[0001] 本发明涉及电力设备及系统的技术领域，具体涉及一种气体密度继电器。

[0002] 随着经济的发展，人们生活水平的提升，我国电力事业得到蓬勃发展，电力系统容量急扩大，电力中发、变、输、配、送中运用的相关的电气设备使用量迅速飙升，在这种情况如何保证电力系统安全、可靠运行变得特别重要，高压领域的电气设备由于价值大，事故后，影响范围广，后果严重，因此保障高压领域的用的安全尤为重要。SF6作为一种绝缘、灭弧性能良好的气体，在高压领域得到极其广泛的应用，目前市场上绝大多数高压设备都是采用SF6作为绝缘气体，由于SF6含量的多少直接影响着设备的绝缘、灭弧性能，如果SF6气体密度降低至一定度将导致绝缘和灭弧性能的丧失，将会造成大量直接损失和难于估量的间接损失。因此，重要电气设备在运行时，均标配SF6密度继电器，用于监测重要电气设备内SF6气体含量，当设备气体压力过低时，发出报警或闭锁信号，通知运维人员处理问题。然而，我国幅员辽阔，南北、东西方向直接距离均超过5000公里，东西和南北的气候差别很大，如在冬季时，我国北方在一段时间内，气温可降至零下40℃一下，在这种天气下，根据SF6的特性，此时，压力高于某个值的SF6气体会出现液化现象，电气设备本体内的SF6气体压力会降低，当设备压力持续降低时，SF6密度继电器会触发报警信号，通知运维人员维护，而当温度转暖，气温回升，液态的SF6气体又会转化为气态，每天气温周期性发生变化，设备的温度在低于某个温度时会发出报警信号，直到气温上升到一定值时，液化的SF6转变为气态，气态的SF6气体P20高于报警设定值时，密度继电器才会停止发出报警信号。在此期间，运维人员只要收到误报警信号，都要去现场确认是否安全，给设备充气，造成温度低时，设备的其它压力过低，给设备充气，气温高时，由于充过多的气，设备气室内的气体过多，压力急剧增大，也造成了不安全因素。

[0003] 因此，如何提供一种在安全区间内低温防误报警的密度继电器成为了本领域技术人员亟需解决的问题。当前，液化报警，主要还是由运维人员到现场补气解决，没有从产品本身解决这个问题，给运维造成极大的困扰。

[0058] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0059] 在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

[0060] 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0061] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0062] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0063] 以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

[0064] 在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，半导体器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成。

[0065] 实施例1

[0066] 参照图1‑图3，本发明的一个实施例提供了一种气体密度继电器，包括：表壳组件2和表芯组件3；

[0067] 表芯组件3设置于表壳组件2的内部；

[0068] 表芯组件3包括压力检测结构、低温防误报警控制杆305和报警结构；

[0069] 压力检测结构感受待检测气体的压力产生形变触发报警结构产生报警信号；举例来说，压力检测结构可以采用类似巴登管的物理结构，感受到温度产生形变。

[0070] 低温防误报警控制杆305用于阻止压力检测结构在低温时形变从而触发报警结构产生报警信号。

[0071] 本发明提供的气体密度继电器通过设置低温防误报警控制杆305，使得密度继电器的报警接触点在低温SF6液化时某个密度区间内密度继电器的报警信号不被触发；在气温回升后，电气设备内液化的SF6气化，SF6气体压力增大，密度继电器恢复到正常工作状态。该气体密度继电器的有益效果主要包含两个方面：一是，低温时SF6液化，如果气态的SF6密度值(P20)低于报警压力，但高于闭锁压力，密度继电器的报警信号不会发出报警信号，减少运维人员到现场进行非必要的安全确认；二是，实现方法简单、可靠，仅需对原密度继电器进行微小的改动，即可完成，增加成本于整个密度继电器相比，基本可以忽略不记。

