本发明属于气体密度继电器校验领域，涉及一种SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置和方法。
背景技术：
纯净的SF6(六氟化硫)气体在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃烧的气体，具有优异的绝缘特性和灭弧能力，是一种理想的绝缘介质。随着电力工业的迅速发展和技术装备水平的提高，大量的六氟化硫断路器及全封闭组合电器不断地投入建设和运行，六氟化硫用量越来越大。
但是，SF6气体在应用中也有其不足之处：(1)对电场均匀程度比较敏感，只有在均匀或稍不均匀电场中才能显示出它的优势；(2)排放在大气中的SF6气体难以降解，存在时间长，对全球变暖具有累积效应；(3)SF6气体的价格比较高，提高了成本。
近年来，国内外对减少温室气体排放、保护环境工作越来越重视，为响应环保要求，各大相关行业均在减少六氟化硫温室气体的排放；在高压开关电气设备中也在减少六氟化硫气体用量，推进混合绝缘气体在电气设备的应用，尤其要推动SF6和N2混合绝缘气体的使用，在使用中，需对SF6和N2混合绝缘气体进行纯度检测。
SF6气体或SF6混合气体密度继电器是SF6电气设备的关键元件之一，它用来检测SF6电气设备本体中SF6气体或SF6混合气体密度的变化，它的性能好坏直接影响到SF6电气设备的可靠安全运行。目前SF6气体或SF6混合气体密度继电器的校验方法，工程上主要有以下几种：
(一)利用SF6设备充气过程对密度继电器进行校验。这种方法主要用于现场，但存在以下问题：(1)温度影响大，很难保证准确度；(2)利用SF6贮气瓶上的表计即相对压力表读数，精确度很差，也不能保证准确度，另外对用测量绝对压力值方法的密度继电器(绝对压力继电器)，在海拔高的地区就可能直接产生较大的误差；(3)SF6密度继电器实际应用于降压过程，而用充气过程来校验，与实际应用情况不相符，也影响校验准确性。
(二)利用SF6设备放气过程对密度继电器校验，用这种方法存在上述(一)中第(1)和第(2)同样的问题，并且放气时要对SF6气体回收，需要用专门的SF6气体回收装置，很不方便。
(三)在恒温室校验，这种校验方法在恒温环境中进行，消除了温度对校验带来的误差，因此校验的准确度较高，但用这种方法校验时间长，需要建立专门的恒温实验室，并要增设专职工作人员，增大了现场的工作难度，既不经济也不方便。实际上，在现场校验也不现实。同样，对用测量绝对压力值方法的密度继电器即绝对压力继电器，在海拔高的地区就可能直接产生较大的误差。
(四)目前所使用的SF6气体密度继电器校验仪，存在着同样的缺陷或错误：只能在常温状态下对SF6气体密度继电器进行检验，而不能实现全工作温度范围内对SF6气体密度继电器进行校验，特别是在极限低温或高温状态下对SF6气体密度继电器进行校验。
(五)大部分的SF6气体密度继电器校验仪或校验方法，如中国专利201210347820.9和201220477478.X，其技术方案只能校验纯SF6气体密度继电器，而不能校验SF6混合气体密度继电器。
(六)目前所使用的各种SF6气体或SF6混合气体密度继电器校验方法，如中国专利201310641562.X、201210023988.4和201210347820.9，其技术方案存在着同样的缺陷或错误：这些SF6气体或SF6混合气体密度继电器校验方法都使用了SF6气体进行检验，检验完成后SF6气体不得不排到大气中，造成环境污染。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免SF6气体排放、实现全工作温度和全工作压力下的SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置和方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置包括进气装置、排气装置、校准装置和主机；所述进气装置和排气装置并列设置且相连，进气装置和排气装置通过气体管路与校准装置连接；所述校准装置的输出端与主机的输入端连接；所述SF6混合气体为SF6和N2混合气体或SF6和CF4混合气体。
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置,排气装置与校准装置之间的管路上安装第五电磁阀；所述进气装置包括按照气体流向通过管路依次设置的第一气管接头、第一旋拧阀、压缩机和第一电磁阀；所述排气装置包括按照气体流向通过管路依次设置的第二电磁阀、真空泵、第二旋拧阀和第二气管接头。
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，所述压缩机的型号为Z-0.12/7；所述真空泵的型号为VAA6005。
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，所述校准装置包括密闭的恒温箱、设置在恒温箱内通过管路与第五电磁阀并列连接的储气罐和缓冲罐，在与储气罐和缓冲罐连接的管路上分别安装第三电磁阀和第四电磁阀缓冲罐分别通过管路与压力传感器和密度继电器连接，在所述储气罐上通过管路安装压力表，在所述恒温箱内安装温度传感器，所述压力传感器和密度继电器和温度传感器的输出端分别与主机的相应输入端连接。
