【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及gis设备壳体散热结构设计领域，特别是涉及一种gis设备壳体散热结构及其优化方法。
技术介绍
1、气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear，简称gis）是一种高压电气设备，由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，内部充有一定压力的sf6绝缘气体，故也称sf6全封闭组合电器。在高压电器领域，气体绝缘开关设备的温升和散热问题至关重要。
2、随着电力需求的增长，激发了对电力基础设施的投资与升级，而gis设备作为现代电力系统的重要组成部分，其设计和性能的优化变得尤为紧迫。随着电网容量的提升，设备小型化和紧凑化成为发展趋势。
3、在这一过程中，气体绝缘开关设备的结构尺寸受到了限制，传统依靠增加气体绝缘开关设备结构尺寸的散热方案已难以满足高负荷运行的要求。因此，对已有设备，尤其是气体绝缘开关设备壳体的散热设计非常关键。然而现有gis设备壳体缺乏散热片参数化优化方法。
技术实现思路
1、针对气体绝缘开关设备缺少散热结构的问题，本专利技术提供了一种gis设备壳体散热结构。
2、为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为，
3、一种gis设备壳体散热结构，包括壳体，壳体上设有上端口、下端口、左端口和右端口，壳体上设置有连接座，连接座设置在上端口和左端口之间，连接座顶面所在平面平行于上端口外端面，左端口和右端口外壁均沿圆周
4、优选地，相邻两散热片之间夹角为30°；散热片包括六个长散热片和六个短散热片；六个长散热片分别设置在壳体前后两侧壁上；六个短散热片分别设置在壳体上下两侧壁上。不仅能有效增加散热面积，从而提高散热性能，还能在不显著增加gis设备壳体重量的前提下，增强gis设备壳体的结构强度。
5、另一方面，本专利技术还提供一种上述gis设备壳体散热结构的优化方法，采用遗传算法，包括以下步骤：
6、s1、采用matlab遗传算法，根据散热片结构确定优化参数；
7、s2、设置目标函数和约束条件，然后初始化并赋值；
8、s3、运用solidworks软件进行三维建模，与comsol软件建立动态实时传输模型；
9、s4、调用comsol进行有限元仿真计算得到温升目标函数值，确定此时对应的优化参数值；
10、s5、利用matlab根据s4确定的优化变量值，求解成本目标函数值，得到目标函数值；
11、s6、对综合目标函数值，采用线性加权平均的方法，最终得到综合目标的适应度函数值；
12、s7、判断种群是否满足收敛条件；若是，则输出最优参数值；若否，则执行s8；
13、s8、选择交叉和变异，生成新一代种群；之后将新一代种群作为变量，返回s3。
14、优选地，步骤s1中，优化参数为；其中，w为厚度，h为高度，l1为短散热片长度，l2为长散热片长度。
15、优选地，步骤s2中，目标函数包括温升目标函数和成本目标函数；温升目标函数为；成本目标函数为；目标函数为；约束条件为：
16、；
17、其中，优化参数x参数单位为mm，t(x)单位为℃，c(x)单位为mm3。gis设备壳体成本与其体积有关，且其增加的体积为散热片结构尺寸增大带来的，因此隔离开关的成本函数描述为散热片增加的体积。温升目标函数为计算域温升的最大值。
18、优选地，步骤s4中，有限元仿真计算为温升仿真计算；首先在comsol中设置壳体的材料参数，其次对模型进行网格划分；之后采用comsol电磁模块计算得到壳体的热损耗q,然后将热损耗q作为热源输入到comsol固体和流体传热模块中计算得到壳体的温度场分布，并得到温升目标函数值，并确定此时对应的优化参数值。
19、优选地，步骤s6中，综合目标的适应度函数为；其中，m1+m2=1；m1为温升函数的权重，t0为优化前隔离开关壳体最大温升值；m2为成本函数的权重，c0为优化前隔离开关散热片的体积。
20、优选地，步骤s7中，收敛条件为种群中所有个体的适应度函数值变化小于0.001。
21、优选地，步骤s8中，采用精英保持策略，将种群中前10%的优秀个体不进行遗传操作而直接复制到下一代种群中；之后运用交叉和变异操作，产生的个体构成新的子群。
22、优选地，步骤s8中，交叉和变异时，采用固定交叉率和固定变异率，设置0.75的交叉率，设置0.03的变异率。
23、通过以上技术方案可以看出，本专利技术的优点为：本方案提供了一种gis设备壳体散热结构，通过散热片的设置，能够改善gis设备的散热性能，提升其承载能力，确保在高电流条件下的安全运行。本专利技术的gis设备壳体散热结构的优化方法，采用遗传算法通过模拟自然选择与遗传学中的进化过程，能够在复杂的设计空间中快速找到接近最优解的方案。不仅提高了设计的效率，还确保了多目标优化的实现，使得散热片既满足散热性能的要求，又保持了经济性。
