解析SF6氣體密度表和密度繼電器的工作原理與結(jié)構
SF6斷路器作為近代發(fā)展起來的新型高壓電氣開關設備，以其優(yōu)越的性能、安全可靠、維護方便和使用壽命長等優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，但是有很多同事對SF6斷路器的關鍵部件SF6氣體壓力表、密度表、密度繼電器的知識仍然欠缺，給安裝、檢修等工作帶來一些困難，甚至會影響工作質(zhì)量，對運行中的設備一些本屬于正常狀態(tài)的現(xiàn)象產(chǎn)生誤解。本文主要介紹SF6氣體密度表和SF6氣體密度繼電器的結(jié)構、工作原理以及注意事項。
所謂密度，是指某一特定物質(zhì)在特定條件下單位體積的質(zhì)量。SF6斷路器中的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，在斷路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于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。如果采用普通壓力表來監(jiān)視SF6氣體的泄漏，那就會分不清是由于真正存在泄漏還是由于環(huán)境溫度變化而造成SF6氣體的壓力變化。為了能達到經(jīng)常監(jiān)視密度的目的，國家標準規(guī)定，SF6斷路器應裝設壓力表或SF6氣體密度表和密度繼電器。壓力表或SF6氣體密度表是起監(jiān)視作用的，密度繼電器是起控制和保護作用的。
在SF6斷路器上裝設的SF6氣體密度表，帶指針及有刻度的稱為密度表；不帶指針及刻度的稱為密度繼電器或密度壓力開關；有的SF6氣體密度表也帶有電觸點，即兼作密度繼電器使用。它們都是用來測量SF6氣體的專用表計。
SF6氣體密度表的結(jié)構原理。上圖所示的SF6氣體密度表主要由彈性金屬曲管1、齒輪機構和指針2、雙層金屬帶3等零部件組成，實際上是在彈簧管式壓力表機構中加裝了雙層金屬帶而構成的。空心的彈性金屬曲管1與斷路器相連，其內(nèi)部空間與斷路器中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1的端部與起溫度補償作用的雙金屬帶3鉸鏈連接，雙層金屬帶3與齒輪機構和指針機構2鉸鏈連接。
SF6氣體密度表的工作原理
1.當密度表沒有安裝使用時，如果環(huán)境溫度是20℃，，指針2指向0MP，但如果環(huán)境溫度不是20℃時，因為雙層金屬帶3是按照環(huán)境溫度與20℃的差進行補償?shù)?，所以，當環(huán)境溫度高于20℃時，雙層金屬帶3伸長，其下端將向5的方向發(fā)生位移，帶動齒輪機構和指針2向密度或壓力指示值減小的方向移動，指針2的讀數(shù)小于0MP；否則，當環(huán)境溫度低于20℃時，齒輪機構和指針2將向密度或壓力指示值增大的方向移動，指針2的讀數(shù)大于0MP。
2.當向斷路器充SF6氣體的過程中，隨著氣體壓力的逐步升高，彈性金屬曲管1的端部向4的方向發(fā)生位移，雙層金屬帶3始終按20℃進行補償，也隨著向4的方向發(fā)生位移，帶動齒輪機構和指針2向密度或壓力指示值增大的方向移動，其指示值變大。密度表或壓力表的指示值不僅與壓力有關，而且還與溫度有關。在對斷路器充SF6氣體過程中，由于SF6氣體突然膨脹降壓，溫度一般由環(huán)境溫度降至0℃以下，雙層金屬帶3始終按20℃進行補償，而不能對SF6氣體的實際溫度與環(huán)境溫度之間的溫差進行補償，所以，在這種情況下，密度表的指示值即不能代表SF6氣體的實際溫度下的密度或壓力值，也不能代表環(huán)境溫度下的密度或壓力值，更不能代表20℃時的密度或壓力值。
3.當斷路器充入SF6 氣體后，等待一段時間，使SF6斷路器內(nèi)部溫度升高至與外部環(huán)境溫度達到平衡后，調(diào)整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時，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3的溫度補償作用，密度表的指針始終指向20℃時的額定壓力或密度值不變。
