數字孿生技術在變電站智能巡檢中的應用

國網洛陽供電公司 王耿祥 桑小兵 曹宜安 申瑩瑩 史曉燕

隨著我國智慧電網的不斷推進，變電站巡檢功能也需要有所提升轉化，通過利用數字孿生技術，實現變電站智能巡檢，可有效彌補以往人力資源當中的不足，提高變電站巡檢質量以及效率，最大限度的保障變電站的正常運行，降低故障的發生幾率，延長設施設備的使用壽命。同時，相關部門還需加強人才引進，組建專業的研發團隊，以數字孿生系統為基礎創新管理模式，利用多維聚合提供運維檢修新體驗，從而進一步加強數字孿生系統的有效應用。

1 數字孿生技術概述

數字孿生技術是當前電力工程當中最新研發的新興技術，通過物理資產的孿生模型助力變電站展開智能巡檢，進一步提高智能巡檢的智能性。數字孿生技術又稱之為數字化雙胞胎技術，以數字化等方式來拷貝變電站中的物理現象，模擬變電站在實際運行中的效果，對變電站實際的運行進行模擬仿真，以此來達到提前預判出錯的可能，實現避免和預防變電站設施設備出現故障，降低生產運行損失，降低生產損耗，延長設施設備的使用壽命等目的。目前階段，數字孿生技術在我國部分地區已經得到了初步實現與應用，并取得了極為顯著的應用效果，工作人員需要對數字孿生技術加以優化實現數字孿生技術的全方面應用。

要想在變電站智能巡檢當中有效的應用數字孿生技術，首先就需與變電站內部的設施設備進行同步，就是以變電站設施設備真實的運行情況為基礎，搭建一套虛擬的運行數據模型，通過對變電站真實的設施設備進行3D 建模，并將建設好的3D 建設模型放置到虛擬的運行數據當中，實現變電站真實的設施設備運行情況與變電站順利的設施設備運行情況進行一一對應，然后進行數據同步，通過采集plc數據來驅動虛擬環境下相應的虛擬設備同樣進行相應的既定動作，來達到真實既定動作與虛擬既定動作的實時聯動，而所有的這些工作人員就可在監控室上對虛擬的變電站運行設施設備進行實時監測，可有效改善以往人工巡檢當中的不足，實現遠程監測，以此來提高智能巡檢的質量及其效率，降低人為失誤的可能。

2 數字孿生技術在變電站智能巡檢中的應用

2.1 可確定設施設備的故障范圍

通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術，可有效確定變電站設施設備的故障范圍，以此來達到巡檢效果。在我國現代社會的不斷發展過程當中，科技手段越加先進，人們對電力的需求也越來越高，而在我國智慧電網的不斷推進下，我國電網建設規模越來越大，可很好的滿足人們對電力的依賴與需求，但正因為電網建設規模的擴大化導致設施設備發生故障的幾率也有所增加，嚴重危害了人們的正常使用，工作人員通過智能巡檢來檢測變電站設施設備的運行情況，并及時采取維修手段保證變電站的正常運行。

由于在檢測變電站運行設施設備的過程當中存在著一定的危險性，很容易對工作人員造成一定的人身傷害，并且變電站檢測質量也會受到工作人員自身專業素質的影響，導致檢測質量有所降低，而通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術，來監測變電站當中的虛擬設施設備的運行情況，就可了解到變電站實際的運行數據，準確判斷出設施設備的故障范圍，以此來輔助工作人員展開維修和檢測，從而有效提高智能巡檢的效率以及質量，保障變電站能夠安全運行。

2.2 對設施設備的故障進行提前預警

對變電站設施設備的故障進行提前預警也是數字孿生技術在變電站智能巡檢當中的主要應用方向，可有效地對故障進行提前預警，做到科學預防合理規避故障的發生，做到降低生產成本，延長變電站設施設備的使用壽命，最大限度的保障變電站能夠安全運行，切實滿足人們對電力的實際需求。

