數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢中的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)洛陽(yáng)供電公司 王耿祥 桑小兵 曹宜安 申瑩瑩 史曉燕

隨著我國(guó)智慧電網(wǎng)的不斷推進(jìn)，變電站巡檢功能也需要有所提升轉(zhuǎn)化，通過(guò)利用數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站智能巡檢，可有效彌補(bǔ)以往人力資源當(dāng)中的不足，提高變電站巡檢質(zhì)量以及效率，最大限度的保障變電站的正常運(yùn)行，降低故障的發(fā)生幾率，延長(zhǎng)設(shè)施設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，相關(guān)部門還需加強(qiáng)人才引進(jìn)，組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以數(shù)字孿生系統(tǒng)為基礎(chǔ)創(chuàng)新管理模式，利用多維聚合提供運(yùn)維檢修新體驗(yàn)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字孿生系統(tǒng)的有效應(yīng)用。

1 數(shù)字孿生技術(shù)概述

數(shù)字孿生技術(shù)是當(dāng)前電力工程當(dāng)中最新研發(fā)的新興技術(shù)，通過(guò)物理資產(chǎn)的孿生模型助力變電站展開智能巡檢，進(jìn)一步提高智能巡檢的智能性。數(shù)字孿生技術(shù)又稱之為數(shù)字化雙胞胎技術(shù)，以數(shù)字化等方式來(lái)拷貝變電站中的物理現(xiàn)象，模擬變電站在實(shí)際運(yùn)行中的效果，對(duì)變電站實(shí)際的運(yùn)行進(jìn)行模擬仿真，以此來(lái)達(dá)到提前預(yù)判出錯(cuò)的可能，實(shí)現(xiàn)避免和預(yù)防變電站設(shè)施設(shè)備出現(xiàn)故障，降低生產(chǎn)運(yùn)行損失，降低生產(chǎn)損耗，延長(zhǎng)設(shè)施設(shè)備的使用壽命等目的。目前階段，數(shù)字孿生技術(shù)在我國(guó)部分地區(qū)已經(jīng)得到了初步實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，并取得了極為顯著的應(yīng)用效果，工作人員需要對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)加以優(yōu)化實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的全方面應(yīng)用。

要想在變電站智能巡檢當(dāng)中有效的應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，首先就需與變電站內(nèi)部的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行同步，就是以變電站設(shè)施設(shè)備真實(shí)的運(yùn)行情況為基礎(chǔ)，搭建一套虛擬的運(yùn)行數(shù)據(jù)模型，通過(guò)對(duì)變電站真實(shí)的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行3D 建模，并將建設(shè)好的3D 建設(shè)模型放置到虛擬的運(yùn)行數(shù)據(jù)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)變電站真實(shí)的設(shè)施設(shè)備運(yùn)行情況與變電站順利的設(shè)施設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，通過(guò)采集plc數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)虛擬環(huán)境下相應(yīng)的虛擬設(shè)備同樣進(jìn)行相應(yīng)的既定動(dòng)作，來(lái)達(dá)到真實(shí)既定動(dòng)作與虛擬既定動(dòng)作的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，而所有的這些工作人員就可在監(jiān)控室上對(duì)虛擬的變電站運(yùn)行設(shè)施設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可有效改善以往人工巡檢當(dāng)中的不足，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，以此來(lái)提高智能巡檢的質(zhì)量及其效率，降低人為失誤的可能。

2 數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢中的應(yīng)用

2.1 可確定設(shè)施設(shè)備的故障范圍

通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，可有效確定變電站設(shè)施設(shè)備的故障范圍，以此來(lái)達(dá)到巡檢效果。在我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，科技手段越加先進(jìn)，人們對(duì)電力的需求也越來(lái)越高，而在我國(guó)智慧電網(wǎng)的不斷推進(jìn)下，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，可很好的滿足人們對(duì)電力的依賴與需求，但正因?yàn)殡娋W(wǎng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大化導(dǎo)致設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障的幾率也有所增加，嚴(yán)重危害了人們的正常使用，工作人員通過(guò)智能巡檢來(lái)檢測(cè)變電站設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行情況，并及時(shí)采取維修手段保證變電站的正常運(yùn)行。

