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(xué)院a.研究生部；b.電力學(xué)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(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來很大挑戰(zhàn)。蓄熱式電鍋爐的工作原理簡單來說就是利用低谷時(shí)段的電能將蓄熱體加熱到一定溫度，同時(shí)也能滿足低谷時(shí)段的供暖負(fù)荷，在平時(shí)段和峰時(shí)段靠蓄熱體余溫來供暖的一種供暖方式。這種設(shè)備充分利用低谷電蓄儲(chǔ)能量，削峰填谷，節(jié)約電能，減少城市有害氣體排放，是時(shí)代發(fā)展的客觀要求，也是今后發(fā)展的必然趨勢。

以氧化鎂（MgO）為主要原料生產(chǎn)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(zhì)對(duì)蓄熱量的要求。鎂磚作為蓄熱材料具有良好的導(dǎo)熱能力，使蓄熱裝置在低谷用電時(shí)段快速蓄熱，而在高峰期需要供暖時(shí)按熱流密度快速釋放熱量。除此之外，蓄熱鎂磚還具有優(yōu)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?yàn)樾孤╇娏鞯拇笮?shí)際上就反映了絕緣電阻值，并且這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(fā)現(xiàn)兆歐表所不能顯示的某些絕緣損傷和弱點(diǎn)，而且可以在升壓過程中監(jiān)視泄漏電流的增長動(dòng)向。

1 泄漏電流測量試驗(yàn)及分析

采用泄漏電流測量方法對(duì)3個(gè)耐高溫鎂磚試品（1#、2#、3#）分別進(jìn)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(shù)如表1所示。

圖1 鎂磚試品

表1 鎂磚試品組成成分參數(shù)

對(duì)以上3個(gè)鎂磚試品進(jìn)行泄漏電流測量，泄漏電流試驗(yàn)原理如圖2所示，實(shí)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(yàn)原理

圖3 實(shí)測線路

圖4 測量儀器裝置

對(duì)3個(gè)試品分別進(jìn)行3次試驗(yàn)，根據(jù)測得數(shù)據(jù)，使用MATLAB軟件繪制出3個(gè)試品3次泄漏電流測量試驗(yàn)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(yàn)曲線

圖6 2#試品三次泄漏電流測量試驗(yàn)曲線

圖7 3#試品三次泄漏電流測量試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)基本重合，說明試驗(yàn)中3個(gè)試品的泄漏電流測量結(jié)果分散性很小，試驗(yàn)具有可重復(fù)性，采用泄漏電流試驗(yàn)可以檢驗(yàn)出各個(gè)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(yàn)數(shù)據(jù)分散性小，所以取每個(gè)試品的任意一組數(shù)據(jù)即可分析出試品的絕緣性能。試品實(shí)測數(shù)據(jù)減去空載時(shí)的電流即為流過該試品的泄漏電流。本試驗(yàn)中取每個(gè)被試品的第一次泄漏電流測量結(jié)果，使用MATLAB軟件繪制出泄漏電流與施加電壓之間的關(guān)系曲線，如圖8、圖9所示。

圖8 試品實(shí)測泄漏電流與施加電壓關(guān)系曲線

圖9 試品泄漏電流與施加電壓關(guān)系線性擬合曲線

從圖8和圖9可以看出,高電壓下實(shí)測泄漏電流曲線用線性曲線進(jìn)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(jìn)誤差對(duì)實(shí)測泄漏電流曲線進(jìn)行二次方擬合。通過觀察擬合出的泄漏電流曲線可知，3個(gè)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(jìn)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(duì)3個(gè)鎂磚被試品（1#、2#、3#）進(jìn)行了3次泄漏電流試驗(yàn)。取每個(gè)被試品的第二次泄漏電流測量結(jié)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(guān)系二次方擬合曲線

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

因此，1#試品的絕緣電阻R近似為常數(shù)：

2#試品實(shí)際流過的電流曲線函數(shù)為

因此，2#試品的絕緣電阻R近似為常數(shù)：

3#試品實(shí)際流過的電流曲線函數(shù)為

因此，3#試品的絕緣電阻R近似為常數(shù)：

從絕緣電阻的角度來判斷被試品的絕緣性能，3個(gè)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(shù)。

3 結(jié)論

每個(gè)被試品分別進(jìn)行3次泄漏電流測量，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本重合，試驗(yàn)中泄漏電流測量結(jié)果分散性很小，說明在同一實(shí)驗(yàn)條件下（環(huán)境、實(shí)驗(yàn)電壓），被試品的絕緣電阻的測量結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)過大波動(dòng)。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(shù)。

蓄熱鎂磚工作在小于9 kV的低電壓階段時(shí)，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(chǔ)熱傳熱工作過程中具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。