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为何SF6气体设备普遍采用密度表而不采用压力表?
2021-09-17

武汉ca亚洲城专业生产SF6气体密度继电器校验仪,下面为大家先容为何SF6气体设备普遍采用密度表而不采用压力表?


SF6气体密度继电器结构原理和使用注意事项,结合实例和国家标准深度解析SF6电器采用SF6气体密度继电器和SF6气体密度表而不是普通压力表的原因。


所谓密度,是指某一特定物质在某一特定条件下单位体积的质量。SF6电器中的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,在电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与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。为了能够达到经常监视其密度的目的,如前文所述,国家标准明确规定了,SF6断路器应设密度继电器或气体密度表。SF6气体密度表是起监视作用的,气体密度继电器是起控制和保护作用的。


SF6气体密度继电器校验仪


密度的符号用ρ表示,单位符号为kg/m3或g/L。按照密度的定义,SF6气体密度表的指示值应该是密度的单位。但是,目前国内外生产和使用的密度表的指示值都是借用压力的单位MPa。从现有可以进行查询的手段收集到的资料来看,对于密度表,国家还没有统一的技术标准,国外也没有关于密度表的技术标准。


根据理想气体状态方程pv=nRT可以看出压力p为温度线性关系,如下图所示,当六氟化硫设备中气体温度变化时候,压力表数值随着变化,无法准备表现设备的状态。


六氟化硫气体密度继电器结构原理


六氟化硫气体密度继电器(表)是六氟化硫断路器和六氟化硫组合电器(GIS)不可缺少的重要附件。其基本作用是对运行中的SF6电器的密封状况、是否存在漏气现象进行监视。如下图所示,为补偿片式六氟化硫密度继电器结构


SF6气体密度继电器(表)主要是由弹簧金属曲管、齿轮机构和指针、双层金属带等零件组成,实际上是在弹簧管式压力表结构原理的基础上,加装一个按照环境温度变化而伸缩的双层金属带作为温度补偿装置,使弹簧管和双层金属带随温度变化而伸缩的增量相等且反向迭加,使密度(压力)的读数不随环境温度的变化而变化。


六氟化硫密度继电器结构温度补偿原理

SF6气体密度继电器其实是一个带温度补偿的压力继电器,都以20℃的相应压力值来表示其密度值。当温度变化时候,弹性布尔登管和金属带同时变化,从而指针显示不变。


在体积不变的情况下,仅仅由于温度变化而引起的任何压力变化,都可以通过布尔登管和金属片同时相应的变化得到补偿,因此不会引起指针的偏转,并确保压力指示值的正确性。如下图所示。


压力元件对任何非温度变化而引起的压力变化的反应,都将转化成气体密度继电器指针动作并反映到刻度盘上,并且可以监测到超出系统允许的最小或最大压力的压力值。如下图漏气情况。


国网新版十八项反措关于六氟化硫密度继电器结构的要求:密度继电器应装与被监测气室处于同一运行环境温度的位置讲解:如果不同运行环境温度,导致布尔登管和金属条的补偿温度不一致,导致数值上的不准确。


六氟化硫电器的一般要求

根据DL/T728-2013《气体绝缘金属封闭开关设备订货技术导则》和原能源部颁发的《高压断路器运行规程》及其他标准规定,对六氟化硫电器(为方便起见,本文所述的六氟化硫电器基本是指SF6断路器和GIS)的一般要求是:

1、监视SF6气体压力的变化情况,应设密度继电器或气体密度表。

2、密度监视装置可以是密度表,也可以是密度继电器。当选用密度继电器时,还应装设气体密度表。

3、每日定时检查并记录SF6气体的压力和温度。


六氟化硫电器采用气体密度继电器的依据,从对某供电局近五百块SF6密度表的统计情况来看,包括进口的瑞士ABB、德国WIKA 、CBS,瑞士WINFOSS、上海朗松珂利等产地仪表均属于这种情况,即弹簧管式压力表带有漏气引起压力下降报警和闭锁电触点,组成SF6气体密度继电器。用气体密度表进行监视,报警和闭锁元件使用密度继电器。