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1.一种GIS设备壳体散热结构，包括壳体（1），壳体（1）上设有上端口、下端口、左端口和右端口，壳体（1）上设置有连接座（101），连接座（101）设置在上端口和左端口之间，连接座（101）顶面所在平面平行于上端口外端面，其特征在于，左端口和右端口外壁均沿圆周方向均匀设置有若干散热片。
2.根据权利要求1所述的GIS设备壳体散热结构，其特征在于，相邻两散热片之间夹角为30°；散热片包括六个长散热片（2）和六个短散热片（3）；六个长散热片（2）分别设置在壳体（1）前后两侧壁上；六个短散热片（3）分别设置在壳体（1）上下两侧壁上。
3.一种如上述权利要求2所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，采用遗传算法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S1中，优化参数为；其中，W为厚度，H为高度，L1为短散热片（3）长度，L2为长散热片（2）长度。
5.根据权利要求4所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S2中，目标函数包括温升目标函数和成本目标函数；温升目标函
6.根据权利要求5所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S4中，有限元仿真计算为温升仿真计算；首先在COMSOL中设置壳体的材料参数，其次对模型进行网格划分；之后采用COMSOL电磁模块计算得到壳体的热损耗Q, 然后将热损耗Q作为热源输入到COMSOL固体和流体传热模块中计算得到壳体的温度场分布，并得到温升目标函数值，并确定此时对应的优化参数值。
7.根据权利要求6所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S6中，综合目标的适应度函数为；其中，m1+m2=1；m1为温升函数的权重，T0为优化前隔离开关壳体最大温升值；m2为成本函数的权重，C0为优化前隔离开关散热片的体积。
8.根据权利要求7所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S7中，收敛条件为种群中所有个体的适应度函数值变化小于0.001。
9.根据权利要求8所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S8中，采用精英保持策略，将种群中前10%的优秀个体不进行遗传操作而直接复制到下一代种群中；之后运用交叉和变异操作，产生的个体构成新的子群。
10.根据权利要求8所述的GIS设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤S8中，交叉和变异时，采用固定交叉率和固定变异率，设置0.75的交叉率，设置0.03的变异率。
...【技术特征摘要】
1.一种gis设备壳体散热结构，包括壳体（1），壳体（1）上设有上端口、下端口、左端口和右端口，壳体（1）上设置有连接座（101），连接座（101）设置在上端口和左端口之间，连接座（101）顶面所在平面平行于上端口外端面，其特征在于，左端口和右端口外壁均沿圆周方向均匀设置有若干散热片。
2.根据权利要求1所述的gis设备壳体散热结构，其特征在于，相邻两散热片之间夹角为30°；散热片包括六个长散热片（2）和六个短散热片（3）；六个长散热片（2）分别设置在壳体（1）前后两侧壁上；六个短散热片（3）分别设置在壳体（1）上下两侧壁上。
3.一种如上述权利要求2所述的gis设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，采用遗传算法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的gis设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤s1中，优化参数为；其中，w为厚度，h为高度，l1为短散热片（3）长度，l2为长散热片（2）长度。
5.根据权利要求4所述的gis设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于，步骤s2中，目标函数包括温升目标函数和成本目标函数；温升目标函数为；成本目标函数为；目标函数为；约束条件为：
6.根据权利要求5所述的gis设备壳体散热结构的优化方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏虎，王岩，徐帅，刘丛，赵华楠，段连龙，田帅，
申请(专利权)人：山东泰开高压开关有限公司，
类型：发明
国别省市：
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