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，所述恒温箱的型号为LRHS-101-LH；所述温度传感的型号为Pt20；所述压力传感器的型号为PTG500；主机的型号为IPC-620H。
本发明SF6密度继电器的校验方法，其特征在于采用如下步骤：
步骤一、关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第二旋拧阀，启动真空泵，对储气罐、缓冲罐及气体管路进行抽真空，当真空度不大于133Pa时关闭真空泵；
步骤二：关闭第二电磁阀、第四电磁阀，打开第一旋拧阀、第一电磁阀、第三电磁阀和第五电磁阀，启动压缩机，将空气压缩至储气罐中，当储气罐压力为2倍待测的密度继电器额定值压力时关闭压缩机，同时再将第一电磁阀、第一旋拧阀和第五电磁阀关闭；
步骤三：打开第四电磁阀，将储气罐的压缩空气以0.005MPa/min缓慢通入缓冲罐中，缓冲罐的压力达到SF6的密度继电器的校验目标值时关闭第三电磁阀和第四电磁阀；
步骤四：温度传感器测得恒温箱的温度为T1，压力传感器测得缓冲罐压力为P1，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(RTB-A)d2+RTd
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
R＝56.9502×10-5
得出缓冲罐中气体密度d1的值，
式中：p为压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤五：将步骤四中d1的值及参照温度293K，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度为T1时对应参照温度293K下的气体压力P11，P11的值为SF6气体密度；
步骤六：比较P11的值和待测SF6的密度继电器的值P10，判断温度为T1时待测的SF6的密度继电器是否合格；
步骤七：恒温箱加热或降温至温度T2，温度保持稳定10分钟，压力传感器测得缓冲罐压力为P2，重复步骤四至步骤六，判断温度为T2时待测SF6的密度继电器是否合格；
其它任一工作压力目标值和任一工作温度下的校验重复步骤一至步骤七。
本发明SF6混合气体密度继电器校验方法，采用如下步骤：
步骤一、关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第二旋拧阀，启动真空泵，对储气罐、缓冲罐及气体管路进行抽真空，当真空度不大于133Pa时关闭真空泵；
步骤二：关闭第二电磁阀、第四电磁阀，打开第一旋拧阀、第一电磁阀、第三电磁阀和第五电磁阀，启动压缩机，将空气压缩至储气罐中，当储气罐压力为2倍待测的密度继电器额定值压力时关闭压缩机，同时再将第一电磁阀、第一旋拧阀和第五电磁阀关闭；
步骤三：打开第四电磁阀，将储气罐的压缩空气以0.005MPa/min缓慢通入缓冲罐中，缓冲罐的压力达到SF6混合气体的密度继电器的校验目标值时关闭第三电磁阀和第四电磁阀；
步骤四：温度传感器测得恒温箱的温度为T3，压力传感器测得缓冲罐压力为P3，SF6混合气体的密度继电器的适用混合比为C；所述适用混合比为SF6混合气体的密度继电器适用的SF6气体在SF6混合气体中所占的体积比；
步骤五：根据道尔顿分压定律，由公式：
P31＝P3C
得出模拟SF6气体分压力P31的值，由公式：
P32＝P3(1-C)
得出模拟SF6混合气体中另一单质CF4或N2气体分压力P32的值；
步骤六：通过温度传感器测得恒温箱温度为T3，模拟SF6气体分压力P31的值，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(RTB-A)d2+RTd
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
R＝56.9502×10-5
得出模拟SF6气体分密度d31的值，
式中：p为压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤七：已知模拟CF4或N2气体分压力P32和温度T3，根据理想气体的状态方程：
pM＝kTd
得出模拟CF4或N2气体分密度d32的值，
式中，p为压力，单位：MPa；M为CF4或N2气体的摩尔质量，单位:kg/mol；k为理想气体常数，单位：J/(mol*K)；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤八：已知模拟SF6气体分密度d31的值及参照温度293K，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度T3时对应参照温度293K下的模拟SF6气体分压力P311的值；
