耐高溫鎂磚絕緣性能測量與分析

劉 淼，于 力，楊 鵬

（沈陽工程學院a.研究生部；b.電力學院，遼寧 沈陽 110136）

隨著人民生活水平的提高，供電峰谷差距逐年增大，給電網運行的經濟性和安全性帶來很大挑戰。蓄熱式電鍋爐的工作原理簡單來說就是利用低谷時段的電能將蓄熱體加熱到一定溫度，同時也能滿足低谷時段的供暖負荷，在平時段和峰時段靠蓄熱體余溫來供暖的一種供暖方式。這種設備充分利用低谷電蓄儲能量，削峰填谷，節約電能，減少城市有害氣體排放，是時代發展的客觀要求，也是今后發展的必然趨勢。

以氧化鎂（MgO）為主要原料生產的鎂磚，因其耐火度高，在高溫下具有較高的比熱容，保證了蓄熱介質對蓄熱量的要求。鎂磚作為蓄熱材料具有良好的導熱能力，使蓄熱裝置在低谷用電時段快速蓄熱，而在高峰期需要供暖時按熱流密度快速釋放熱量。除此之外，蓄熱鎂磚還具有優良的電絕緣性能，耐高電壓，絕緣電阻大。

在直流電壓下,測量絕緣的泄漏電流與絕緣電阻的測量在原理上是一致的。因為泄漏電流的大小實際上就反映了絕緣電阻值，并且這一實驗項目因加在試品上的直流電壓要比兆歐表的工作電壓高得多，并且施加在被試品上的直流電壓是逐漸增大的，這樣不僅可以發現兆歐表所不能顯示的某些絕緣損傷和弱點，而且可以在升壓過程中監視泄漏電流的增長動向。

1 泄漏電流測量試驗及分析

采用泄漏電流測量方法對3個耐高溫鎂磚試品（1#、2#、3#）分別進行絕緣性能分析。鎂磚試品（1#、2#、3#）如圖1所示，鎂磚試品組成成分參數如表1所示。

圖1 鎂磚試品

表1 鎂磚試品組成成分參數

對以上3個鎂磚試品進行泄漏電流測量，泄漏電流試驗原理如圖2所示，實測線路和測量儀器裝置如圖3、圖4所示。

圖2 泄漏電流試驗原理

圖3 實測線路

圖4 測量儀器裝置

對3個試品分別進行3次試驗，根據測得數據，使用MATLAB軟件繪制出3個試品3次泄漏電流測量試驗曲線，如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 1#試品三次泄漏電流測量試驗曲線

圖6 2#試品三次泄漏電流測量試驗曲線

圖7 3#試品三次泄漏電流測量試驗曲線

從圖5、圖6、圖7可以看出，1#、2#、3#試品3次泄漏電流測量試驗數據基本重合，說明試驗中3個試品的泄漏電流測量結果分散性很小，試驗具有可重復性，采用泄漏電流試驗可以檢驗出各個鎂磚試品的絕緣性能。

2 基于泄漏電流測量的被試品絕緣特性分析

由于各試品的3次試驗數據分散性小，所以取每個試品的任意一組數據即可分析出試品的絕緣性能。試品實測數據減去空載時的電流即為流過該試品的泄漏電流。本試驗中取每個被試品的第一次泄漏電流測量結果，使用MATLAB軟件繪制出泄漏電流與施加電壓之間的關系曲線，如圖8、圖9所示。

圖8 試品實測泄漏電流與施加電壓關系曲線

圖9 試品泄漏電流與施加電壓關系線性擬合曲線

從圖8和圖9可以看出,高電壓下實測泄漏電流曲線用線性曲線進行擬合，誤差較大，因此推算出的絕緣電阻值誤差也將較大，為了改進誤差對實測泄漏電流曲線進行二次方擬合。通過觀察擬合出的泄漏電流曲線可知，3個被試品在高電壓階段（＞9 kV）的泄漏電流曲線快速上升，絕緣劣化。

為了進一步分析被試品在小于9 kV的低電壓階段的絕緣性能，分別對3個鎂磚被試品（1#、2#、3#）進行了3次泄漏電流試驗。取每個被試品的第二次泄漏電流測量結果，使用MATLAB軟件繪制出泄漏電流與施加電壓之間的曲線，如圖10、圖11所示。

圖11 試品泄漏電流與施加電壓關系二次方擬合曲線

從圖10和圖11可以看出，1#試品實際流過的電流曲線可以等效為線性函數，即：

因此，1#試品的絕緣電阻R近似為常數：

2#試品實際流過的電流曲線函數為

因此，2#試品的絕緣電阻R近似為常數：

3#試品實際流過的電流曲線函數為

因此，3#試品的絕緣電阻R近似為常數：

從絕緣電阻的角度來判斷被試品的絕緣性能，3個被試品在低電壓階段（＜9 kV），泄漏電流隨電壓呈線性上升，泄漏電流曲線基本為線性曲線，在此階段電流值較小，被試品的絕緣良好，絕緣電阻可近似為常數。

3 結論

每個被試品分別進行3次泄漏電流測量，其試驗數據基本重合，試驗中泄漏電流測量結果分散性很小，說明在同一實驗條件下（環境、實驗電壓），被試品的絕緣電阻的測量結果不應出現過大波動。被試品在高電壓階段（＞9 kV）絕緣劣化；被試品在低電壓階段（＜9 kV）泄漏電流值較小，被試品的絕緣良好，絕緣電阻可近似為常數。

蓄熱鎂磚工作在小于9 kV的低電壓階段時，絕緣電阻大，能滿足耐高電壓，絕緣性能良好的要求，使蓄熱鎂磚儲熱傳熱工作過程中具有良好的經濟性和安全性。