4.當斷路器退出運行后，如果斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度與外部環(huán)境溫度達到平衡時，其指示的密度或壓力值將不隨外部環(huán)境溫度的變化而變化。當環(huán)境溫度升高時，斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度也隨著升高，壓力也隨之增大，彈性金屬管1的端部向4的方向移動，有帶動指針向密度或壓力值增大的方向移動的趨勢，但是，由于雙層金屬帶3隨環(huán)境溫度升高而伸長，其下端向5的方向移動，那么，兩者的變化量完全抵消，其結(jié)果是指針的指示值不變，即：自動折算到20℃時的密度或壓力值保持不變，反之，當環(huán)境溫度降低時，指針的指示值也保持原來的密度或壓力值不變。
5.當斷路器由于某種原因，如漏氣或做試驗時取氣等，使SF6氣體質(zhì)量減少，壓力變小，彈性金屬管1的端部向5的方向移動，環(huán)境溫度引起的壓力變化由雙層金屬帶3進行補償，帶動指針2向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。由于密度表帶有兩對電接點，供SF6氣體密度降低時發(fā)信號和閉鎖斷路器用，指針2降到一定的位置就發(fā)補氣信號或閉鎖斷路器。
使用SF6氣體密度或壓力表的注意事項。密度表只有在SF6斷路器退出運行時，而且在斷路器內(nèi)外溫度達到平衡之后，才能準確測量出SF6氣體的密度或壓力值；SF6斷路器在運行時，密度表讀數(shù)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的大小。
SF6氣體密度繼電器結(jié)構原理。SF6氣體密度繼電器主要是由兩個波紋管、標準SF6氣體包、微動開關觸點、杠桿等組成。C1-L1是作為SF6氣體降低時報警的電觸點63GA，C2-L2是作為SF6氣體降低時閉鎖斷路器的電觸點63GL。
SF6氣體密度繼電器工作原理
1.它是以密封在波紋管1外側(cè)的與斷路器中SF6氣體連通的SF6氣體包，通過以軸5為支撐點的杠桿6，與密封在波紋管2外側(cè)的標準氣體包3進行比較，帶動微動開關電觸點4動作，實現(xiàn)其發(fā)信號和閉鎖功能。
2.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體在額定密度或壓力時的溫度與外界環(huán)境溫度相等時，波紋管1外側(cè)SF6氣體的狀態(tài)與波紋管2外側(cè)標準SF6包3的狀態(tài)相同，以軸5為支撐點的杠桿6保持在某一平衡位置，使微動開關電觸點4在打開位置，隨著環(huán)境溫度的變化，兩側(cè)的SF6氣體的壓力同時發(fā)生變化，因此，作用在以軸5為支撐點的杠桿仍然保持在某一平衡位置，微動開關電觸點4仍然保持在打開位置不變。
3.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體的溫度與外界環(huán)境溫度相等時，如果斷路器泄漏SF6氣體，波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會減小，波紋管2外側(cè)的標準SF6氣體包3的壓力保持不變，杠桿6失去平衡，其結(jié)果兩端將會發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動，達到新的平衡位置，漏氣到一定程度時，就會使微動電接點4不同功能的電觸點分別閉合，發(fā)出不同的指令或信號，實現(xiàn)其不同的功能。
4.當斷路器投入運行時，標準SF6氣體包3還是在環(huán)境溫度下，由于負荷電流通過回路電阻時消耗的電功率轉(zhuǎn)化為熱能，使斷路器內(nèi)的SF6氣體升溫，產(chǎn)生壓力增量，即：波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會增大，就會推動杠桿6繞軸5順時針轉(zhuǎn)動，使微動開關電觸點4不會閉合。在這種情況下，如果斷路器泄漏SF6氣體，波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會減小。但是，由于溫升的作用，要比斷路器退出運行時泄漏更多的SF6氣體，才能使微動開關電觸點4閉合。
