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【摘要】这几年我国的经济发展非常快，在各个方面都取得了很大的进步。本文主要是通过正交试验设计的方法，对550kV的气体绝缘高压输电线路(GIL)开展优化设计的工作。阐述了以经济指标为优化目标，运用正交试验设计法寻求最优经济方案，并确定最佳550kVGIL规格尺寸的设计过程，最后在设计理论基础上开发了热平衡校验程序进行可行性验证。
【关键词】经济指标；GIL；正交试验；程序
一、正交试验设计法
正交试验设计法，是在生产试验中安排多因素试验，利用统计数学的原理来寻找最优方案的方法。工程设计中，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A1,A2,A3,A4。A1表示A因子的第一水平，以此类推。根据工程设计的需要和统计学原理，建立正交表，通过对正交表中数据计算与分析，寻求最优经济方案。
二、经济指标及其影响因素
GIL外壳、导体的尺寸优化设计步骤为：根据GIL的冷却方式，先确定若干组不同截面尺寸，按最大持续工作电流进行热平衡计算，最后就满足温升条件的方案进行经济比较。但是，GIL冷却方式确定后，规格方案依旧比较多，而且都能满足GIL散热要求，因此要结合经济指标进行优化设计。
GIL设计中，如果同电压等级GIL尺寸增大，投资费将高，但因电能损耗费降低，运行费用反而降低；反之，投资费用降低，运行费用提高。因此设计要二者兼顾，使得总费用(即投资费与运行费之和)最优。本文假设投资费用MB1，运行费用MB2，总投资费用MB。那么MB越低，设计的GIL经济性价比就越高。一般把评定设计经济性好坏的标准称为经济指标。
GIL的每个尺寸参数对经济指标都有影响。以自冷式GIL为例，影响经济指标的主要因素是导体直径Dm、导体厚度Cm,，外壳直径Dk、外壳厚度Ck和相间距离S。其中，相间距离S影响较小可忽略，其他每个因素都可在一定范围取值。因此，在本文设计中，有4个因子，每个因子取5个水平，共有54=0625个方案。如果所有方案都要进行热计算，工作量太大，本文利用正交设计法，建立L25(56)正交表，只需计算25个方案，然后从这少数的方案中寻求最优方案。
三、GIL优化设计
（一）技术参数
美国AZZCGIT公司研制的550kVGIL参数为:额定电压550kV,额定电流4500A、导体直径178mm、导体厚度12.7mm、外壳直径508mm,外壳厚度6.4mm、相间距711mm。
本次研制的550kVGIL目标参数以及优化设计所需数据，见图l。
图1550kVGIL研制目标参数
（二）因子水平
GIL设计取导体直径Dm、厚度Cm、外壳直径Dk.厚度Ck4个影响因子，每个因子取5个水平，因子水平见图2。
图2因子水平图
（三）经济指标计算公式
投资费：MB1=(Fm+Fk)2.672000010-8(元/相•m）
式中Fm、Fk分别为导体和外壳电能损耗，单位为mm2。
总造价:MB=MBl+MB2(元/相•m)。
经济指标通过比较不同方案下MB的大小，MB越小，产品经济性价比越高。
（四）建立正交试验表
根据经验，图2中的各因子间的交互作用影响不大，可以省略。基于因子水平见图2，选择L25(56)。
（五）GIL方案确定
因GIL导体最高允许温度为90℃，外壳最高允许温度为70℃，而此时tm,64.42℃、tk=49.28℃，GIL规格参数调整裕度较大。导体与外壳的净距G=(DK-Dm)/2-Ck=(528-200)/2-7=157mm，而550kVGIL选用绝缘子高度经相关计算应>137.6mm，所选结构尺寸符合设计要求。
结合美国AZZCGIT研制的550kVGIL与国内制作成本，最终确定研制的GIL尺寸为：Dm=180mm,Cm=15mm,Dk=510mm,Ck=7mm,s=711mm。计算得：净距G=158mm,tm=69.38℃,tk=50.46℃,MB=2859.80(元/相•m)。与满足最有经济指标的方案计算结果比较可知，tm,tk裕度有了一定的调整，总造价增加了114.11元/相•m)，但是此时的方案满足了GIL综合设计要求。
四、GIL优化程序设计
优化设计需确定优化的目标函数及约束条件，即建立合理的数学模型。GIL设计是否合理，可根据计算总投资费用MB予以权衡，显然，在满足一定条件下，总费用MB越低，GIL的经济性能越好。
（一）程序设计框架
程序设计框架。
START→确定因子Dm、Cm、Dk、Ck→确定采用正交设计法建立L25(56)正交表→根据L25(56)表中25种方案*调用解热平衡方程组程序*→计算经济指标→N≧25?→数据分析求得满足经济指标的最优合计方案→结合工程实际、在满足安全距离、强度的条件下，微调最优设计方案，得出工程设计最理想的方案→END。
（二）程序设计
在上述正交设计过程中，涉及到导体损耗Pm、外壳的损耗Pk、导体的散热PMD、导体的辐射热量QMF、外壳的自然对流换热量口QKD、外壳的辐射散热量QKF、日照能量PR、投资费MB1、运行费MB2，以及热平衡计算等数据说明与公式定义。程序设计框架中，以热平衡计算为核心程序，利用VisualBasic编程得到GIL热平衡校核程序。
利用正交设计法与结合AZZCGIT技术参数，最终确定GIL尺寸是：Dm=180mm,Cm=15mm,Dk=510mm,Ck=mm,s=711mm，利用GIL热平衡计算程序自动计算结果。
五、结束语
综上所述，在开展GIL设计的过程中，就算是确定了GIL电压等级和冷却方式指后，其规格还是有很多不同的选择，而且都能满足散热的要求，因此需要进行优化设计。利用正交试验设计法，只需计算少量的、经过挑选的方案，能够对计算结果进行分析比较，从而选出最优方案。应用正交试验设计法进行GIL设计与研制具有普遍意义，操作简单易行，避免烦琐计算。但这种优化设计是在一定范围内的优化，比如本文中经济指标的选取对优化的结果有很大的影响。
参考文献:
[1]电世界.百万伏气体绝缘穿墙套管问世[J].2018(02).
[2]王晨,施景垒.1000kV气体绝缘封闭装置关键出厂试验[J].江苏电机工程.2016(03).