自冷全连式离相封闭母线优化设计

且它们都能满足散热的 要求。截面尺 寸大, 投 资费 高 , 但运行费 ( 主要是电能损耗费 ) 低 ; 反之则相反。 因此设计中不能片面追求低投资费或低运行费 , 而应 二者兼顾, 使综合费用即投资费与运行费之和最优。 通常把按 照社 会经济 学的某 种方法 计算的 初投 资 MB 1 和一定年限的运行费用 MB 2 的总和 MB 作为 评价母线设计是否最优的指标。这一指标越低 , 设计 的母线经济性就越好。 大电流母线的每个尺寸参数对经济指标都有影 响。以自冷全连式离相封闭母线为例, 母线导体的直 径 D m 和厚度 H m 、 母线外壳的直径 H k 和厚度 D k , 以及相间距离 S 等 5 个因素影响经济指标。其中除 相间距离 S 的影响较小可以忽略不计, 每个因素都 可在一定范围取值。假定每个因素都可以有 5 个不 同取值 , 互相搭配就有 5 = 625 种设计方案。如果 进行 625 种方案的热计算 , 然后再做技术经济比较以 挑出最优方案, 计算工作量太大。利用正交设计法 , 只计算少量的、 经过挑选的方案 , 就能够对计算结果 进行分析比较选出最优方案。
3. 3 经济指标计算公式 投资费 B1 = ( F m + F k) & 2. 67 & 7 500 & 10
-6
元 / ( 相 ! m) ( 1)
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
式中 : F m , F k 分别为母线或外壳截面积, mm 2 。 运行费 B 2 = ( P m + P k) & T 1 & C & T 2 & 10 元 / ( 相 ! m) ( 2) 式中 : P m , P k 分别为母线或外壳电能损耗, W/ m 。 总造价 B = B 1 + B2 3. 4 ( 3) 正交方案 本设计中, 因有 4 个因子 , 每个因子取 5 个水平, 利用正交法只需计算 25 个方案就可找到最 经济方 案。正交方案见表 2。
计算决定的, 因此根据经济性的条件进行最优化设计 要结合热计算来做。一般说, 即使母线的型式和冷却 方式确定以后, 母线截面尺寸仍可以有多种选择, 而
收稿日期 : 2001- 10- 09
! 28 !
电
力
情
报 表2
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Dm 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5
a. 每个因子的不同水平在 25 次计算中都出现了 相同的次数。 b. 每 2 个因子的各种不同搭配在 25 次计算中都 出现了相同的次数。 正是由于这种均衡搭配的性质, 就可从 25 种计 算方案中找出每个因子对指标的影响程度和最经济 的方案。 ( 2) B 1 j 表示第 1 水平、 第 j 列因子总造价的平均 值。例如 : B 11 = ( 3 549. 601+ 3 501. 412+ 3 488. 39+ 3 502. 113+ 3 536. 776) / 5= 3 515. 658 元 / ( 相!m) B 12 = ( 3 549. 601+ 3 521. 81+ 3 565. 442+ 3 512. 217+ 3 532. 16) / 5= 3 536. 246 元/ ( 相!m) 各水平总造价的平均值见表 4 。通过总造价平 均值 可以找到 各因子对 指标影响 程度, H k 影 响最 大, 依次是 H m , D k , D m 。
-3
∀ 1
电
力
情
报
! 29 !ห้องสมุดไป่ตู้
3. 6
结果分析 ( 1) 本正交表特点如下:
大 , 尺寸可适当减小, 取 D m= 900 m m, H m = 15 mm; 外壳裕度偏小且选型计算未考虑日照, 所以尺寸应适 当增加, 取 D k = 1 450 mm, H k = 10 mm 。经温升和 总 造 价 计 算 得 m = 85 ∃ , k = 64 ∃ , B 1 = 1 712. 736 元 / ( 相 ! m ) , B 2 = 1 762. 79 元 / ( 相 ! m ) , B = 3 475. 525 元 / ( 相! m) 。这一改 变, 温升虽 然变 化不大 , 但保证了母线和外壳间静距 , 同时, 总造价增 加也不大, 所以 , 确定结构尺寸为 D m= 900 mm, H m = 15 mm , D k = 1 450 mm, H k = 10 mm 。相间距离 S = 1 800 mm , 每相重量 W = 228 kg/ m 。
表1
因子 1 Dm Hm Dk Hk 880 13 1 430 8 2 890 14 1 440 9 3 900 15 1 450 10 4 910 16 1 460 11 5 920 17 1 470 12
因子水平表
水 平
mm
计算结果 按照经济指标计算公式, 分别计算 25 个方案经 济指标。计算结果见表 3。 3. 5
计算结果
B2 2 124. 869 1 928. 464 1 766. 218 1 629. 711 1 513. 137 1 904. 950 1 749. 818 1 618. 043 1 881. 762 1 745. 896 1 754. 440 2 002. 476 1 820. 569 1 697. 784 1 568. 276 1 957. 072 1 788. 329 1 671. 823 1 548. 750 1 824. 896 1 780. 734 1 665. 175 1 929. 293 1 755. 248 1 611. 439 B
数自然就多。显然计算量太大。但是根据统计数学 原理制定的正交表来安排计算方案 , 就可以从少数方 案的计算结果中找出接近最优的参数组合方案。
3
离相封闭母线优化设计
下面以 600 M W 机组为例 , 说明利用正 交设计 法进行封闭母线优化设计的方法和过程。 3. 1 优化设计中的主要数据 母线设计电流 I m= 23 000 A, 外壳设计电流 I k # 23 000 A, 周围环境温度 % 90 ∃ , 外壳 允许 温度
∀ 1 2002
电 力 情 报 I NFO RMA T IO N ON ELECT R IC POWER
! 27 !