由于在檢測(cè)變電站運(yùn)行設(shè)施設(shè)備的過(guò)程當(dāng)中存在著一定的危險(xiǎn)性，很容易對(duì)工作人員造成一定的人身傷害，并且變電站檢測(cè)質(zhì)量也會(huì)受到工作人員自身專業(yè)素質(zhì)的影響，導(dǎo)致檢測(cè)質(zhì)量有所降低，而通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，來(lái)監(jiān)測(cè)變電站當(dāng)中的虛擬設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行情況，就可了解到變電站實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷出設(shè)施設(shè)備的故障范圍，以此來(lái)輔助工作人員展開維修和檢測(cè)，從而有效提高智能巡檢的效率以及質(zhì)量，保障變電站能夠安全運(yùn)行。

2.2 對(duì)設(shè)施設(shè)備的故障進(jìn)行提前預(yù)警

對(duì)變電站設(shè)施設(shè)備的故障進(jìn)行提前預(yù)警也是數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢當(dāng)中的主要應(yīng)用方向，可有效地對(duì)故障進(jìn)行提前預(yù)警，做到科學(xué)預(yù)防合理規(guī)避故障的發(fā)生，做到降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)變電站設(shè)施設(shè)備的使用壽命，最大限度的保障變電站能夠安全運(yùn)行，切實(shí)滿足人們對(duì)電力的實(shí)際需求。

在以往的智能巡檢過(guò)程當(dāng)中，通常都是在變電站設(shè)施設(shè)備出現(xiàn)故障之后再去進(jìn)行維修檢測(cè)，而日常當(dāng)中存在的故障隱患，很難得到有效的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致智能巡檢過(guò)于被動(dòng)，無(wú)法做到合理的規(guī)避故障的發(fā)生，而通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，通過(guò)利用虛擬場(chǎng)景對(duì)變電站虛擬的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以此來(lái)檢測(cè)變電站運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中存在的安全隱患，并通過(guò)對(duì)安全隱患進(jìn)行設(shè)置數(shù)值范圍，當(dāng)數(shù)據(jù)信息處于數(shù)值范圍時(shí)就可通過(guò)預(yù)警信號(hào)來(lái)向檢測(cè)人員提供故障數(shù)據(jù)信息，而且工作人員在設(shè)置故障預(yù)警信號(hào)時(shí)，還可輸入相應(yīng)的故障解決對(duì)策，故障發(fā)生原因等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，保障顧忌數(shù)據(jù)信息的全面性，可更好地為檢測(cè)人員提供參考時(shí)意見，輔助檢測(cè)人員對(duì)變電站設(shè)施設(shè)備進(jìn)行檢修與維護(hù)。

2.3 實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的智能巡檢

傳統(tǒng)的巡檢方式主要依靠人力來(lái)進(jìn)行完成，現(xiàn)在人工巡檢的過(guò)程當(dāng)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(yè)素質(zhì)的限制，導(dǎo)致在巡檢的過(guò)程往往存在著一定的漏洞，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中存在的安全隱患，從而引發(fā)較大的安全事故。而另一方面，工作人員在巡檢的過(guò)程當(dāng)中往往存在著惰性心理，認(rèn)為故障幾率小的地方就不會(huì)故障，從而對(duì)故障巡檢不夠用心。通過(guò)人工巡檢的方式不僅人力資源支出較大，非常耗時(shí)耗力不說(shuō)，巡檢效率還不能得到很好的保障。