从现有的经验和理论分析,采用这样结构SF6气体密度继电器,依据如下:

1、虽然纯粹的SF6气体压力-温度曲线(即SF6气体、液体、固体三相物理图)较复杂,但是在一定温度范围内,SF6气体的压力随绝对温度变化的关系仍然是线性关系。所以,各设备制造商采用了SF6气体压力-温度曲线实际运用的部分,即SF6气体的压力随着温度的变化而变化,且存在标准允许的10%-15%的误差,但是在一个固定不变的容器内,只要不出现漏气现象,SF6气体的密度值始终不变,如果出现漏气,SF6气体的密度值与压力值的函数关系是成正比变化着。所以,用压力值监视设备是否漏气,理论上是可行的。


2、弹簧管式压力表具有结构简单、制造工艺和技术标准成熟、计量准确、成本低廉等特点,适于大规模制造和使用。当给断路器充入六氟化硫气体后,一般24小时后,SF6断路器内部温度升高至与外界环境温度达到平衡后,不管SF6气体受环境温度的影响使其压力增大还是减小,由于双层金属带的温度补偿作用,气体密度表的指针应始终指向20℃时的SF6气体实际密度(压力)值不变。当SF6设备由于漏气或试验取气等原因,使SF6气体质量减少,压力变小,指针向密度(或压力)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。??


六氟化硫气体密度继电器和气体密度表运行注意事项

1、六氟化硫气体密度继电器和气体密度表只有在SF6设备退出运行后,而且在设备内外温度达到平衡后,才能准确测量出SF6气体的密度(或压力)值。


2、六氟化硫气体密度继电器和气体密度表起温度补偿作用的双层金属带,只能够补偿由于环境温度变化引起密度(或压力)值的变化,而不能够补偿由于设备内部温升引起的密度(或压力)值的变化。


3、六氟化硫气体密度继电器和气体密度表的主要作用是监视SF6气体是否漏气,只有在设备退出运行时,而且在设备内外温度达到平衡后,才能根据密度(压力)读数的变化,进行判断是否漏气。


4、当断路器投入运行后,由于断路器的负荷电流通过导电回路的导体电阻和接触电阻使,消耗的电功率将全部转化为热能,加热SF6气体而产生温升,进而产生压力增量,密度(或压力)表的读书就会偏大,这是这种气体密度表的正常现象。如果此时表的读数偏小,那么就要对设备是因为漏气还是本身气体充入质量少两种情况进行判断。


5、根据六氟化硫气体密度继电器和气体密度表配置在断路器的位置不同,其读数也有偏差。所谓环境温度,一般是指没有阳光照射的空气温度,如果密度(压力)表安装在断路器的背阳光侧,密度(压力)读数就会大些;如果密度(压力)表安装在断路器的朝阳光侧,经阳光照射后温度就会高些,密度(压力)读数就会小些。其偏差大小取决于温差的大小。


6、断路器在运行时,六氟化硫气体密度继电器和气体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大小,并且误差大小与环境温度无关。严格的讲,这种读数,既不能代表SF6气体的实际压力值,也不能代表SF6气体的实际密度值。按DL/T728-2013《气体绝缘金属封闭开关设备订货技术导则》规定,对运行人员易接触的GIS外壳,其温升不超过40K;对运行人员不接触的部位,允许温升可提高 65K。


7、使用六氟化硫气体密度继电器和气体密度表,要根据其结构、原理、使用条件等进行具体分析,比如西北地区是典型的温带大陆性气候,冬夏两季的日温差平均在10-15℃左右,不能因为SF6气体实际密度不随温度变化而变化,就认为密度(压力)表的读数也不随温度变化而变化。在实际工作中,如果发现表的读数误差较大时,也不能就肯定密度表质量有问题。

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