[0072] 在一实施例中，压力检测结构包括：巴登管302；

[0073] 巴登管302的第一端固定，第二端感受到待检测气体的压力产生形变触发报警结构产生报警信号；

[0074] 低温防误报警控制杆305的第一端固定，第二端设有凸峰3051；

[0075] 巴登管302的第二端在低温时的形变范围被凸峰3051限制，避免待检测气体液化触发报警结构产生报警信号。

[0076] 在一实施例中，压力检测结构还包括：基座301、机芯303、端座304、温度补偿元件306、连接杆307、表盘313和指针314；

[0077] 巴登管302第一端连接于基座301，第二端固定端座304；

[0078] 温度补偿元件306的一端连接端座304，另一端连接连接杆307的一端；

[0079] 连接杆307的另一端连接机芯303的输入端；

[0080] 指针314固定在机芯的输出端；

[0081] 低温防误报警控制杆305的第一端固定于机芯303；

[0082] 待检测气体通过基座301进入巴登管302内，巴登管302感受待检测气体的压力产生形变使得端座304位移，端座304位移依次通过温度补偿元件306、连接杆307和机芯303带动指针314旋转，指针用于指示压力；

[0083] 连接杆307的位移带动触发报警结构产生报警信号。

[0084] 在一实施例中，触发报警结构包括：横梁308、第一调节杆3091、第二调节杆3092、第一微动开关3101、第二微动开关3102、印制电路板311和固定板312；

[0085] 固定板312的一端固定于基座301，另一端固定第一微动开关3101和第二微动开关3102；

[0086] 横梁308一端连接温度补偿元件306另一端，另一端固定第一调节杆3091和第二调节杆3092；

[0087] 第一调节杆3091连接第一微动开关3101的按钮；

[0088] 第二调节杆3092连接第二微动开关3102的按钮；

[0089] 第一微动开关3101和第二微动开关3102的接线端子分别连接印制电路板311；

[0090] 第一调节杆3091和第二调节杆3092在温度补偿元件306的带动下按压第一微动开关3101和第二微动开关3102的按钮，使得第一微动开关3101和第二微动开关3102产生报警信号，报警信号通过印制电路板311传出。

[0091] 在一实施例中，表壳组件2包括：表盖201、表玻璃202、罩圈203、壳体204和后座205；

[0092] 表盖201和壳体204配合夹持表玻璃202；

[0093] 罩圈203设置于壳体204与表玻璃202之间的缝隙中；

[0094] 后座205与壳体204柔性连接。

[0095] 举例来说，表壳组件包括表盖201、表玻璃202、罩圈203、壳体204和后座205组成，表玻璃202和罩圈203分别固定在表盖201和壳体204之间，装配后形成一个封闭或不完全封闭的腔室，能保护壳体组件2内部的机构免受机械损伤和污物、雨水侵入；后座205与壳体204直接采用柔性器件连接，可增加密度继电器的抗振能力。罩圈203可以是橡胶或其他密封材料制作。

