层金属带3随环境温度升高而伸长 ，其下端向5的方向移动，那么 ，两者的变化量完全抵消 ，其结果是指针的指示值不变 ，即 ：自动折算到20℃时的密度或压力值保持不变 ，反之 ，当环境温度降低时 ，指针的指示值也保持原来的密度或压力值不变 。
       5.当断路器由于某种原因 ，如漏气或做试验时取气等 ，使SF6气体质量减少 ，压力变小 ，弹性金属管1的端部向5的方向移动 ，环境温度引起的压力变化由双层金属带3进行补偿 ，带动指针2向指示值减小的方向移动 ，其结果是指针指示的密度或压力值变小 。由于密度表带有两对电接点 ，供SF6气体密度降低时发信号和闭锁断路器用 ，指针2降到一定的位置就发补气信号或闭锁断路器 。
       使用SF6气体密度或压力表的注意事项 。密度表只有在SF6断路器退出运行时 ，而且在断路器内外温度达到平衡之后 ，才能准确测量出SF6气体的密度或压力值 ；SF6断路器在运行时 ，密度表读数误差的大小 ，取决于断路器的负荷电流和回路电阻所引起的温升的大小 。
SF6气体密度继电器结构原理 。SF6气体密度继电器主要是由两个波纹管 、标准SF6气体包 、微动开关触点 、杠杆等组成 。C1-L1是作为SF6气体降低时报警的电触点63GA ，C2-L2是作为SF6气体降低时闭锁断路器的电触点63GL 。
       SF6气体密度继电器工作原理
       1.它是以密封在波纹管1外侧的与断路器中SF6气体连通的SF6气体包 ，通过以轴5为支撑点的杠杆6 ，与密封在波纹管2外侧的标准气体包3进行比较 ，带动微动开关电触点4动作 ，实现其发信号和闭锁功能 。
       2.当断路器退出运行时 ，而且断路器中SF6气体在额定密度或压力时的温度与外界环境温度相等时 ，波纹管1外侧SF6气体的状态与波纹管2外侧标准SF6包3的状态相同 ，以轴5为支撑点的杠杆6保持在某一平衡位置 ，使微动开关电触点4在打开位置 ，随着环境温度的变化 ，两侧的SF6气体的压力同时发生变化 ，因此 ，作用在以轴5为支撑点的杠杆仍然保持在某一平衡位置 ，微动开关电触点4仍然保持在打开位置不变 。
       3.当断路器退出运行时 ，而且断路器中SF6气体的温度与外界环境温度相等时 ，如果断路器泄漏SF6气体 ，波纹管1外侧SF6气体的压力将会减小 ，波纹管2外侧的标准SF6气体包3的压力保持不变 ，杠杆6失去平衡 ，其结果两端将会发生逆时针转动 ，达到新的平衡位置 ，漏气到一定程度时 ，就会使微动电接点4不同功能的电触点分别闭合 ，发出不同的指令或信号 ，实现其不同的功能 。
       4.当断路器投入运行时 ，标准SF6气体包3还是在环境温度下 ，由于负荷电流通过回路电阻时消耗的电功率转化为热能 ，使断路器内的SF6气体升温 ，产生压力增量 ，即 ：波纹管1外侧SF6气体的压力将会增大 ，就会推动杠杆6绕轴5顺时针转动 ，使微动开关电触点4不会闭合 。在这种情况下 ，如果断路器泄漏SF6气体 ，波纹管1外侧SF6气体的压力将会减小 。但是 ，由于温升的作用 ，要比断路器退出运行时泄漏更多的SF6气体 ，才能使微动开关电触点4闭合 。
       使用SF6密度继电器的注意事项 。SF6气体密度继电器只有在断路器退出运行时 ，而且在断路器内外温度达到平衡后 ，才能准确测量出SF6气体的密度值 ；断路器运行时 ，如果断路器泄漏SF6气体 ，由于温升的作用 ，要比断路器退出运行时泄漏更多的SF6气体 ，才能够使密度继电器的电触点闭合 。
       SF6断路器密度表或密度继电器的校验 ，就是利用仪器自动折算出20℃时的SF6气体压力值 ，显示出各种温度和压力下的密度值 ，与仪器模拟的各种压力进行比较 ，以观察电触点的接触情况 ，能否在低压的规定值内发信号或闭锁断路器 ，来判断SF6断路器密度表或密度继电器的好坏 。