已知模拟CF4或N2分密度d32的值及参照温度293K，重新代入理想气体的状态方程，计算温度T3时对应参照温度293K下的模拟CF4或N2气体分压力P321的值；
步骤九：根据道尔顿分压定律，由式：
P301＝P311+P321
得出温度为T3时，对应参照温度293K下的模拟SF6混合气体密度P301的值；
步骤十：比较P301的值和SF6混合气体的密度继电器P30的值，进行判断温度为T3时SF6混合气体的密度继电器是否合格；
步骤十一：恒温箱加热或降温至温度T4，温度保持稳定10分钟，压力传感器测得缓冲罐的压力为P4，重复步骤五至步骤十，判断温度为T4时待测SF6混合气体的密度继电器是否合格；
其它任一压力目标值、任一工作温度下的校验方法重复步骤一至步骤十一。
本发明积极效果如下：
1、本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，既可以校验纯SF6气体的密度继电器，还可以校验SF6和N2混合气体或SF6和CF4混合气体的密度继电器，同时SF6混合气体密度继电器的混合比不受限制。
2、本发明实现了全工作温度、全工作压力范围内对SF6及SF6混合气体的密度继电器进行校验，及时发现SF6及SF6混合气体的密度继电器存在的缺陷，避免了因密度继电器的损坏而使电力设备发生故障。
3、本发明的校验方法用压缩空气进行替代SF6气体，避免了SF6温室气体的排放，保护环境。
4、本发明的校验方法采用计算机自动换算补偿方法，提高了工作效率。
附图说明
附图1为本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置结构示意图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，包括进气装置、排气装置、校准装置和主机19；所述进气装置和排气装置并列设置且相连，进气装置和排气装置通过气体管路与校准装置连接；所述校准装置的输出端与主机的输入端连接；所述SF6混合气体为SF6和N2混合气体或SF6和CF4混合气体。排气装置与校准装置之间的管路上安装第五电磁阀9；所述进气装置包括按照气体流向通过管路依次设置的第一气管接头1、第一旋拧阀2、压缩机3和第一电磁阀4；所述排气装置包括按照气体流向通过管路依次设置的第二电磁阀5、真空泵6、第二旋拧阀7和第二气管接头8；所述压缩机3的型号为Z-0.12/7；所述真空泵(6)的型号为VAA6005。
所述校准装置包括密闭的恒温箱10、设置在恒温箱10内通过管路与第五电磁阀9并列连接的储气罐11和缓冲罐12，在与储气罐11和缓冲罐12连接的管路上分别安装第三电磁阀13和第四电磁阀14，缓冲罐12分别通过管路与压力传感器15和密度继电器16连接，在所述储气罐11上通过管路安装压力表17，在所述恒温箱10内安装温度传感器18，所述压力传感器15和密度继电器16和温度传感器18的输出端分别与主机19的相应输入端连接。所述恒温箱10的型号为LRHS-101-LH；所述温度传感18的型号为Pt20；所述压力传感器(15)的型号为PTG500；主机的型号为IPC-620H。所述储气罐11为不锈钢材质，厚度为5mm，容量为10L；所述缓冲罐12为不锈钢材质，厚度为5mm，容量为10L。主机19用于数据处理、输出控制指令和显示校验结果数据。
如附图1所示，实施例一：本发明SF6密度继电器的校验方法，采用如下步骤：
步骤一、关闭第一电磁阀4，打开第二电磁阀5、第三电磁阀13、第四电磁阀14、第五电磁阀9和第二旋拧阀7，启动真空泵6，对储气罐11、缓冲罐12及气体管路进行抽真空，当真空度不大于133Pa时关闭真空泵6；
步骤二：关闭第二电磁阀5、第四电磁阀14，打开第一旋拧阀2、第一电磁阀4、第三电磁阀13和第五电磁阀9，启动压缩机3，将空气压缩至储气罐11中，当储气罐11压力为2倍待测的密度继电器16额定值压力时关闭压缩机3，同时再将第一电磁阀4、第一旋拧阀2和第五电磁阀9关闭；
步骤三：打开第四电磁阀14，将储气罐11的压缩空气以0.005MPa/min缓慢通入缓冲罐12中，缓冲罐12的压力达到SF6的密度继电器16的校验目标值时关闭第三电磁阀13和第四电磁阀14；
步骤四：温度传感器18测得恒温箱10的温度为T1，压力传感器15测得缓冲罐12压力为P1，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(RTB-A)d2+RTd
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
R＝56.9502×10-5
得出缓冲罐12中气体密度d1的值，
式中：p为压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤五：将步骤四中d1的值及参照温度293K，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度为T1时对应参照温度293K下的气体压力P11，P11的值为SF6气体密度；