通過(guò)近些年我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢當(dāng)中的不斷應(yīng)用，低成本、高準(zhǔn)確度的現(xiàn)場(chǎng)模型獲取得到了成功的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)利用數(shù)字孿生技術(shù)快速的獲取變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并組建虛擬的數(shù)據(jù)場(chǎng)景，通過(guò)與真實(shí)的數(shù)據(jù)場(chǎng)景與虛擬的數(shù)據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)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(zhì)量及其效率，并結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的人工智能技術(shù)，充分的實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站巡檢的智能化與數(shù)字化[1]。

2.4 充分挖掘利用變電站大數(shù)據(jù)信息

數(shù)字孿生技術(shù)可充分挖掘，利用變電站的大數(shù)據(jù)信息來(lái)進(jìn)行創(chuàng)建虛擬運(yùn)行場(chǎng)景了，1比1還原變電站的實(shí)際運(yùn)作場(chǎng)景，通過(guò)將真實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比，就可有效得到變電站的故障信息，同時(shí)也可利用變電站大數(shù)據(jù)信息來(lái)對(duì)其中的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，推動(dòng)智能巡檢的有效落實(shí)，并可有效在巡檢過(guò)程中達(dá)成智能預(yù)警以及遠(yuǎn)程操控等功能，從而進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的智能化，數(shù)字化發(fā)展。

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中，充斥著大量的數(shù)據(jù)信息，而通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析就可得到一個(gè)更加貼近真實(shí)的虛擬場(chǎng)景，而通過(guò)在變電站當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生系統(tǒng)也是同樣通過(guò)利用對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析來(lái)得到變電站實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并依托數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)構(gòu)建變電站的虛擬運(yùn)行場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)虛擬運(yùn)行成就進(jìn)行分析對(duì)比就可得到有效故障信息。并且，除了對(duì)虛擬場(chǎng)景展開智能巡檢之外還可通過(guò)虛擬場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行虛擬化管理，實(shí)現(xiàn)可視化的運(yùn)行維護(hù)。

2.5 實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

在變電站智能巡檢中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)之前，我國(guó)變電站巡檢方式主要通過(guò)人工來(lái)進(jìn)行完成，也就是說(shuō)在巡檢過(guò)程中主要通過(guò)人的主導(dǎo)因素來(lái)進(jìn)行完成，而人工具有一定的不可控性，很難保證巡檢的質(zhì)量以及效率，而且在以往人工的巡檢過(guò)程當(dāng)中不僅消耗了大量的時(shí)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(guò)程當(dāng)中還會(huì)蘊(yùn)含著一系列的安全隱患，危害工作人員的生命健康。

而通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，可有效地實(shí)現(xiàn)智能巡警，有效的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使工作人員能夠脫離的實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景當(dāng)中，不僅打破了以往人工巡檢的時(shí)間，地點(diǎn)限制，還大大提高了巡檢的效率及質(zhì)量，進(jìn)一步提高巡檢的安全性能，數(shù)字孿生技術(shù)又稱之為數(shù)字化雙胞胎技術(shù)，將變電站中的真實(shí)運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行1比1還原，創(chuàng)建虛擬運(yùn)行場(chǎng)景，通過(guò)利用虛擬運(yùn)行場(chǎng)景對(duì)虛擬設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就可有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)。

3 數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢應(yīng)用的優(yōu)化策略

3.1 加強(qiáng)人才引進(jìn)組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)

要想有效的在變電站智能巡檢當(dāng)中運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，首先就需要在內(nèi)部加強(qiáng)人才引進(jìn)，組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)目前的數(shù)字孿生技術(shù)不斷的加以優(yōu)化與提升，從而更好的在變電站智能巡檢當(dāng)中加以應(yīng)用落實(shí)，發(fā)揮數(shù)字人生技術(shù)的先進(jìn)性實(shí)現(xiàn)我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)，推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)一步智能化發(fā)展。

