数字孪生技术在变电站智能巡检中的应用

国网洛阳供电公司 王耿祥 桑小兵 曹宜安 申莹莹 史晓燕

随着我国智慧电网的不断推进，变电站巡检功能也需要有所提升转化，通过利用数字孪生技术，实现变电站智能巡检，可有效弥补以往人力资源当中的不足，提高变电站巡检质量以及效率，最大限度的保障变电站的正常运行，降低故障的发生几率，延长设施设备的使用寿命。同时，相关部门还需加强人才引进，组建专业的研发团队，以数字孪生系统为基础创新管理模式，利用多维聚合提供运维检修新体验，从而进一步加强数字孪生系统的有效应用。

1 数字孪生技术概述

数字孪生技术是当前电力工程当中最新研发的新兴技术，通过物理资产的孪生模型助力变电站展开智能巡检，进一步提高智能巡检的智能性。数字孪生技术又称之为数字化双胞胎技术，以数字化等方式来拷贝变电站中的物理现象，模拟变电站在实际运行中的效果，对变电站实际的运行进行模拟仿真，以此来达到提前预判出错的可能，实现避免和预防变电站设施设备出现故障，降低生产运行损失，降低生产损耗，延长设施设备的使用寿命等目的。目前阶段，数字孪生技术在我国部分地区已经得到了初步实现与应用，并取得了极为显著的应用效果，工作人员需要对数字孪生技术加以优化实现数字孪生技术的全方面应用。

要想在变电站智能巡检当中有效的应用数字孪生技术，首先就需与变电站内部的设施设备进行同步，就是以变电站设施设备真实的运行情况为基础，搭建一套虚拟的运行数据模型，通过对变电站真实的设施设备进行3D 建模，并将建设好的3D 建设模型放置到虚拟的运行数据当中，实现变电站真实的设施设备运行情况与变电站顺利的设施设备运行情况进行一一对应，然后进行数据同步，通过采集plc数据来驱动虚拟环境下相应的虚拟设备同样进行相应的既定动作，来达到真实既定动作与虚拟既定动作的实时联动，而所有的这些工作人员就可在监控室上对虚拟的变电站运行设施设备进行实时监测，可有效改善以往人工巡检当中的不足，实现远程监测，以此来提高智能巡检的质量及其效率，降低人为失误的可能。

2 数字孪生技术在变电站智能巡检中的应用

2.1 可确定设施设备的故障范围

通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术，可有效确定变电站设施设备的故障范围，以此来达到巡检效果。在我国现代社会的不断发展过程当中，科技手段越加先进，人们对电力的需求也越来越高，而在我国智慧电网的不断推进下，我国电网建设规模越来越大，可很好的满足人们对电力的依赖与需求，但正因为电网建设规模的扩大化导致设施设备发生故障的几率也有所增加，严重危害了人们的正常使用，工作人员通过智能巡检来检测变电站设施设备的运行情况，并及时采取维修手段保证变电站的正常运行。

由于在检测变电站运行设施设备的过程当中存在着一定的危险性，很容易对工作人员造成一定的人身伤害，并且变电站检测质量也会受到工作人员自身专业素质的影响，导致检测质量有所降低，而通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术，来监测变电站当中的虚拟设施设备的运行情况，就可了解到变电站实际的运行数据，准确判断出设施设备的故障范围，以此来辅助工作人员展开维修和检测，从而有效提高智能巡检的效率以及质量，保障变电站能够安全运行。

2.2 对设施设备的故障进行提前预警

对变电站设施设备的故障进行提前预警也是数字孪生技术在变电站智能巡检当中的主要应用方向，可有效地对故障进行提前预警，做到科学预防合理规避故障的发生，做到降低生产成本，延长变电站设施设备的使用寿命，最大限度的保障变电站能够安全运行，切实满足人们对电力的实际需求。

在以往的智能巡检过程当中，通常都是在变电站设施设备出现故障之后再去进行维修检测，而日常当中存在的故障隐患，很难得到有效的发现，导致智能巡检过于被动，无法做到合理的规避故障的发生，而通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术，通过利用虚拟场景对变电站虚拟的数据信息进行实时监测，以此来检测变电站运行过程当中存在的安全隐患，并通过对安全隐患进行设置数值范围，当数据信息处于数值范围时就可通过预警信号来向检测人员提供故障数据信息，而且工作人员在设置故障预警信号时，还可输入相应的故障解决对策，故障发生原因等相关数据信息，保障顾忌数据信息的全面性，可更好地为检测人员提供参考时意见，辅助检测人员对变电站设施设备进行检修与维护。

2.3 实现项目现场的智能巡检

传统的巡检方式主要依靠人力来进行完成，现在人工巡检的过程当中往往存在着非常多的弊端，一方面是由于受到工作人员自身专业素质的限制，导致在巡检的过程往往存在着一定的漏洞，不能及时发现变电站运行过程当中存在的安全隐患，从而引发较大的安全事故。而另一方面，工作人员在巡检的过程当中往往存在着惰性心理，认为故障几率小的地方就不会故障，从而对故障巡检不够用心。通过人工巡检的方式不仅人力资源支出较大，非常耗时耗力不说，巡检效率还不能得到很好的保障。

通过近些年我国科学技术不断发展，数字孪生技术在变电站智能巡检当中的不断应用，低成本、高准确度的现场模型获取得到了成功的实现。通过利用数字孪生技术快速的获取变电站现场运行数据，并组建虚拟的数据场景，通过与真实的数据场景与虚拟的数据场景进行对比，就可快速的获取到故障信息，这种方式可快速的提高巡检的质量及其效率，并结合现代先进的人工智能技术，充分的实现了对变电站巡检的智能化与数字化[1]。