文章编号 : 1006- 6705( 2002) 01- 0027- 03
自冷全连式离相封闭母线优化设计
杨泽利 , 徐振高
( 华中科技大学 , 湖北 武汉 430074)
Optimum Design of Self Cooling Enclosure continuous Isolated Phase Bus
0= k
40 ∃ , 母线允许温度 m % 70 ∃ , 相 间距离 S =
1 800 mm, 电费 C = 0. 05 元 / ( kW!h) , 年最大运行时 间 T 1 = 6 000 h, 母线回收年限 T 2 = 6. 67 a, 铝材价 7 500 元/ t 。 3. 2 因子水平 设计为 4 个因子 , 分别是母线导体的直径 D m 和 厚度 H m 、 母线外壳的直径 D k 和厚度 H k , 每个因子 取 5 个水平。因子水平见表 1。
4
引 言
大电流母线的设计有足够的数学表达式描写损 耗与换热规律, 原则上具备间接最优化条件。但是直 接最优化方法更易于掌握和推广。本文采用直接最 优化方法之 一 正交设 计法[ 2] , 对 自冷全连 式离 相封闭母线进行最优化设计。
2
正交设计法
正交设计法又叫正交试验设计法, 是在生产试验
1
母线的经济指标及其影响因素
表3
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B1 1 424. 732 1 572. 949 1 722. 172 1 872. 402 2 023. 639 1 616. 860 1 767. 342 1 918. 830 1 615. 539 1 738. 214 1 811. 002 1 511. 108 1 662. 344 1 783. 132 1 933. 236 1 555. 145 1 707. 640 1 826. 540 1 977. 903 1 680. 777 1 751. 425 1 868. 439 1 574. 710 1 725. 821 1 877. 938
2002 正交方案表
Hm 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Dk 1 2 3 4 5 2 3 4 5 1 3 4 5 1 2 4 5 1 2 3 5 1 2 3 4 Hk 1 2 3 4 5 3 4 5 1 2 5 1 2 3 4 2 3 4 5 1 4 5 1 2 3
大电流母线特别是封闭母线的截面尺寸是由热
中安排多因素试验, 利用统计数学的原理来寻找最优 方案的方法。也可以用于工程设计 , 这时每个试验方 案或因素组合就相当于一个设计计算方案或参数组 合。在正交 设计中 , 影 响指标 的因素 称为因 子, 如 A , B , C, D , 。每 个因子可 能采用的 状态称为 水 平 , 用下标表示, 如 A 1 , A 2 , 。 A 1 表示 A 因子的第 一水平 , 以此类推。对一个 4 因子 2 水平的问题 , 把 所有 2 水平的 4 种因子作不同搭配可产生 24 = 16 个 不同的方案。如果因子数目多 , 水平数目也多, 方案
YANG Ze- li, XU Zhen- gao
( Huazhong U niversit y of Science and T echnology , Wuhan 430074, China) Abstract: A method o f optimization design about self cooling en closure continuous isolated phase bus with orthogonal desig n method is intro duced. T aking the desig n of 600 M W isolated phase bus as an ex ample, the economical index calculation, the or thogo nal scheme selection and the optimization scheme deter mi nation are elaborated. U sing this metho d to optimize the desig n about isolated phase bus, only a few selected schemes are calcu lated. Key words: self cooling enclosur e cont inuous type; isolated phase bus; orthogonal design; optimization design 摘要 : 介绍了利用正交 设计法 进行自 冷全连 式离 相封 闭母线 优化设计的方法。以 600 M W 封闭母 线设计 为例 , 阐 述了经 济指标的计算、 正交方 案的 选择和 最优 方案的 确定。 利用该 方法进行封闭母线优化设计 , 只需对少量的、 经过挑 选的方案 进行计算。 关键词 : 自冷全连式 ; 离相封闭母线 ; 正交设计 ; 优化设计 中图分类号 : T M 341 文献标识码 : A
元/ m
3 549. 601 3 501. 412 3 488. 390 3 502. 113 3 536. 776 3 521. 810 3 517. 160 3 536. 873 3 497. 301 3 484. 110 3 565. 442 3 513. 583 3 482. 913 3 480. 917 3 501. 513 3 512. 217 3 495. 969 3 498. 364 3 526. 653 3 505. 673 3 532. 160 3 533. 613 3 504. 003 3 481. 069 3 489. 378