耐高温镁砖绝缘性能测量与分析

刘 淼，于 力，杨 鹏

（沈阳工程学院a.研究生部；b.电力学院，辽宁 沈阳 110136）

随着人民生活水平的提高，供电峰谷差距逐年增大，给电网运行的经济性和安全性带来很大挑战。蓄热式电锅炉的工作原理简单来说就是利用低谷时段的电能将蓄热体加热到一定温度，同时也能满足低谷时段的供暖负荷，在平时段和峰时段靠蓄热体余温来供暖的一种供暖方式。这种设备充分利用低谷电蓄储能量，削峰填谷，节约电能，减少城市有害气体排放，是时代发展的客观要求，也是今后发展的必然趋势。

以氧化镁（MgO）为主要原料生产的镁砖，因其耐火度高，在高温下具有较高的比热容，保证了蓄热介质对蓄热量的要求。镁砖作为蓄热材料具有良好的导热能力，使蓄热装置在低谷用电时段快速蓄热，而在高峰期需要供暖时按热流密度快速释放热量。除此之外，蓄热镁砖还具有优良的电绝缘性能，耐高电压，绝缘电阻大。

在直流电压下,测量绝缘的泄漏电流与绝缘电阻的测量在原理上是一致的。因为泄漏电流的大小实际上就反映了绝缘电阻值，并且这一实验项目因加在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，并且施加在被试品上的直流电压是逐渐增大的，这样不仅可以发现兆欧表所不能显示的某些绝缘损伤和弱点，而且可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。

1 泄漏电流测量试验及分析

采用泄漏电流测量方法对3个耐高温镁砖试品（1#、2#、3#）分别进行绝缘性能分析。镁砖试品（1#、2#、3#）如图1所示，镁砖试品组成成分参数如表1所示。

图1 镁砖试品

表1 镁砖试品组成成分参数

对以上3个镁砖试品进行泄漏电流测量，泄漏电流试验原理如图2所示，实测线路和测量仪器装置如图3、图4所示。

图2 泄漏电流试验原理

图3 实测线路

图4 测量仪器装置

对3个试品分别进行3次试验，根据测得数据，使用MATLAB软件绘制出3个试品3次泄漏电流测量试验曲线，如图5、图6和图7所示。

图5 1#试品三次泄漏电流测量试验曲线

图6 2#试品三次泄漏电流测量试验曲线

图7 3#试品三次泄漏电流测量试验曲线

从图5、图6、图7可以看出，1#、2#、3#试品3次泄漏电流测量试验数据基本重合，说明试验中3个试品的泄漏电流测量结果分散性很小，试验具有可重复性，采用泄漏电流试验可以检验出各个镁砖试品的绝缘性能。

2 基于泄漏电流测量的被试品绝缘特性分析

由于各试品的3次试验数据分散性小，所以取每个试品的任意一组数据即可分析出试品的绝缘性能。试品实测数据减去空载时的电流即为流过该试品的泄漏电流。本试验中取每个被试品的第一次泄漏电流测量结果，使用MATLAB软件绘制出泄漏电流与施加电压之间的关系曲线，如图8、图9所示。

图8 试品实测泄漏电流与施加电压关系曲线

图9 试品泄漏电流与施加电压关系线性拟合曲线

从图8和图9可以看出,高电压下实测泄漏电流曲线用线性曲线进行拟合，误差较大，因此推算出的绝缘电阻值误差也将较大，为了改进误差对实测泄漏电流曲线进行二次方拟合。通过观察拟合出的泄漏电流曲线可知，3个被试品在高电压阶段（＞9 kV）的泄漏电流曲线快速上升，绝缘劣化。

为了进一步分析被试品在小于9 kV的低电压阶段的绝缘性能，分别对3个镁砖被试品（1#、2#、3#）进行了3次泄漏电流试验。取每个被试品的第二次泄漏电流测量结果，使用MATLAB软件绘制出泄漏电流与施加电压之间的曲线，如图10、图11所示。

图11 试品泄漏电流与施加电压关系二次方拟合曲线

从图10和图11可以看出，1#试品实际流过的电流曲线可以等效为线性函数，即：

因此，1#试品的绝缘电阻R近似为常数：

2#试品实际流过的电流曲线函数为

因此，2#试品的绝缘电阻R近似为常数：

3#试品实际流过的电流曲线函数为

因此，3#试品的绝缘电阻R近似为常数：

从绝缘电阻的角度来判断被试品的绝缘性能，3个被试品在低电压阶段（＜9 kV），泄漏电流随电压呈线性上升，泄漏电流曲线基本为线性曲线，在此阶段电流值较小，被试品的绝缘良好，绝缘电阻可近似为常数。

3 结论

每个被试品分别进行3次泄漏电流测量，其试验数据基本重合，试验中泄漏电流测量结果分散性很小，说明在同一实验条件下（环境、实验电压），被试品的绝缘电阻的测量结果不应出现过大波动。被试品在高电压阶段（＞9 kV）绝缘劣化；被试品在低电压阶段（＜9 kV）泄漏电流值较小，被试品的绝缘良好，绝缘电阻可近似为常数。

蓄热镁砖工作在小于9 kV的低电压阶段时，绝缘电阻大，能满足耐高电压，绝缘性能良好的要求，使蓄热镁砖储热传热工作过程中具有良好的经济性和安全性。