核心提示 隨著電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)運(yùn)維輸電線路已成為趨勢。數(shù)字孿生技術(shù)可為電力電纜工程智能化運(yùn)維提供技術(shù)支撐。中國電科院研發(fā)的電力電纜數(shù)字化孿生運(yùn)維管控平臺建立地下電纜工程三維場景，全面反映電力電纜工程運(yùn)行狀態(tài)，通過孿生分析及時預(yù)警工程可能存在的隱患，并聯(lián)動現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動運(yùn)維，提升了電力電纜運(yùn)維質(zhì)量。
數(shù)字孿生技術(shù)為電纜工程運(yùn)維提供技術(shù)支撐
隨著電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，輸電線路運(yùn)維向著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。目前，電力電纜工程中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用主要包括數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化運(yùn)維兩個方面。
設(shè)計(jì)方面，中國電力科學(xué)研究院有限公司研發(fā)的電力電纜工程數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)取得了良好的效果。運(yùn)維方面，部分電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用了一定的數(shù)字化手段，從成效上看仍存在提升空間。目前，多家省級電力公司開展了一些研究，但高精度三維數(shù)字化運(yùn)維管控手段較少，狀態(tài)展示不夠直觀，無法定位到指定位置立體展示電力電纜及通道內(nèi)情況。同時，運(yùn)行狀態(tài)分析與應(yīng)用尚存在不足，未能充分挖掘電力電纜工程智能管控效用。
作為新興技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)可為電力電纜工程運(yùn)維提供有力技術(shù)支撐。顧名思義，數(shù)字孿生是采用信息化技術(shù)對物理實(shí)體進(jìn)行虛擬化復(fù)刻，生成實(shí)體在虛擬空間中的“孿生兄弟”即孿生體。實(shí)體與孿生體之間聯(lián)系互動，實(shí)體的性態(tài)將在孿生體中反映，同時可以通過孿生體管理和控制實(shí)體。
為進(jìn)一步提高電力電纜工程數(shù)字化運(yùn)維技術(shù)水平，中國電科院開展了基于數(shù)字孿生的電力電纜智能化運(yùn)維管控方法研究，研發(fā)了電力電纜數(shù)字化孿生運(yùn)維管控平臺（以下簡稱“管控平臺”）。
管控平臺綜合數(shù)字化技術(shù)、仿真技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、分析預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力電纜工程智能化運(yùn)維。管控平臺通過全景感知方法獲得電纜線路運(yùn)行狀態(tài)信息，通過狀態(tài)仿真分析實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算分析，可對存在的問題情況進(jìn)行預(yù)警，并結(jié)合控制接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程孿生聯(lián)動。
以數(shù)字化方式統(tǒng)籌管理電纜運(yùn)維全過程
管控平臺以數(shù)字化方式統(tǒng)籌管理電纜運(yùn)維全過程，以智能分析方法指導(dǎo)線路運(yùn)維決策，保障線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。
管控平臺界面上有線路總覽、巡查檢修、監(jiān)測預(yù)警、運(yùn)維管控、孿生分析、統(tǒng)計(jì)管理等模塊。運(yùn)維人員可在線路總覽模塊查看電力電纜線路總體信息，利用巡查檢修模塊實(shí)現(xiàn)對線路的立體智能巡檢。監(jiān)測預(yù)警模塊能夠感知線路現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，并對可能存在的問題進(jìn)行預(yù)警。運(yùn)維管控模塊可顯示電纜工程運(yùn)維狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)動控制。孿生分析模塊則可以深入分析線路運(yùn)行狀態(tài)，并給出處置策略，保障線路安全運(yùn)行。此外，運(yùn)維人員還能利用統(tǒng)計(jì)管理模塊統(tǒng)計(jì)與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并對涉及平臺權(quán)限與日志等方面的內(nèi)容進(jìn)行管理。
應(yīng)用中，管控平臺可以實(shí)現(xiàn)模型映射、狀態(tài)感知、聯(lián)動遠(yuǎn)控、智能巡檢、分析預(yù)警等功能。