[0096] 在一实施例中，气体密度继电器还包括接头1；

[0097] 接头1固定于表壳组件2；

[0098] 接头1内部的通道连接于基座301内部的通道；

[0099] 待检测气体依次通过接头1和基座301进入巴登管302。

[0100] 其中接头可以直接固定在壳体204上，也可以固定在后座205上，在固定到后座205上时，需要通过管路连接至壳体204内部的基座301内部的通道。

[0101] 气体密度继电器的工作原理如下：

[0102] 气体密度继电器内部的气路与电气设备本体气室相连，密度继电器内的气压和电气设备本体气室内的气压大小相等，当电气设备内的气压(P20)变化时，密度继电器可实时随着电气设备变化。密度继电器工作原理为：所述电气设备本体内的气体通过接头1流入表芯组件的巴登管302中，巴登管302与电气设备本体气室的压力一直保持着相等，气体压力随着电气设备内气体压力的增大(或减小)而增大(或减小)。当气体压力增大时，巴登管302向外扩张(参考方向为自身的曲率中心)，端座304和温度补偿元件306随着巴登管302向外运动，固定在温度补偿元件306上的横梁308也向外运动，远离第一微动开关3101、第一微动开关3102的按钮，同时横梁308带动连接杆307向外运动，连接杆307带动机芯303，使指针314顺时针转动，指针314示值增大；当电气设备内的气体发生泄漏或液化时，电气设备内的气体压力减小，同时巴登管302内的气压随着减小，巴登管302向内运动，端坐端座304和温度补偿元件306随着巴登管302向内运动，固定在温度补偿元件306上的横梁308也向内运动，安装在横梁308上的调节杆(3091/3092)随着横梁308一起向内运动，随着气压的减小，第一调节杆3091、第二调节杆3092与第一微动开关3101、第二微动开关3102按钮的距离越来越近，当电气设备的气压下降到微动开关预先设置的报警阈值，调节杆3091触发第一微动开关3101的信号切换(由断开切换为连通或由连通切换为断开)，向后台发出电气设备气压过低的报警信号，通知运维人员维护，当气压进一步降低，达到微动开关预先设置的闭锁阈值，调节杆3092触发第二微动开关3102的信号切换(由断开切换为连通或由连通切换为断开)，向后台发出电气设备气压已不符合安全工作的闭锁信号，电气设备发生联动，停止工作；在气压下降过程中，横梁308带动连接杆307向内运动，带动机芯303，使指针314逆时针转动，指针314示值减小，与气压增大的过程相反。

[0103] 在寒冷的冬季，当气温达到SF6的液化温度时，电气设备中的SF6会出随着温度的降低而液化，电气设备中的SF6气体减少，SF6气体压力降低，密度继电器的示值减小，密度继电器的巴登管302向内运动，横梁308带着第一调节杆3091、第二调节杆3092向内运动，第一调节杆3091、第二调节杆3092与第一微动开关3101、第二微动开关3102按钮的距离越来越近，如果继续降温，第一微动开关3101将发出液化误报警，此时运维人员将收到SF6气体不足的报警信号，运维人员需要给设备充气，而当温度回升至液化温度以上，被液化的SF6气体恢复为气态，此时，电气设备内的SF6气体将会远远高于运行所需的量，可能存在运行风险，运维人员需要把电气设备的气压值恢复到额定值，给运维带来很大的困扰。

[0104] 参阅图4，低温防误报警密度继电器正常监测时的执行机构相对位置示意图。在气温未达到液化温度前，巴登管302、端座304、温度补偿元件306、横梁308、连接杆307、机芯303和指针组成一个运动机构，端座304与低温防误报警控制杆305没有直接接触，保持一段距离，巴登管302可以随着电气设备本体的压力增大(或减小)自由的运动。

[0105] 参阅图5‑图7，低温防误报警密度继电器的液化时防误报警状态和液化触发报警状态时执行机构相对位置示意图。当电气设备内的SF6气体达到液化温度时，电气设备内的气体压力随着温度的降低而减小，巴登管302向低温防误报警控制杆305的凸峰3051方向运动，在调节杆3091触发报警接点3101前，低温防误报警控制杆305的凸峰3051与端座端面3041接触，低温防误报警控制杆305的凸峰3051阻挡(减缓)了巴登管302继续随着电气设备气体液化导致的压力下降而向内运动的趋势，当环境温度进一步降低，端座端面3041的外侧端点(距离巴登管曲率中心较远的端点)逐步向低温防误报警控制杆305的凸峰3051顶点运动，当电气设备本体内的气体继续液化，气体的SF6压力(P20)下降到设置的解除低温防误报警控制阈值时，端座端面3041的外侧端点到达低温防误报警控制杆305的凸峰3051顶点，此时端座端面3041与低温防误报警控制杆305的凸峰3051的接触处于临界状态，电气设备本体气室内的SF6气体继续液化，端座304将脱离与低温防误报警控制杆305的接触，此时密度继电器所测量的电气设备SF6气体压力值为实际气体压力值(P20)，当电气设备液化后剩余的气态SF6低于闭锁压力值时，第二调节杆3092将触发微动开关3102动作，二次回路将向后台发出闭锁信号，控制电气设备联动闭锁，停止工作。在气温回升时，液化的SF6将气化，密度继电器回复到正常监测状态，表芯机构的运动过程与液化时相反,最终密度继电器回复到正常监测状态。

