Page 14 - 电力与能源2024年第三期

288 方 苏，等：基于多邻域算子组合策略和模拟退火算法的线束截面布局优化设计及仿真验证方法

输的稳定性，避免电磁干扰和电压降低等问题。 线束样件 1 型号为 227 IEC01（BV）\750V，铜
在实际的线束排布设计中，还需要根据具体应用 芯。将线束样件 1 的截面排布格局转化为一个不
场景、设备的布局以及相关标准和规范进行考虑。 等圆 Packing 模型，并在此基础上判断初始格局是
同时，使用 CAD 软件等工具进行线束的三维设计 否为合法格局。
和仿真分析，可以帮助优化线束排布，提高系统的 经过计算验证，该格局 X=（x 1，y 1，x 2，y 2，…，
y
稳定性和可靠性 ［1-7］ 。 x n， n ）不能同时满足以下约束条件。
在线束的排布过程中，需要优化布线通道， 约束条件 1：

选择合适的布线通道，如电线槽、管道等，使线束 Minimize R 0
能够有序地布置，并且便于维修和更换。最短路 约束条件 2:
径原则：线束排布应尽量采用最短路径，减小线 2 2 （1）
( x i - x 0 ) +( y i - y 0 ) ≤ R0 - r i
束长度，降低电阻和电压降低的影响。合理保护
约束条件 3:
线 束 ：将 线 束 布 置 在 保 护 设 施 内 ，如 护 套 、护 管 2 2
( x i - x j ) +( y i - y j ) -( r i + r j) ≥ 0
等，以防止机械损伤和外界环境的影响。线束尺
约束条件 2 要求每个圆均位于大圆范围内，
寸设计：根据系统的功率、电流和电压要求，合理
约束条件 3 要求任意两个圆互不嵌入干涉，因此
选择线束的截面积，以确保电能传输的稳定性和
判断格局 X 为非法布局。
可靠性。隔离高低电压线束：应将高电压线束与
低电压线束隔离开，以防止互相干扰和发生安全 2 线束截面格局优化过程中的重要参数
事故。
2.1 引入非邻圆判定矩阵加速运算速度
1 线束截面排布格局的模型建立与合法 定义并计算任意两个圆之间的侵入深度 D ij，
性判定 并以此为依据定义两个圆的非邻属性值 L ij。

定义布局 X 中的任意两个圆 r i （x i，y i ）和 r j （x j，
继电保护小室内的线束及其截面结构示意
y j ）的侵入深度：
如图 1 所示。线束截面排布紧凑，线束内部的结
2 2
构稳定合理，不发生内部过度挤压是线束截面排 D ij = ( x i - x j ) +( y i - y j ) -( r i + r j)（2）
布的基本要求。 当 D ij>0 时，定义圆 r i （x i，y i ）和 r j （x j，y j ）为非
邻圆，相互之间不存在挤压弹性势能，邻接属性
L ij=0。

当 D ij≤0 时，定义圆 r i （x i，y i ）和 r j （x j，y j ）为相
邻圆，相互之间不存在挤压弹性势能，邻接属性
L ij=1。
侵入深度的示意如图 2 所示。
引入非邻圆判定矩阵 A 如下：
ê ê éL 11 L 12 ⋯ L 1n ù ú ú
ê ê ú ú
A = ê ê L 21 L 22 ⋯ L 2n （3）
图 1 线束样件 1 的截面排布格局 ú ú
ê ê ⋮ ⋮ ⋮ ú ú
以 线 束 样 件 1 为 例 构 建 线 束 截 面 排 布 格 局 ê ê ëL n1 L n2 ⋯ L nn û
的模型。线束样件 1 由 4 根直径为 2.96 mm 的电 L ij 为邻接属性值，当 L ij=0 时，判定两个圆没
缆、2 根直径为 3.64 mm 的电缆，以及 1 根直径为 有邻接关系，在计算整个格局 X 的总弹性势能时，
4.72 mm 的电缆构成，测得其线束截面排布的初 L ij=0 的两个圆之间的挤压弹性势能不纳入后续
始格局 X=（x 1，y 1，x 2，y 2，…，x n，y n ）。 计算，默认为 0 （i=j时，L ij=0）。