在以往的智能巡檢過程當中，通常都是在變電站設施設備出現故障之后再去進行維修檢測，而日常當中存在的故障隱患，很難得到有效的發現，導致智能巡檢過于被動，無法做到合理的規避故障的發生，而通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術，通過利用虛擬場景對變電站虛擬的數據信息進行實時監測，以此來檢測變電站運行過程當中存在的安全隱患，并通過對安全隱患進行設置數值范圍，當數據信息處于數值范圍時就可通過預警信號來向檢測人員提供故障數據信息，而且工作人員在設置故障預警信號時，還可輸入相應的故障解決對策，故障發生原因等相關數據信息，保障顧忌數據信息的全面性，可更好地為檢測人員提供參考時意見，輔助檢測人員對變電站設施設備進行檢修與維護。

2.3 實現項目現場的智能巡檢

傳統的巡檢方式主要依靠人力來進行完成，現在人工巡檢的過程當中往往存在著非常多的弊端，一方面是由于受到工作人員自身專業素質的限制，導致在巡檢的過程往往存在著一定的漏洞，不能及時發現變電站運行過程當中存在的安全隱患，從而引發較大的安全事故。而另一方面，工作人員在巡檢的過程當中往往存在著惰性心理，認為故障幾率小的地方就不會故障，從而對故障巡檢不夠用心。通過人工巡檢的方式不僅人力資源支出較大，非常耗時耗力不說，巡檢效率還不能得到很好的保障。

通過近些年我國科學技術不斷發展，數字孿生技術在變電站智能巡檢當中的不斷應用，低成本、高準確度的現場模型獲取得到了成功的實現。通過利用數字孿生技術快速的獲取變電站現場運行數據，并組建虛擬的數據場景，通過與真實的數據場景與虛擬的數據場景進行對比，就可快速的獲取到故障信息，這種方式可快速的提高巡檢的質量及其效率，并結合現代先進的人工智能技術，充分的實現了對變電站巡檢的智能化與數字化[1]。

2.4 充分挖掘利用變電站大數據信息

數字孿生技術可充分挖掘，利用變電站的大數據信息來進行創建虛擬運行場景了，1比1還原變電站的實際運作場景，通過將真實場景與虛擬場景進行對比，就可有效得到變電站的故障信息，同時也可利用變電站大數據信息來對其中的故障數據進行整合分析，推動智能巡檢的有效落實，并可有效在巡檢過程中達成智能預警以及遠程操控等功能，從而進一步推動我國電力事業的智能化，數字化發展。

在當前的社會發展進程當中，充斥著大量的數據信息，而通過對數據信息進行全面分析就可得到一個更加貼近真實的虛擬場景，而通過在變電站當中應用數字孿生系統也是同樣通過利用對大數據進行整合分析來得到變電站實際的運行數據，并依托數字孿生技術來構建變電站的虛擬運行場景，通過對虛擬運行成就進行分析對比就可得到有效故障信息。并且，除了對虛擬場景展開智能巡檢之外還可通過虛擬場景來進行虛擬化管理，實現可視化的運行維護。

2.5 實現智能監測設施設備的運行狀態

在變電站智能巡檢中應用數字孿生技術之前，我國變電站巡檢方式主要通過人工來進行完成，也就是說在巡檢過程中主要通過人的主導因素來進行完成，而人工具有一定的不可控性，很難保證巡檢的質量以及效率，而且在以往人工的巡檢過程當中不僅消耗了大量的時間以及資源，還不能夠很好的控制變電站其中的安全隱患，并在變電站巡檢的過程當中還會蘊含著一系列的安全隱患，危害工作人員的生命健康。