使用SF6密度繼電器的注意事項。SF6氣體密度繼電器只有在斷路器退出運行時，而且在斷路器內(nèi)外溫度達到平衡后，才能準確測量出SF6氣體的密度值；斷路器運行時，如果斷路器泄漏SF6氣體，由于溫升的作用，要比斷路器退出運行時泄漏更多的SF6氣體，才能夠使密度繼電器的電觸點閉合。
SF6斷路器密度表或密度繼電器的校驗，就是利用儀器自動折算出20℃時的SF6氣體壓力值，顯示出各種溫度和壓力下的密度值，與儀器模擬的各種壓力進行比較，以觀察電觸點的接觸情況，能否在低壓的規(guī)定值內(nèi)發(fā)信號或閉鎖斷路器，來判斷SF6斷路器密度表或密度繼電器的好壞。
在對SF6斷路器的密度表和密度繼電器的校驗過程中，發(fā)現(xiàn)多臺斷路器的密度繼電器不合格，而尚未發(fā)現(xiàn)密度表不合格現(xiàn)象，造成密度繼電器不合格的原因可能是SF6標準氣體包由于帶著一根長長的細銅管，在安裝或檢修過程中，由于銅管的彎折或碰撞等原因造成標準SF6氣體包內(nèi)的壓力增大而引起的；也可能是由于密度繼電器波紋管損壞，造成密度繼電器的標準氣體包漏氣，當斷路器泄漏SF6氣體時，C1-L1和C2-L2接點不能接通，致使密度繼電器失去作用，嚴重威脅設備的安全運行甚至是系統(tǒng)安全，建議將密度繼電器更換為密度表，一方面可以減少SF6氣體管道和接頭，即減少SF6氣體泄漏的機率；另方面可以提高設備的運行可靠性。
在現(xiàn)場的實際工作中，給斷路器充SF6氣體時，經(jīng)常有人認為多充些SF6氣體，可以防止發(fā)補氣和閉鎖信號，確實，如果氣體的壓力充高些，會減小發(fā)補氣和閉鎖信號的機率，但是會加重斷路器的各密封處的負擔，有可能使斷路器的密封處損壞，發(fā)生漏氣現(xiàn)象，所以不提倡將SF6氣體壓力充高現(xiàn)象，應嚴格控制在標準以內(nèi)。
SF6斷路器是電力系統(tǒng)中重要的保護和控制元件，如果斷路器發(fā)生故障，將會造成很大的經(jīng)濟損失，要保證斷路器運行的可靠性，就必須經(jīng)常監(jiān)視斷路器的各項指標，特別是SF6氣體，必須到達有關標準的規(guī)定，使SF6斷路器長期保持良好的工作狀態(tài)。
本文由揚州拓普電氣科技有限公司生技部整理發(fā)布 咨詢熱線：0514-88988010 www.lygmys.com
所謂密度，是指某一特定物質(zhì)在特定條件下單位體積的質(zhì)量。SF6斷路器中的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，在斷路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于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。如果采用普通壓力表來監(jiān)視SF6氣體的泄漏，那就會分不清是由于真正存在泄漏還是由于環(huán)境溫度變化而造成SF6氣體的壓力變化。為了能達到經(jīng)常監(jiān)視密度的目的，國家標準規(guī)定，SF6斷路器應裝設壓力表或SF6氣體密度表和密度繼電器。壓力表或SF6氣體密度表是起監(jiān)視作用的，密度繼電器是起控制和保護作用的。
在SF6斷路器上裝設的SF6氣體密度表，帶指針及有刻度的稱為密度表；不帶指針及刻度的稱為密度繼電器或密度壓力開關；有的SF6氣體密度表也帶有電觸點，即兼作密度繼電器使用。它們都是用來測量SF6氣體的專用表計。
SF6氣體密度表的結(jié)構原理。上圖所示的SF6氣體密度表主要由彈性金屬曲管1、齒輪機構和指針2、雙層金屬帶3等零部件組成，實際上是在彈簧管式壓力表機構中加裝了雙層金屬帶而構成的。空心的彈性金屬曲管1與斷路器相連，其內(nèi)部空間與斷路器中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1的端部與起溫度補償作用的雙金屬帶3鉸鏈連接，雙層金屬帶3與齒輪機構和指針機構2鉸鏈連接。