在我國(guó)目前階段，數(shù)字孿生技術(shù)在變電站智能巡檢當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)得到了初步的落實(shí)與實(shí)現(xiàn)，并在我國(guó)上海等地區(qū)取得了顯著的應(yīng)用成果，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)還是存在一定的問題導(dǎo)致數(shù)字孿生技術(shù)不能夠大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)，一方面是由于人才缺失，魔法全面掌握數(shù)字孿生技術(shù)，另一方面則是由于設(shè)施設(shè)備的缺少，導(dǎo)致數(shù)字孿生技術(shù)不能夠得到有效的發(fā)揮，所以需要通過(guò)加強(qiáng)人才引進(jìn)來(lái)培育更加優(yōu)質(zhì)的專業(yè)人才，組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，使數(shù)字孿生技術(shù)能夠在此基礎(chǔ)上得以有效的提升與優(yōu)化，從而更好地應(yīng)用到變電站振動(dòng)群體當(dāng)中[2]。

3.2 以數(shù)字孿生系統(tǒng)為基礎(chǔ)創(chuàng)新管理模式

通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可有效的實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)維，將變電站時(shí)記得運(yùn)行情況變得更加透明與公開，工作人員通過(guò)在監(jiān)控室里監(jiān)測(cè)變電站的虛擬運(yùn)行情況就可得到真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此來(lái)展開運(yùn)行維護(hù)與管理，不僅極大地提高了智能巡檢的質(zhì)量以及效率還可對(duì)管理方式進(jìn)行了有效的創(chuàng)新。

在數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)對(duì)真實(shí)的變電站運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行分析與整合，利用3D 搭建模型創(chuàng)建虛擬的運(yùn)行場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景的一一對(duì)應(yīng)，也就是說(shuō)，虛擬場(chǎng)景會(huì)伴隨著真實(shí)場(chǎng)景而進(jìn)行同步更新，工作人員通過(guò)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行管理以有效的實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)行維護(hù)，集中展示變電站的空間位置信息，設(shè)備的主要運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)，相關(guān)運(yùn)行資料，巡視維修記錄等等多種信息數(shù)據(jù)，可幫助工作人員更加真實(shí)的了解變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，做到合理的規(guī)避故障，預(yù)防安全事故的發(fā)生，提高運(yùn)行維護(hù)的綜合管理水平與效率，并且工作人員還可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)更改優(yōu)質(zhì)的設(shè)備檢修計(jì)劃，或維修方案等等[3]。

3.3 多維聚合提供運(yùn)維檢修新體驗(yàn)

縱觀我國(guó)近些年的發(fā)展歷史，科技承擔(dān)著絕對(duì)的主要發(fā)展作用，數(shù)字孿生技術(shù)就是在現(xiàn)代技術(shù)的不斷深入研究下展開的一種全新的應(yīng)用技術(shù)手段，可讓電網(wǎng)更加智慧，從而推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)一步智能化發(fā)展，是我國(guó)目前電力事業(yè)的主要應(yīng)用發(fā)展方向，并且不斷地?cái)U(kuò)展數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，突破電網(wǎng)的應(yīng)用范圍。通過(guò)在變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可有效的提高巡檢的智能化與數(shù)字化，通過(guò)落實(shí)可視化運(yùn)行維護(hù)，可為變電站運(yùn)行維護(hù)檢修提供更加先進(jìn)的新體驗(yàn)，通過(guò)對(duì)虛擬運(yùn)行數(shù)據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行分析，就可得到變電站真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)故障信息，使工作人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)故障信息展開巡檢維護(hù)，可極大的提高巡檢維護(hù)的效率及質(zhì)量[4]。

總而言之，數(shù)字孿生技術(shù)是我國(guó)電力工程目前最新研發(fā)的新興技術(shù)，可進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)智能電網(wǎng)的有效創(chuàng)建，推動(dòng)我國(guó)的智能化發(fā)展，通過(guò)在我國(guó)變電站智能巡檢當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了智能巡檢的高質(zhì)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(yùn)行維護(hù)的重要工作內(nèi)容之一，其本身就承擔(dān)著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)落實(shí)數(shù)字孿生技術(shù)，用科技取代人力，從而進(jìn)一步提高智能巡檢的智能化。