       在对SF6断路器的密度表和密度继电器的校验过程中 ，发现多台断路器的密度继电器不合格 ，而尚未发现密度表不合格现象 ，造成密度继电器不合格的原因可能是SF6标准气体包由于带着一根长长的细铜管 ，在安装或检修过程中 ，由于铜管的弯折或碰撞等原因造成标准SF6气体包内的压力增大而引起的 ；也可能是由于密度继电器波纹管损坏 ，造成密度继电器的标准气体包漏气 ，当断路器泄漏SF6气体时 ，C1-L1和C2-L2接点不能接通 ，致使密度继电器失去作用 ，严重威胁设备的安全运行甚至是系统安全 ，建议将密度继电器更换为密度表 ，一方面可以减少SF6气体管道和接头 ，即减少SF6气体泄漏的机率 ；另方面可以提高设备的运行可靠性。
       在现场的实际工作中 ，给断路器充SF6气体时 ，经常有人认为多充些SF6气体 ，可以防止发补气和闭锁信号 ，确实 ，如果气体的压力充高些 ，会减小发补气和闭锁信号的机率 ，但是会加重断路器的各密封处的负担，有可能使断路器的密封处损坏 ，发生漏气现象 ，所以不提倡将SF6气体压力充高现象 ，应严格控制在标准以内 。
       SF6断路器是电力系统中重要的保护和控制元件，如果断路器发生故障 ，将会造成很大的经济损失 ，要保证断路器运行的可靠性 ，就必须经常监视断路器的各项指标 ，特别是SF6气体 ，必须到达有关标准的规定 ，使SF6断路器长期保持良好的工作状态 。

全自动SF6密度继电器校验仪必要性及基本原理
一 、概述
       进行密度继电器校验的必要性
       SF6开关是电力系统广泛使用的高压电器 。SF6开关的可靠运行已成为供用电部门最关心的问题之一 。SF6气体密度继电器是用来监测运行中SF6开关本体中SF6气体密度变化的重要元件 ，其性能的好坏直接影响到SF6开关的运行安全 。现场运行的SF6气体密度继电器因不常动作 ，经过一段时期后常出现动作不灵活 、触点接触不良等现象 ，有的还会出现密度继电器温度补偿性能变差 ，当环境温度突变时常导致SF6密度继电器误动作 。因此DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定 ：各SF6开关使用单位应定期对SF6气体密度继电器进行校验。从实际运行情况看 ，对现场运行中的SF6密度继电器 、压力表进行定期校验也是非常必要的 。
       进行SF6密度继电器校验基本原理
       密闭容器中的气体压力随温度的变化而变化 ，为了便于统计和比较 ，通常把20℃时的SF6的相对压力值作为标准值 。在现场校验时 ，一定环境温度下测量的SF6压力值均要换算到其对应20℃时的等效压力值 ，从而判断密度继电器的性能 。
       闭锁回复值校验 ：在环境温度下 ，当SF6密度继电器为零压力时 ，给SF6密度继电器一定的速度缓慢充气 ，当SF6密度继电器的闭锁继电器动作时 ，记录当前的环境温度下的压力值 ，并换算成20℃时的等效压力值 ，这个20℃时的等效压力值就是SF6密度继电器的闭锁回复值 。
       报警回复校验值 ：继续给SF6密度继电器以一定的速度缓慢充气 ，当密度继电器的报警继电器动作时 ，记录当前的环境温度下的压力值 ，并换算成20℃时的等效压力值 ，这个20℃时的等效压力值就是SF6密度继电器的报警回复值 。
       报警值校验 ：在环境温度下 ，当SF6密度继电器内压力大于报警回复值时 ，以一定的速度缓慢放气 ，当SF6密度继电器的报警继电器动作时 ，记录当前环境温度下的压力值 ，并换算成20℃时的等效压力值 ，这个20度时的等效压力值就是SF6密度继电器的报警值 。
       闭锁值校验 ：继续给SF6密度继电器以一定的速度缓慢放气 ，当SF6密度继电器的闭锁继电器动作时 ，记录当前的环境温度下的压力值 ，并换算成20℃时的等效压力值 ，这个20℃时的等效压力值就是SF6密度继电器的闭锁值 。