【摘 要】
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在环保轻量化与安全可靠性的双重要求下,为更好的挖掘最优结构尺寸与耐击穿品质,发挥结构轻量化潜能,实现高绝缘特性与轻量化的综合性能卓越的设计,论文通过提出一种两阶段组合优化设计方法开展了SF6-N2混合气体介质条件下GIL母线气室内绝缘状态多目标优化方法的研究。力求解决SF6-N2混合气体介质条件下GIL内绝缘性能与轻量化双重优化设计问题。主要研究内容如下:（1）在建立混合气体条件下的内绝缘状态的判
【基金项目】
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电网环境保护国家重点实验室2019年度开放基金项目（GYW51201901085）:确定气体混合比（SF6/N2）条件下GIL长期通流时内绝缘状态评估方法研究；
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在环保轻量化与安全可靠性的双重要求下,为更好的挖掘最优结构尺寸与耐击穿品质,发挥结构轻量化潜能,实现高绝缘特性与轻量化的综合性能卓越的设计,论文通过提出一种两阶段组合优化设计方法开展了SF6-N2混合气体介质条件下GIL母线气室内绝缘状态多目标优化方法的研究。力求解决SF6-N2混合气体介质条件下GIL内绝缘性能与轻量化双重优化设计问题。主要研究内容如下:（1）在建立混合气体条件下的内绝缘状态的判据的基础上,考虑了气体间的协同效应并依此建立绝缘状态判断的多物理场耦合模型,为后续研究提供基础数据与支撑。（2）将GIL内绝缘状态多目标优化分为两阶段优化设计,并基于主成分分析的田口-灰度关联分析方法完成第一阶段参数匹配优化设计,以及对关键参数进行了筛选,实现降维处理,以进行第二阶段优化设计。（3）采用响应面模型建立了GIL内绝缘状态多目标优化的代理模型,并采用交叉验证方法与常用评价指标R~2和均方根误差（RMSE）对代理模型精度进行了评价。（4）通过耦合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）和多项式响应面代理模型完成了第二阶段的精细化设计,并采用基于熵权的TOPSIS多目标决策方法,使最终方案的选择更加合理,最后进行了基于仿真计算的优化方案验证。基于上述研究,本文主要研究结论如下:（1）内绝缘水平评估表明,击穿裕度分布中,最低为5.026 kV/mm,且越靠近导体击穿裕度值越低;在GIL气室中气体的密度分布受温度以及重力等影响呈现气体微堆积于底部部分。在内部场强分布中,其导体外表面及外壳内表面场强分别为3.38 kV/mm,0.99 kV/mm,导体周围场强分布最大。（2）第一阶段优化结果表明:在不同权重比分配的四种Case下,各目标响应均有着明显的改进,其中,Case1权重比（1/3:1/3:1/3）分配情况下,击穿裕度提升了2.6倍,最大温升和最大场强分别降低了43.5%、13.4%,它显著提高了GIL内绝缘性能和温升性能。（3）第二阶段优化结果表明,导体半径、外壳半径和外壳厚度分别降低4.69%、10.86%以及28.47%,实现降材24.26%;气体压强增加19.89%,击穿裕度提升20.74%,进一步提高了GIL内绝缘强度;最终温升为27.595 K,提高了25.71%。论文创新点:（1）提出了两阶段优化设计方法来解决GIL母线气室内绝缘状态多目标优化问题,在离散型与连续型变量空间下分别开发出适用于黑箱函数的多目标优化设计方法,对GIL的高绝缘性能与轻量化设计等需求提供了一定指导意义。
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