模型映射是對電纜工程本體及其附屬設(shè)施、地下管線與地表建構(gòu)筑物建模，還包括模型屬性狀態(tài)參數(shù)對接與三維展示功能。電纜工程本體及其附屬設(shè)施建模參考設(shè)備臺賬信息，對設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)圖紙等信息進(jìn)行模型構(gòu)建，再結(jié)合激光掃描結(jié)果修正模型，并裝配獲得電纜工程三維數(shù)字孿生模型。地下管線與地表建構(gòu)筑物建模即結(jié)合地下管線與地表建構(gòu)筑物信息構(gòu)建工程周邊三維模型。模型屬性狀態(tài)參數(shù)對接與三維展示功能可實(shí)現(xiàn)模型屬性狀態(tài)數(shù)據(jù)掛接，并直觀展示相應(yīng)屬性。
狀態(tài)感知功能通過傳感器及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)入庫接口、感知數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖表來實(shí)現(xiàn)。傳感器及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)入庫接口可實(shí)現(xiàn)溫濕度、氣體、煙感、外力破壞、沉降、局放等傳感數(shù)據(jù)的實(shí)時采集與接入。感知數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖表則以統(tǒng)計(jì)列表與圖形形式顯示上述狀態(tài)信息。
聯(lián)動遠(yuǎn)控可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動控制效果孿生展示和應(yīng)急自動控制功能。該功能通過設(shè)備聯(lián)動控制接口實(shí)現(xiàn)水泵、百葉窗、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、機(jī)器人、攝像頭、防火門、液壓井蓋的遠(yuǎn)程聯(lián)動。聯(lián)動控制效果孿生展示功能結(jié)合三維數(shù)字化展示功能，動態(tài)展示設(shè)備動作與運(yùn)行效果。應(yīng)急自動控制功能針對水位超限、溫濕度超限等情況實(shí)現(xiàn)自動控制設(shè)備啟停。
管控平臺可實(shí)現(xiàn)全景多角度漫游巡檢和巡檢作業(yè)管理。運(yùn)維人員可設(shè)置多種漫游巡檢角度，并對巡檢規(guī)劃、巡檢作業(yè)、巡檢異常、設(shè)備維修消缺等情況進(jìn)行管理。
管控平臺還能實(shí)現(xiàn)汛期降雨排水分析、隧道通風(fēng)控制、通道外力破壞分析、通道孿生消防和生命檔案分析等功能。降雨情況下，集水井水位會上升。管控平臺接入天氣數(shù)據(jù)，當(dāng)井內(nèi)水位達(dá)到一定高度時，自動啟動排水或由運(yùn)維人員手動啟動排水。隧道通風(fēng)控制功能可監(jiān)測隧道內(nèi)有害氣體，當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度之后，啟動風(fēng)機(jī)排風(fēng)。通道外力破壞分析功能可分析重型施工車輛停駐或駛過地下電纜通道造成的通道變形甚至損壞情況，顯示通道應(yīng)力、應(yīng)變與變形狀態(tài)分布云圖。通道孿生消防功能可根據(jù)煙感和視頻判斷火情，做出關(guān)閉井蓋、電動百葉窗、風(fēng)機(jī)和開啟消防系統(tǒng)操作，在火被撲滅后開啟百葉窗與風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)處理，并評估火情。
試點(diǎn)應(yīng)用顯成效，提高電纜智能化運(yùn)維水平
今年，國網(wǎng)浙江電力在所屬市供電公司上線應(yīng)用中國電科院研發(fā)的管控平臺，以三維形式直觀展示電力電纜工程地下全部場景。運(yùn)維人員在平臺中可快速定位現(xiàn)場設(shè)備，查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備啟停，并結(jié)合分析預(yù)警功能，對地下電纜工程開展智能化巡檢。
運(yùn)維人員介紹，由于電纜工程屬于隱蔽工程，運(yùn)維班組此前并不了解工程全貌。通過電力電纜數(shù)字孿生技術(shù)，運(yùn)維人員得以首次直觀查看地下電纜工程全貌。在管控平臺中，地下電纜隧道和工井的位置與地面道路建筑建立了聯(lián)系，隧道、工井內(nèi)電纜層和設(shè)備層中各電纜與設(shè)備設(shè)施的顯示準(zhǔn)確立體，應(yīng)用平臺巡檢就如同井下實(shí)地巡檢查看一樣。
工程應(yīng)用顯示，管控平臺為現(xiàn)場運(yùn)維人員提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，提高了電纜工程智能化運(yùn)維管控水平，后續(xù)有望在更多的電纜運(yùn)維單位應(yīng)用，進(jìn)一步保障電纜線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。
數(shù)字孿生技術(shù)不僅可以在電力電纜運(yùn)維中發(fā)揮作用，也能為架空輸電線路、變電站、配網(wǎng)線路運(yùn)維提供技術(shù)支撐。中國電科院將繼續(xù)開展數(shù)字化孿生技術(shù)在電網(wǎng)仿真、分析與決策方面的攻關(guān)，持續(xù)提升電網(wǎng)數(shù)字化效能。
（作者單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司）
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