而通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術，可有效地實現智能巡警，有效的實現遠程智能監測設施設備的運行狀態，使工作人員能夠脫離的實際運行場景當中，不僅打破了以往人工巡檢的時間，地點限制，還大大提高了巡檢的效率及質量，進一步提高巡檢的安全性能，數字孿生技術又稱之為數字化雙胞胎技術，將變電站中的真實運行場景進行1比1還原，創建虛擬運行場景，通過利用虛擬運行場景對虛擬設施設備的運行狀態進行實時監控，就可有效地實現遠程智能監測。

3 數字孿生技術在變電站智能巡檢應用的優化策略

3.1 加強人才引進組建專業的研發團隊

要想有效的在變電站智能巡檢當中運用數字孿生技術，首先就需要在內部加強人才引進，組建專業的研發團隊，針對目前的數字孿生技術不斷的加以優化與提升，從而更好的在變電站智能巡檢當中加以應用落實，發揮數字人生技術的先進性實現我國智能電網建設，推動我國電力事業的進一步智能化發展。

在我國目前階段，數字孿生技術在變電站智能巡檢當中的應用已經得到了初步的落實與實現，并在我國上海等地區取得了顯著的應用成果，但是相對來說還是存在一定的問題導致數字孿生技術不能夠大規模的實現，一方面是由于人才缺失，魔法全面掌握數字孿生技術，另一方面則是由于設施設備的缺少，導致數字孿生技術不能夠得到有效的發揮，所以需要通過加強人才引進來培育更加優質的專業人才，組建專業的研發團隊，使數字孿生技術能夠在此基礎上得以有效的提升與優化，從而更好地應用到變電站振動群體當中[2]。

3.2 以數字孿生系統為基礎創新管理模式

通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術可有效的實現可視化運維，將變電站時記得運行情況變得更加透明與公開，工作人員通過在監控室里監測變電站的虛擬運行情況就可得到真實的運行數據，以此來展開運行維護與管理，不僅極大地提高了智能巡檢的質量以及效率還可對管理方式進行了有效的創新。

在數字孿生系統實際的應用過程當中，通過對真實的變電站運行場景進行分析與整合，利用3D 搭建模型創建虛擬的運行場景，實現真實場景與虛擬場景的一一對應，也就是說，虛擬場景會伴隨著真實場景而進行同步更新，工作人員通過對虛擬場景進行管理以有效的實現可視化運行維護，集中展示變電站的空間位置信息，設備的主要運行設計參數，相關運行資料，巡視維修記錄等等多種信息數據，可幫助工作人員更加真實的了解變電站的實際運行情況，做到合理的規避故障，預防安全事故的發生，提高運行維護的綜合管理水平與效率，并且工作人員還可根據相關數據來對設計更改優質的設備檢修計劃，或維修方案等等[3]。

3.3 多維聚合提供運維檢修新體驗

縱觀我國近些年的發展歷史，科技承擔著絕對的主要發展作用，數字孿生技術就是在現代技術的不斷深入研究下展開的一種全新的應用技術手段，可讓電網更加智慧，從而推動我國電力事業的進一步智能化發展，是我國目前電力事業的主要應用發展方向，并且不斷地擴展數字孿生技術的應用領域，突破電網的應用范圍。通過在變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術可有效的提高巡檢的智能化與數字化，通過落實可視化運行維護，可為變電站運行維護檢修提供更加先進的新體驗，通過對虛擬運行數據場景進行分析，就可得到變電站真實的運行數據故障信息，使工作人員能夠根據數據故障信息展開巡檢維護，可極大的提高巡檢維護的效率及質量[4]。

總而言之，數字孿生技術是我國電力工程目前最新研發的新興技術，可進一步強化我國智能電網的有效創建，推動我國的智能化發展，通過在我國變電站智能巡檢當中應用數字孿生技術，不僅實現了智能巡檢的高質量以及高效率，還可在一定程度上取代人工巡檢，智能巡檢是變電站日常運行維護的重要工作內容之一，其本身就承擔著一定的安全風險，通過落實數字孿生技術，用科技取代人力，從而進一步提高智能巡檢的智能化。