[发明专利]一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管的设计方法

说明书

本发明公开了一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管的设计方法，穿墙套管内设有绝缘隔热层，绝缘隔热层内设有导电杆和电容芯子，且电容芯子包裹在导电杆外，绝缘隔热层与电容芯子和导电杆间填充有浸渍绝缘介质，穿墙套管与导电杆间设有阻热环。绝缘隔热层包括石英外层和陶瓷内层，且石英外层和陶瓷内层间设有真空腔，真空腔内间隔设置有垫块。浸渍绝缘介质为六氟化硫气体和环氧树脂。通过对其设计原理进行研究，并分析高温固体电储热装置穿墙套管的高温绝缘特性，设计一种电压等级易于提高的高温固体电储热装置穿墙套管，建立了一套完整的高温绝缘设计标准和计算方法，可以有效的避免在设计中出现绝缘过裕设计和材料浪费的问题。

技术领域

本发明涉及穿墙套管技术领域，具体为一种能耐受66kV以上高电压和储热炉内800℃以上高温的高温固体电储热装置穿墙套管设计和计算方法。

背景技术

高温固体电储热技术是最近几年兴起的一项新型大容量调峰技术，具有良好的柔性特性和热电解耦能力，成为大容量储能技术的研究热点之一。穿墙套管作为高温固体电储热装置的主要绝缘设备，高温工作环境使高温固体电储热装置的绝缘问题更加突出，穿墙套管材料选择和结构的设计显得尤为重要。现有的高温固体电储热装置穿墙套管绝缘结构简单、型式单一，因此电压等级难以提高。此外，由于高温固体电储热装置穿墙套管技术较新，套管使用环境恶劣，虽然国内已有用于商用的设计方案，但尚未形成完整的设计理论和计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管的设计方法，形成一套完整的计算方法和评价标准，以避免造成绝缘的过裕设计和材料的浪费。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管，所述穿墙套管内设有绝缘隔热层，所述绝缘隔热层内设有导电杆和电容芯子，且电容芯子包裹在导电杆外，所述绝缘隔热层与电容芯子和导电杆间填充有浸渍绝缘介质；

所述穿墙套管与导电杆间设有阻热环。

优选的，所述绝缘隔热层包括石英外层和陶瓷内层，且石英外层和陶瓷内层间设有真空腔，所述真空腔内间隔设置有垫块。

优选的，所述浸渍绝缘介质为六氟化硫气体和环氧树脂。

本发明还提供一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管的设计方法，该方法包括绝缘设计和隔热设计两部分：绝缘设计部分，包括以下步骤：

(一)对穿墙套管进行绝缘计算，求得电容芯子的尺寸，主要计算尺寸内容为：绝缘层个数n、炉内外台阶长度λ₁和λ₂、各层极板长度l_x和各层极板半径r_x，具体计算步骤如下：

a、为了提高穿墙套管的局部放电性能，选取电容式套管的最小绝缘厚度d_min，并根据工作电压下，最大电场强度E_rm不高于有害局部放电电压的原则，求得局部放电起始场强E_k，从而计算出绝缘层数n，加入场强安全裕度k₂，抵消高温对电场强度值的影响；

b、根据干闪络电压下，电容芯子的炉内部分和炉外部分沿轴向的电场强度E₁、E₂不得高于闪络电压的原则，通过实测数据选择E₂，并依此确定炉内外极板台阶长度λ₂，选择炉内外台阶长度比k₃，抵消高温对电场分布的影响；

c、选择合适的长度比值ξl，并根据“等电容，等台阶”的电容芯子各绝缘层的电容量相同原理计算出各层极板的长度l_x和半径r_x；

(二)依据其绝缘设计原则，设定绝缘性能评价指标，主要包括电场分布均匀度、局部放电安全裕度、闪络安全裕度和外绝缘安全裕度，具体情况如下：