步骤六：比较P11的值和待测SF6的密度继电器16的值P10，判断温度为T1时待测的SF6的密度继电器16是否合格；
步骤七：恒温箱10加热或降温至温度T2，温度保持稳定10分钟，压力传感器15测得缓冲罐12压力为P2，重复步骤四至步骤六，判断温度为T2时待测SF6的密度继电器16是否合格；
步骤七中判断密度继电器16的示值误差、回程误差是否合格的依据为DL/T 259-2012《六氟化硫气体密度继电器校验规程》，密度继电器16的指示准确度等级和允许误差对照表见表1所示。
表1密度继电器16的指示准确度等级和允许误差对照表
其它任一工作压力目标值和任一工作温度下的校验重复步骤一至步骤七。
如附图1所示，实施例二：SF6混合气体密度继电器校验方法，采用如下步骤：步骤一、关闭第一电磁阀4，打开第二电磁阀5、第三电磁阀13、第四电磁阀14、第五电磁阀9和第二旋拧阀7，启动真空泵6，对储气罐11、缓冲罐12及气体管路进行抽真空，当真空度不大于133Pa时关闭真空泵(6)；
步骤二：关闭第二电磁阀5、第四电磁阀14，打开第一旋拧阀2、第一电磁阀4、第三电磁阀13和第五电磁阀9，启动压缩机3，将空气压缩至储气罐11中，当储气罐11压力为2倍待测的密度继电器16额定值压力时关闭压缩机3，同时再将第一电磁阀4、第一旋拧阀2和第五电磁阀9关闭；
步骤三：打开第四电磁阀14，将储气罐11的压缩空气以0.005MPa/min缓慢通入缓冲罐12中，缓冲罐12的压力达到SF6混合气体的密度继电器16的校验目标值时关闭第三电磁阀13和第四电磁阀14；
步骤四：温度传感器18测得恒温箱10的温度为T3，压力传感器15测得缓冲罐12压力为P3，SF6混合气体的密度继电器16的适用混合比为C；所述适用混合比为SF6混合气体的密度继电器16适用的SF6气体在SF6混合气体中所占的体积比；
步骤五：根据道尔顿分压定律，由公式：
P31＝P3C
得出模拟SF6气体分压力P31的值，由公式：
P32＝P3(1-C)
得出模拟SF6混合气体中另一单质CF4或N2气体分压力P32的值；
步骤六：通过温度传感器18测得恒温箱10温度为T3，模拟SF6气体分压力P31的值，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(RTB-A)d2+RTd
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
R＝56.9502×10-5
得出模拟SF6气体分密度d31的值，
式中：p为压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤七：已知模拟CF4或N2气体分压力P32和温度T3，根据理想气体的状态方程：
pM＝kTd
得出模拟CF4或N2气体分密度d32的值，
式中，p为压力，单位：MPa；M为CF4或N2气体的摩尔质量，单位:kg/mol；k为理想气体常数，单位：J/(mol*K)；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位为K；
步骤八：已知模拟SF6气体分密度d31的值及参照温度293K，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度T3时对应参照温度293K下的模拟SF6气体分压力P311的值；
已知模拟CF4或N2分密度d32的值及参照温度293K，重新代入理想气体的状态方程，计算温度T3时对应参照温度293K下的模拟CF4或N2气体分压力P321的值；
步骤九：根据道尔顿分压定律，由式：
P301＝P311+P321
得出温度为T3时，对应参照温度293K下的模拟SF6混合气体密度P301的值；
步骤十：比较P301的值和SF6混合气体的密度继电器16P30的值，进行判断温度为T3时SF6混合气体的密度继电器16是否合格；
步骤十一：恒温箱10加热或降温至温度T4，温度保持稳定10分钟，压力传感器15测得缓冲罐12的压力为P4，重复步骤五至步骤十，判断温度为T4时待测SF6混合气体的密度继电器16是否合格；
步骤十中判断密度继电器16的示值误差、回程误差是否合格的依据为DL/T 259-2012《六氟化硫气体密度继电器校验规程》，密度继电器的指示准确度等级和允许误差对照表见表1所示。
表1密度继电器的指示准确度等级和允许误差对照表
其它任一压力目标值、任一工作温度下的校验方法重复步骤一至步骤十一。
本发明SF6及SF6混合气体密度继电器校验装置，既可以校验纯SF6气体的密度继电器，还可以校验SF6和N2混合气体或SF6和CF4混合气体的密度继电器，同时SF6混合气体密度继电器的混合比不受限制。本发明实现了全工作温度、全工作压力范围内对SF6及SF6混合气体的密度继电器进行校验，及时发现SF6及SF6混合气体的密度继电器存在的缺陷，避免了因密度继电器的损坏而使电力设备发生故障。本发明的校验方法用压缩空气进行替代SF6气体，避免了SF6温室气体的排放，保护环境。本发明的校验方法采用计算机自动换算补偿方法，提高了工作效率。