2.4 充分挖掘利用变电站大数据信息

数字孪生技术可充分挖掘，利用变电站的大数据信息来进行创建虚拟运行场景了，1比1还原变电站的实际运作场景，通过将真实场景与虚拟场景进行对比，就可有效得到变电站的故障信息，同时也可利用变电站大数据信息来对其中的故障数据进行整合分析，推动智能巡检的有效落实，并可有效在巡检过程中达成智能预警以及远程操控等功能，从而进一步推动我国电力事业的智能化，数字化发展。

在当前的社会发展进程当中，充斥着大量的数据信息，而通过对数据信息进行全面分析就可得到一个更加贴近真实的虚拟场景，而通过在变电站当中应用数字孪生系统也是同样通过利用对大数据进行整合分析来得到变电站实际的运行数据，并依托数字孪生技术来构建变电站的虚拟运行场景，通过对虚拟运行成就进行分析对比就可得到有效故障信息。并且，除了对虚拟场景展开智能巡检之外还可通过虚拟场景来进行虚拟化管理，实现可视化的运行维护。

2.5 实现智能监测设施设备的运行状态

在变电站智能巡检中应用数字孪生技术之前，我国变电站巡检方式主要通过人工来进行完成，也就是说在巡检过程中主要通过人的主导因素来进行完成，而人工具有一定的不可控性，很难保证巡检的质量以及效率，而且在以往人工的巡检过程当中不仅消耗了大量的时间以及资源，还不能够很好的控制变电站其中的安全隐患，并在变电站巡检的过程当中还会蕴含着一系列的安全隐患，危害工作人员的生命健康。

而通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术，可有效地实现智能巡警，有效的实现远程智能监测设施设备的运行状态，使工作人员能够脱离的实际运行场景当中，不仅打破了以往人工巡检的时间，地点限制，还大大提高了巡检的效率及质量，进一步提高巡检的安全性能，数字孪生技术又称之为数字化双胞胎技术，将变电站中的真实运行场景进行1比1还原，创建虚拟运行场景，通过利用虚拟运行场景对虚拟设施设备的运行状态进行实时监控，就可有效地实现远程智能监测。

3 数字孪生技术在变电站智能巡检应用的优化策略

3.1 加强人才引进组建专业的研发团队

要想有效的在变电站智能巡检当中运用数字孪生技术，首先就需要在内部加强人才引进，组建专业的研发团队，针对目前的数字孪生技术不断的加以优化与提升，从而更好的在变电站智能巡检当中加以应用落实，发挥数字人生技术的先进性实现我国智能电网建设，推动我国电力事业的进一步智能化发展。

在我国目前阶段，数字孪生技术在变电站智能巡检当中的应用已经得到了初步的落实与实现，并在我国上海等地区取得了显著的应用成果，但是相对来说还是存在一定的问题导致数字孪生技术不能够大规模的实现，一方面是由于人才缺失，魔法全面掌握数字孪生技术，另一方面则是由于设施设备的缺少，导致数字孪生技术不能够得到有效的发挥，所以需要通过加强人才引进来培育更加优质的专业人才，组建专业的研发团队，使数字孪生技术能够在此基础上得以有效的提升与优化，从而更好地应用到变电站振动群体当中[2]。

3.2 以数字孪生系统为基础创新管理模式

通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术可有效的实现可视化运维，将变电站时记得运行情况变得更加透明与公开，工作人员通过在监控室里监测变电站的虚拟运行情况就可得到真实的运行数据，以此来展开运行维护与管理，不仅极大地提高了智能巡检的质量以及效率还可对管理方式进行了有效的创新。

在数字孪生系统实际的应用过程当中，通过对真实的变电站运行场景进行分析与整合，利用3D 搭建模型创建虚拟的运行场景，实现真实场景与虚拟场景的一一对应，也就是说，虚拟场景会伴随着真实场景而进行同步更新，工作人员通过对虚拟场景进行管理以有效的实现可视化运行维护，集中展示变电站的空间位置信息，设备的主要运行设计参数，相关运行资料，巡视维修记录等等多种信息数据，可帮助工作人员更加真实的了解变电站的实际运行情况，做到合理的规避故障，预防安全事故的发生，提高运行维护的综合管理水平与效率，并且工作人员还可根据相关数据来对设计更改优质的设备检修计划，或维修方案等等[3]。

3.3 多维聚合提供运维检修新体验

纵观我国近些年的发展历史，科技承担着绝对的主要发展作用，数字孪生技术就是在现代技术的不断深入研究下展开的一种全新的应用技术手段，可让电网更加智慧，从而推动我国电力事业的进一步智能化发展，是我国目前电力事业的主要应用发展方向，并且不断地扩展数字孪生技术的应用领域，突破电网的应用范围。通过在变电站智能巡检当中应用数字孪生技术可有效的提高巡检的智能化与数字化，通过落实可视化运行维护，可为变电站运行维护检修提供更加先进的新体验，通过对虚拟运行数据场景进行分析，就可得到变电站真实的运行数据故障信息，使工作人员能够根据数据故障信息展开巡检维护，可极大的提高巡检维护的效率及质量[4]。

总而言之，数字孪生技术是我国电力工程目前最新研发的新兴技术，可进一步强化我国智能电网的有效创建，推动我国的智能化发展，通过在我国变电站智能巡检当中应用数字孪生技术，不仅实现了智能巡检的高质量以及高效率，还可在一定程度上取代人工巡检，智能巡检是变电站日常运行维护的重要工作内容之一，其本身就承担着一定的安全风险，通过落实数字孪生技术，用科技取代人力，从而进一步提高智能巡检的智能化。