昌暉儀表介紹SF6氣體密度繼電器結構原理和使用注意事項，結合實例和國家標準深度解析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，是指某一特定物質在某一特定條件下單位體積的質量。SF6電器中的SF6氣體是密封在一個固定不變的容器內的。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，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視顯得特別重要。為了能夠達到經常監視其密度的目的，如前文所述，國家標準明確規定了，SF6斷路器應設密度繼電器或氣體密度表。SF6氣體密度表是起監視作用的，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該是密度的單位。但是，目前國內外生產和使用的密度表的指示值都是借用壓力的單位MPa。從現有可以進行查詢的手段收集到的資料來看，對于密度表，國家還沒有統一的技術標準，國外也沒有關于密度表的技術標準。

根據理想氣體狀態方程pv=nRT可以看出壓力p為溫度線性關系，如下圖所示，當六氟化硫設備中氣體溫度變化時候，壓力表數值隨著變化，無法準備表現設備的狀態。


六氟化硫氣體密度繼電器結構原理
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、是否存在漏氣現象進行監視。如下圖所示，為補償片式六氟化硫密度繼電器結構

SF6氣體密度繼電器(表)主要是由彈簧金屬曲管、齒輪機構和指針、雙層金屬帶等零件組成，實際上是在彈簧管式壓力表結構原理的基礎上，加裝一個按照環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)的讀數不隨環境溫度的變化而變化。

六氟化硫密度繼電器結構溫度補償原理
SF6氣體密度繼電器其實是一個帶溫度補償的壓力繼電器，都以20℃的相應壓力值來表示其密度值。當溫度變化時候，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的變化得到補償，因此不會引起指針的偏轉，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，都將轉化成氣體密度繼電器指針動作并反映到刻度盤上，并且可以監測到超出系統允許的最小或最大壓力的壓力值。如下圖漏氣情況。


國網新版十八項反措關于六氟化硫密度繼電器結構的要求：密度繼電器應裝與被監測氣室處于同一運行環境溫度的位置
解說：如果不同運行環境溫度，導致布爾登管和金屬條的補償溫度不一致，導致數值上的不準確。

六氟化硫電器的一般要求
根據DL/T728-2013《氣體絕緣金屬封閉開關設備訂貨技術導則》和原能源部頒發的《高壓斷路器運行規程》及其他標準規定，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、監視SF6氣體壓力的變化情況，應設密度繼電器或氣體密度表。
2、密度監視裝置可以是密度表，也可以是密度繼電器。當選用密度繼電器時，還應裝設氣體密度表。
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
昌暉儀表從對某供電局近五百塊SF6密度表的統計情況來看，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視，報警和閉鎖元件使用密度繼電器。

從現有的經驗和理論分析，采用這樣結構SF6氣體密度繼電器，依據如下：
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)較復雜，但是在一定溫度范圍內，SF6氣體的壓力隨絕對溫度變化的關系仍然是線性關系。所以，各設備制造商采用了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，且存在標準允許的10%-15%的誤差，但是在一個固定不變的容器內，只要不出現漏氣現象，SF6氣體的密度值始終不變，如果出現漏氣，SF6氣體的密度值與壓力值的函數關系是成正比變化著。所以，用壓力值監視設備是否漏氣，理論上是可行的。

2、彈簧管式壓力表具有結構簡單、制造工藝和技術標準成熟、計量準確、成本低廉等特點，適于大規模制造和使用。當給斷路器充入六氟化硫氣體后，一般24小時后，SF6斷路器內部溫度升高至與外界環境溫度達到平衡后，不管SF6氣體受環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始終指向20℃時的SF6氣體實際密度(壓力)值不變。當SF6設備由于漏氣或試驗取氣等原因，使SF6氣體質量減少，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設備退出運行后，而且在設備內外溫度達到平衡后，才能準確測量出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備內部溫升引起的密度(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視SF6氣體是否漏氣，只有在設備退出運行時，而且在設備內外溫度達到平衡后，才能根據密度(壓力)讀數的變化，進行判斷是否漏氣。

4、當斷路器投入運行后，由于斷路器的負荷電流通過導電回路的導體電阻和接觸電阻使，消耗的電功率將全部轉化為熱能，加熱SF6氣體而產生溫升，進而產生壓力增量，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象。如果此時表的讀數偏小，那么就要對設備是因為漏氣還是本身氣體充入質量少兩種情況進行判斷。

5、根據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，其讀數也有偏差。所謂環境溫度，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，密度(壓力)讀數就會大些；如果密度(壓力)表安裝在斷路器的朝陽光側，經陽光照射后溫度就會高些，密度(壓力)讀數就會小些。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誤差的大小，取決于斷路器的負荷電流和回路電阻所引起的溫升大小，并且誤差大小與環境溫度無關。嚴格的講，這種讀數，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設備訂貨技術導則》規定，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，要根據其結構、原理、使用條件等進行具體分析，比如西北地區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，就認為密度(壓力)表的讀數也不隨溫度變化而變化。在實際工作中，如果發現表的讀數誤差較大時，也不能就肯定密度表質量有問題。

8、根據對本文舉例的某供電局近五百塊SF6密度表在冬、夏季的統計分析結果，負荷電流越大，誤差越大，誤差可達10%~20%，這種情況下，不應判斷六氟化硫氣體密度繼電器和氣體密度表肯定有問題。