SF6氣體密度表的工作原理
1.當密度表沒有安裝使用時，如果環(huán)境溫度是20℃，，指針2指向0MP，但如果環(huán)境溫度不是20℃時，因為雙層金屬帶3是按照環(huán)境溫度與20℃的差進行補償?shù)?，所以，當環(huán)境溫度高于20℃時，雙層金屬帶3伸長，其下端將向5的方向發(fā)生位移，帶動齒輪機構和指針2向密度或壓力指示值減小的方向移動，指針2的讀數(shù)小于0MP；否則，當環(huán)境溫度低于20℃時，齒輪機構和指針2將向密度或壓力指示值增大的方向移動，指針2的讀數(shù)大于0MP。
2.當向斷路器充SF6氣體的過程中，隨著氣體壓力的逐步升高，彈性金屬曲管1的端部向4的方向發(fā)生位移，雙層金屬帶3始終按20℃進行補償，也隨著向4的方向發(fā)生位移，帶動齒輪機構和指針2向密度或壓力指示值增大的方向移動，其指示值變大。密度表或壓力表的指示值不僅與壓力有關，而且還與溫度有關。在對斷路器充SF6氣體過程中，由于SF6氣體突然膨脹降壓，溫度一般由環(huán)境溫度降至0℃以下，雙層金屬帶3始終按20℃進行補償，而不能對SF6氣體的實際溫度與環(huán)境溫度之間的溫差進行補償，所以，在這種情況下，密度表的指示值即不能代表SF6氣體的實際溫度下的密度或壓力值，也不能代表環(huán)境溫度下的密度或壓力值，更不能代表20℃時的密度或壓力值。
3.當斷路器充入SF6 氣體后，等待一段時間，使SF6斷路器內(nèi)部溫度升高至與外部環(huán)境溫度達到平衡后，調(diào)整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時，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3的溫度補償作用，密度表的指針始終指向20℃時的額定壓力或密度值不變。
4.當斷路器退出運行后，如果斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度與外部環(huán)境溫度達到平衡時，其指示的密度或壓力值將不隨外部環(huán)境溫度的變化而變化。當環(huán)境溫度升高時，斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度也隨著升高，壓力也隨之增大，彈性金屬管1的端部向4的方向移動，有帶動指針向密度或壓力值增大的方向移動的趨勢，但是，由于雙層金屬帶3隨環(huán)境溫度升高而伸長，其下端向5的方向移動，那么，兩者的變化量完全抵消，其結(jié)果是指針的指示值不變，即：自動折算到20℃時的密度或壓力值保持不變，反之，當環(huán)境溫度降低時，指針的指示值也保持原來的密度或壓力值不變。
5.當斷路器由于某種原因，如漏氣或做試驗時取氣等，使SF6氣體質(zhì)量減少，壓力變小，彈性金屬管1的端部向5的方向移動，環(huán)境溫度引起的壓力變化由雙層金屬帶3進行補償，帶動指針2向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。由于密度表帶有兩對電接點，供SF6氣體密度降低時發(fā)信號和閉鎖斷路器用，指針2降到一定的位置就發(fā)補氣信號或閉鎖斷路器。
使用SF6氣體密度或壓力表的注意事項。密度表只有在SF6斷路器退出運行時，而且在斷路器內(nèi)外溫度達到平衡之后，才能準確測量出SF6氣體的密度或壓力值；SF6斷路器在運行時，密度表讀數(shù)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的大小。
SF6氣體密度繼電器結(jié)構原理。SF6氣體密度繼電器主要是由兩個波紋管、標準SF6氣體包、微動開關觸點、杠桿等組成。C1-L1是作為SF6氣體降低時報警的電觸點63GA，C2-L2是作為SF6氣體降低時閉鎖斷路器的電觸點63GL。
SF6氣體密度繼電器工作原理
1.它是以密封在波紋管1外側(cè)的與斷路器中SF6氣體連通的SF6氣體包，通過以軸5為支撐點的杠桿6，與密封在波紋管2外側(cè)的標準氣體包3進行比較，帶動微動開關電觸點4動作，實現(xiàn)其發(fā)信號和閉鎖功能。