[0106] 如一只参数为0.60/0.55/0.50/0.50的密度继电器，额定值为0.6MPa，报警值为0.55MPa，闭锁值为0.50MPa，低温防误报警区间设置为0.51～0.56MPa。当电气设备充入
0.6MPa的SF6气体，SF6气体温度下降到‑26℃SF6气体开始液化，SF6气体温度继续下降，越来越多的气体SF6被液化，巴登管302向低温防误报警控制杆305的凸峰3051方向运动，当液化到气态SF6压力为0.56MPa时，低温防误报警控制杆305的凸峰3051与端坐端座端面3041接触，低温防误报警控制杆305的凸峰3051阻挡巴登管302继续向内运动，巴登管302保持相对静止状态；当温度继续降低，气体SF6压力降低至0.55MPa，由于巴登管302被低温防误报警控制杆305的凸峰3051阻挡，调节杆3091和巴登管302均不会再向内运动，不会触发报警接点3101动作，不会发出误报警信号，直至SF6温度进步下降，气态SF6压力降低至0.51MPa，端座304将脱离与低温防误报警控制杆305的接触，调节杆3091和巴登管302向内运动，触发报警接点3101动作，向后台发出SF6气压低的报警信号，通知运维人员维护。待温度升高，密度继电器将恢复到正常监测状态。

[0107] 参照图1和图2，在一实施例中，气体密度继电器还包括第一接线座4；

[0108] 第一接线座4安装于壳体204，电连接于印制电路板311。

[0109] 实施例2

[0110] 参照图8，气体密度继电器还包括智能远传模块5；

[0111] 智能远传模块5包括：外壳501、智控单元、壳盖503、第二接线座504；

[0112] 外壳501连接于表壳组件2；

[0113] 外壳501与壳盖503配合安装形成第一空间；

[0114] 智控单元设置于第一空间；

[0115] 第二接线座504安装于外壳501，并电连接于智控单元。

[0116] 参照图8，实施例二与实施例一区别在于实施例二的密度继电器除了包括实施例一中的机械结构外，还包括智能远传模块5。智能远传模块5包括外壳501、智控单元、壳盖503、第二接线座504。外壳501与实施例一所述密度继电器后座205相连，相连的形式不限于附图中的直接接触连接，或在某些不含后座205的密度继电器，外壳501直接与壳体204相连，智控单元502安装于外壳501内，外壳501与壳盖503之间可以设置密封圈或直接连接在一起，第二接线座504安装于外壳501上。

[0117] 参照图9，所述智控单元主要由处理器(MCU)、电源模块、压力传感器、温度传感器、信号收发模块组成。处理器可以是：通用计算机、工控机、CPU、单片机、ARM芯片、AI芯片、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等，以及其它智能集成电路。电源模块可以是：开关电源、交流220V、直流电源、LDO、可编程电源、太阳能、蓄电池、充电电池、电池等。压力传感器可以是：压力传感器、压力变送器等各种感压元件。温度传感器可以是：热电偶、热敏电阻、半导体式；温度传感器可以接触式和非接触式；传感器材料及电子元件特性，温度传感器可以为热电阻和热电偶，总之，温度采集可以用温度传感器、温度变送器等各种感温元件。信号收发模块的通信方式可以是有线或无线，有线的通讯方式可以为RS232、RS485、CAN‑BUS等工业总线、光纤以太网、4‑20mA、Hart、IIC、SPI、Wire、同轴电缆、PLC电力载波等；无线通讯方式可以为2G/3G/4G/5G等、WIFI、蓝牙、Lora、Lorawan、Zigbee、红外、超声波、声波、卫星、光波、量子通信、声呐、传感器内置5G/NB‑IOT通讯模块(如NB‑IOT)等。

