[發(fā)明專利]一種電容式高溫固體電儲熱裝置穿墻套管的設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112038015B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢作霞;付啟桐;陳雷;姜立兵;許增金
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01B17/28
• 分類號: H01B17/28;G06F30/17;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發(fā)明公開了一種電容式高溫固體電儲熱裝置穿墻套管的設(shè)計方法，穿墻套管內(nèi)設(shè)有絕緣隔熱層，絕緣隔熱層內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電桿和電容芯子，且電容芯子包裹在導(dǎo)電桿外，絕緣隔熱層與電容芯子和導(dǎo)電桿間填充有浸漬絕緣介質(zhì)，穿墻套管與導(dǎo)電桿間設(shè)有阻熱環(huán)。絕緣隔熱層包括石英外層和陶瓷內(nèi)層，且石英外層和陶瓷內(nèi)層間設(shè)有真空腔，真空腔內(nèi)間隔設(shè)置有墊塊。浸漬絕緣介質(zhì)為六氟化硫氣體和環(huán)氧樹脂。通過對其設(shè)計原理進行研究，并分析高溫固體電儲熱裝置穿墻套管的高溫絕緣特性，設(shè)計一種電壓等級易于提高的高溫固體電儲熱裝置穿墻套管，建立了一套完整的高溫絕緣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和計算方法，可以有效的避免在設(shè)計中出現(xiàn)絕緣過裕設(shè)計和材料浪費的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及穿墻套管技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種能耐受66kV以上高電壓和儲熱爐內(nèi)800℃以上高溫的高溫固體電儲熱裝置穿墻套管設(shè)計和計算方法。

背景技術(shù)

高溫固體電儲熱技術(shù)是最近幾年興起的一項新型大容量調(diào)峰技術(shù)，具有良好的柔性特性和熱電解耦能力，成為大容量儲能技術(shù)的研究熱點之一。穿墻套管作為高溫固體電儲熱裝置的主要絕緣設(shè)備，高溫工作環(huán)境使高溫固體電儲熱裝置的絕緣問題更加突出，穿墻套管材料選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計顯得尤為重要。現(xiàn)有的高溫固體電儲熱裝置穿墻套管絕緣結(jié)構(gòu)簡單、型式單一，因此電壓等級難以提高。此外，由于高溫固體電儲熱裝置穿墻套管技術(shù)較新，套管使用環(huán)境惡劣，雖然國內(nèi)已有用于商用的設(shè)計方案，但尚未形成完整的設(shè)計理論和計算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種電容式高溫固體電儲熱裝置穿墻套管的設(shè)計方法，形成一套完整的計算方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，以避免造成絕緣的過裕設(shè)計和材料的浪費。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種電容式高溫固體電儲熱裝置穿墻套管，所述穿墻套管內(nèi)設(shè)有絕緣隔熱層，所述絕緣隔熱層內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電桿和電容芯子，且電容芯子包裹在導(dǎo)電桿外，所述絕緣隔熱層與電容芯子和導(dǎo)電桿間填充有浸漬絕緣介質(zhì)；

所述穿墻套管與導(dǎo)電桿間設(shè)有阻熱環(huán)。

優(yōu)選的，所述絕緣隔熱層包括石英外層和陶瓷內(nèi)層，且石英外層和陶瓷內(nèi)層間設(shè)有真空腔，所述真空腔內(nèi)間隔設(shè)置有墊塊。

優(yōu)選的，所述浸漬絕緣介質(zhì)為六氟化硫氣體和環(huán)氧樹脂。

本發(fā)明還提供一種電容式高溫固體電儲熱裝置穿墻套管的設(shè)計方法，該方法包括絕緣設(shè)計和隔熱設(shè)計兩部分：絕緣設(shè)計部分，包括以下步驟：

(一)對穿墻套管進行絕緣計算，求得電容芯子的尺寸，主要計算尺寸內(nèi)容為：絕緣層個數(shù)n、爐內(nèi)外臺階長度λ₁和λ₂、各層極板長度l_x和各層極板半徑r_x，具體計算步驟如下：

a、為了提高穿墻套管的局部放電性能，選取電容式套管的最小絕緣厚度d_min，并根據(jù)工作電壓下，最大電場強度E_rm不高于有害局部放電電壓的原則，求得局部放電起始場強E_k，從而計算出絕緣層數(shù)n，加入場強安全裕度k₂，抵消高溫對電場強度值的影響；

b、根據(jù)干閃絡(luò)電壓下，電容芯子的爐內(nèi)部分和爐外部分沿軸向的電場強度E₁、E₂不得高于閃絡(luò)電壓的原則，通過實測數(shù)據(jù)選擇E₂，并依此確定爐內(nèi)外極板臺階長度λ₂，選擇爐內(nèi)外臺階長度比k₃，抵消高溫對電場分布的影響；

c、選擇合適的長度比值ξl，并根據(jù)“等電容，等臺階”的電容芯子各絕緣層的電容量相同原理計算出各層極板的長度l_x和半徑r_x；

(二)依據(jù)其絕緣設(shè)計原則，設(shè)定絕緣性能評價指標(biāo)，主要包括電場分布均勻度、局部放電安全裕度、閃絡(luò)安全裕度和外絕緣安全裕度，具體情況如下：