核心提示 隨著電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，應用數(shù)字化技術運維輸電線路已成為趨勢。數(shù)字孿生技術可為電力電纜工程智能化運維提供技術支撐。中國電科院研發(fā)的電力電纜數(shù)字化孿生運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行狀態(tài)，通過孿生分析及時預警工程可能存在的隱患，并聯(lián)動現(xiàn)場設備實現(xiàn)遠程自動運維，提升了電力電纜運維質量。
數(shù)字孿生技術為電纜工程運維提供技術支撐
隨著電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，輸電線路運維向著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。目前，電力電纜工程中數(shù)字化技術的應用主要包括數(shù)字化設計與數(shù)字化運維兩個方面。
設計方面，中國電力科學研究院有限公司研發(fā)的電力電纜工程數(shù)字化設計系統(tǒng)取得了良好的效果。運維方面，部分電網(wǎng)企業(yè)應用了一定的數(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，運行狀態(tài)分析與應用尚存在不足，未能充分挖掘電力電纜工程智能管控效用。
作為新興技術，數(shù)字孿生技術可為電力電纜工程運維提供有力技術支撐。顧名思義，數(shù)字孿生是采用信息化技術對物理實體進行虛擬化復刻，生成實體在虛擬空間中的“孿生兄弟”即孿生體。實體與孿生體之間聯(lián)系互動，實體的性態(tài)將在孿生體中反映，同時可以通過孿生體管理和控制實體。
為進一步提高電力電纜工程數(shù)字化運維技術水平，中國電科院開展了基于數(shù)字孿生的電力電纜智能化運維管控方法研究，研發(fā)了電力電纜數(shù)字化孿生運維管控平臺（以下簡稱“管控平臺”）。
管控平臺綜合數(shù)字化技術、仿真技術、監(jiān)測技術、分析預警技術，實現(xiàn)電力電纜工程智能化運維。管控平臺通過全景感知方法獲得電纜線路運行狀態(tài)信息，通過狀態(tài)仿真分析實現(xiàn)線路運行狀態(tài)的計算分析，可對存在的問題情況進行預警，并結合控制接口實現(xiàn)設備遠程孿生聯(lián)動。
以數(shù)字化方式統(tǒng)籌管理電纜運維全過程
管控平臺以數(shù)字化方式統(tǒng)籌管理電纜運維全過程，以智能分析方法指導線路運維決策，保障線路安全穩(wěn)定運行。
管控平臺界面上有線路總覽、巡查檢修、監(jiān)測預警、運維管控、孿生分析、統(tǒng)計管理等模塊。運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現(xiàn)對線路的立體智能巡檢。監(jiān)測預警模塊能夠感知線路現(xiàn)場運行狀態(tài)，并對可能存在的問題進行預警。運維管控模塊可顯示電纜工程運維狀態(tài)，并實現(xiàn)設備的遠程聯(lián)動控制。孿生分析模塊則可以深入分析線路運行狀態(tài)，并給出處置策略，保障線路安全運行。此外，運維人員還能利用統(tǒng)計管理模塊統(tǒng)計與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并對涉及平臺權限與日志等方面的內(nèi)容進行管理。
應用中，管控平臺可以實現(xiàn)模型映射、狀態(tài)感知、聯(lián)動遠控、智能巡檢、分析預警等功能。
模型映射是對電纜工程本體及其附屬設施、地下管線與地表建構筑物建模，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施建模參考設備臺賬信息，對設計參數(shù)與設計圖紙等信息進行模型構建，再結合激光掃描結果修正模型，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筑物建模即結合地下管線與地表建構筑物信息構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現(xiàn)模型屬性狀態(tài)數(shù)據(jù)掛接，并直觀展示相應屬性。
狀態(tài)感知功能通過傳感器及設備狀態(tài)數(shù)據(jù)入庫接口、感知數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析圖表來實現(xiàn)。傳感器及設備狀態(tài)數(shù)據(jù)入庫接口可實現(xiàn)溫濕度、氣體、煙感、外力破壞、沉降、局放等傳感數(shù)據(jù)的實時采集與接入。感知數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析圖表則以統(tǒng)計列表與圖形形式顯示上述狀態(tài)信息。
聯(lián)動遠控可實現(xiàn)聯(lián)動控制效果孿生展示和應急自動控制功能。該功能通過設備聯(lián)動控制接口實現(xiàn)水泵、百葉窗、風機、空調(diào)、機器人、攝像頭、防火門、液壓井蓋的遠程聯(lián)動。聯(lián)動控制效果孿生展示功能結合三維數(shù)字化展示功能，動態(tài)展示設備動作與運行效果。應急自動控制功能針對水位超限、溫濕度超限等情況實現(xiàn)自動控制設備啟停。
管控平臺可實現(xiàn)全景多角度漫游巡檢和巡檢作業(yè)管理。運維人員可設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、設備維修消缺等情況進行管理。
管控平臺還能實現(xiàn)汛期降雨排水分析、隧道通風控制、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)，當井內(nèi)水位達到一定高度時，自動啟動排水或由運維人員手動啟動排水。隧道通風控制功能可監(jiān)測隧道內(nèi)有害氣體，當有害氣體達到一定濃度之后，啟動風機排風。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，顯示通道應力、應變與變形狀態(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，做出關閉井蓋、電動百葉窗、風機和開啟消防系統(tǒng)操作，在火被撲滅后開啟百葉窗與風機進行通風處理，并評估火情。
試點應用顯成效，提高電纜智能化運維水平
今年，國網(wǎng)浙江電力在所屬市供電公司上線應用中國電科院研發(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。運維人員在平臺中可快速定位現(xiàn)場設備，查看設備運行狀態(tài)，遠程控制現(xiàn)場設備啟停，并結合分析預警功能，對地下電纜工程開展智能化巡檢。
運維人員介紹，由于電纜工程屬于隱蔽工程，運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，運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)電纜層和設備層中各電纜與設備設施的顯示準確立體，應用平臺巡檢就如同井下實地巡檢查看一樣。
工程應用顯示，管控平臺為現(xiàn)場運維人員提供了強大的技術支持，提高了電纜工程智能化運維管控水平，后續(xù)有望在更多的電纜運維單位應用，進一步保障電纜線路安全穩(wěn)定運行。
數(shù)字孿生技術不僅可以在電力電纜運維中發(fā)揮作用，也能為架空輸電線路、變電站、配網(wǎng)線路運維提供技術支撐。中國電科院將繼續(xù)開展數(shù)字化孿生技術在電網(wǎng)仿真、分析與決策方面的攻關，持續(xù)提升電網(wǎng)數(shù)字化效能。
（作者單位：中國電力科學研究院有限公司）
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