2.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體在額定密度或壓力時的溫度與外界環(huán)境溫度相等時，波紋管1外側(cè)SF6氣體的狀態(tài)與波紋管2外側(cè)標準SF6包3的狀態(tài)相同，以軸5為支撐點的杠桿6保持在某一平衡位置，使微動開關電觸點4在打開位置，隨著環(huán)境溫度的變化，兩側(cè)的SF6氣體的壓力同時發(fā)生變化，因此，作用在以軸5為支撐點的杠桿仍然保持在某一平衡位置，微動開關電觸點4仍然保持在打開位置不變。
3.當斷路器退出運行時，而且斷路器中SF6氣體的溫度與外界環(huán)境溫度相等時，如果斷路器泄漏SF6氣體，波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會減小，波紋管2外側(cè)的標準SF6氣體包3的壓力保持不變，杠桿6失去平衡，其結(jié)果兩端將會發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動，達到新的平衡位置，漏氣到一定程度時，就會使微動電接點4不同功能的電觸點分別閉合，發(fā)出不同的指令或信號，實現(xiàn)其不同的功能。
4.當斷路器投入運行時，標準SF6氣體包3還是在環(huán)境溫度下，由于負荷電流通過回路電阻時消耗的電功率轉(zhuǎn)化為熱能，使斷路器內(nèi)的SF6氣體升溫，產(chǎn)生壓力增量，即：波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會增大，就會推動杠桿6繞軸5順時針轉(zhuǎn)動，使微動開關電觸點4不會閉合。在這種情況下，如果斷路器泄漏SF6氣體，波紋管1外側(cè)SF6氣體的壓力將會減小。但是，由于溫升的作用，要比斷路器退出運行時泄漏更多的SF6氣體，才能使微動開關電觸點4閉合。
使用SF6密度繼電器的注意事項。SF6氣體密度繼電器只有在斷路器退出運行時，而且在斷路器內(nèi)外溫度達到平衡后，才能準確測量出SF6氣體的密度值；斷路器運行時，如果斷路器泄漏SF6氣體，由于溫升的作用，要比斷路器退出運行時泄漏更多的SF6氣體，才能夠使密度繼電器的電觸點閉合。
SF6斷路器密度表或密度繼電器的校驗，就是利用儀器自動折算出20℃時的SF6氣體壓力值，顯示出各種溫度和壓力下的密度值，與儀器模擬的各種壓力進行比較，以觀察電觸點的接觸情況，能否在低壓的規(guī)定值內(nèi)發(fā)信號或閉鎖斷路器，來判斷SF6斷路器密度表或密度繼電器的好壞。
在對SF6斷路器的密度表和密度繼電器的校驗過程中，發(fā)現(xiàn)多臺斷路器的密度繼電器不合格，而尚未發(fā)現(xiàn)密度表不合格現(xiàn)象，造成密度繼電器不合格的原因可能是SF6標準氣體包由于帶著一根長長的細銅管，在安裝或檢修過程中，由于銅管的彎折或碰撞等原因造成標準SF6氣體包內(nèi)的壓力增大而引起的；也可能是由于密度繼電器波紋管損壞，造成密度繼電器的標準氣體包漏氣，當斷路器泄漏SF6氣體時，C1-L1和C2-L2接點不能接通，致使密度繼電器失去作用，嚴重威脅設備的安全運行甚至是系統(tǒng)安全，建議將密度繼電器更換為密度表，一方面可以減少SF6氣體管道和接頭，即減少SF6氣體泄漏的機率；另方面可以提高設備的運行可靠性。
在現(xiàn)場的實際工作中，給斷路器充SF6氣體時，經(jīng)常有人認為多充些SF6氣體，可以防止發(fā)補氣和閉鎖信號，確實，如果氣體的壓力充高些，會減小發(fā)補氣和閉鎖信號的機率，但是會加重斷路器的各密封處的負擔，有可能使斷路器的密封處損壞，發(fā)生漏氣現(xiàn)象，所以不提倡將SF6氣體壓力充高現(xiàn)象，應嚴格控制在標準以內(nèi)。
SF6斷路器是電力系統(tǒng)中重要的保護和控制元件，如果斷路器發(fā)生故障，將會造成很大的經(jīng)濟損失，要保證斷路器運行的可靠性，就必須經(jīng)常監(jiān)視斷路器的各項指標，特別是SF6氣體，必須到達有關標準的規(guī)定，使SF6斷路器長期保持良好的工作狀態(tài)。
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