[0118] 压力传感器类型可以是绝对压力传感器、相对压力传感器、或绝对压力传感器和相对压力传感器，数量可以若干个。压力传感器形式可以是扩散硅压力传感器、MEMS压力传感器、芯片式压力传感器、线圈感应压力传感器(如巴登管附带感应线圈的压力测量传感器)、电阻压力传感器(如巴登管附带滑线电阻的压力测量传感器)。可以是模拟量压力传感器，也可以是数字量压力传感器。压力采集为压力传感器、压力变送器等各种感压元件，例如扩散硅式、蓝宝石式、压电式、应变片式(电阻应变片式、陶瓷应变片式)。

[0119] 智控单元根据压力传感器、温度传感器监测到电气设备的气体压力P和温度T，得到相应的20℃压力值P20(即气体密度值)。气体密度继电器能够根据气体密度继电器在不同的温度下，不同的时间段进行其误差性能的比较。即不同时期，相同温度范围内的比较，作出判定气体密度继电器、电气设备、监测装置的性能。具有历史各个时期的比对、历史与现在的比对。现场就地显示密度值，或通过后台显示密度值监测结果，具体方式可以灵活；具有实时在线密度值、压力值、温度值等数据显示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等功能；可以在线监测气体密度值，或密度值、压力值、温度值；具有自诊断功能，能够对异常及时告示。例如断线、短路报警、传感器损坏等告示；能够根据密度继电器在不同的温度下，不同的时间段进行其误差性能的比较。即不同时期，相同温度范围内的比较，作出判定装置的性能。具有历史各个时期的比对、历史与现在的比对。还可以对气体密度继电器进行体检；评定气体密度继电器和所监测电气设备的密度值是否正常。即可以对电气设备本身的密度值、气体密度继电器、压力传感器、温度传感器进行正常和异常的判定和分析、比较，进而实现对电气设备气体密度监控、装置本身、气体密度继电器等状态进行判定、比较、分析；还含有分析系统(专家管理分析系统)，对气体密度监测、气体密度继电器、监测元件进行检测分析，判定，知道问题点在哪里。判定是气体密度继电器、电气设备、还是气体密度继电器自身有问题；还对气体密度继电器的接点信号状态进行监测，并把其状态实施远传。

[0120] 对气体密度继电器进行体检，方式灵活，具体来说可以：1)气体密度继电器可以就地告示，例如通过指示灯、数码或液晶等显示；2)或气体密度继电器可以通过在线远传通讯方式实施上传，例如可以上传到在线监测系统的后台；3)或通过无线上传，上传到特定的终端，例如可以无线上传手机；4)或通过别的途径上传；5)或把异常结果通过报警信号线或专用信号线上传；6)单独上传，或与其它信号捆绑上传。总之，气体密度继电器将电气设备内的气体状态做出判断后，如有异常，能够自动发出报警，可以上传到远端，或可以发送到指定的接收机上，例如发送到手机。或者，气体密度继电器将电气设备内的气体状态做出判断后，如有异常，智控单元802可以通过气体密度继电器的报警接点信号上传远端(监控室、后台监控平台等)，以及还可以就地显示告示。也可以通过远传密度在线监测上传，或把校验结果通过单独的校验信号线上传，或通过就地显示，就地报警，或通过无线上传，与智能手机联网上传。

[0121] 气体密度继电器可以包括带指示的密度继电器(指针显示的密度继电器、或数码显示的密度继电器、液晶显示的密度继电器)，不带指示的密度继电器(即密度开关)。

[0122] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

[0123] 以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

[0124] 尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

[0125] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。