中国电科院应用数字孪生技术 提升电缆运维管控水平

　　核心提示 随着电网向能源互联网升级，应用数字化技术运维输电线路已成为趋势。数字孪生技术可为电力电缆工程智能化运维提供技术支撑。中国电科院研发的电力电缆数字化孪生运维管控平台建立地下电缆工程三维场景，全面反映电力电缆工程运行状态，通过孪生分析及时预警工程可能存在的隐患，并联动现场设备实现远程自动运维，提升了电力电缆运维质量。

　　数字孪生技术为电缆工程运维提供技术支撑

　　随着电网向能源互联网升级，输电线路运维向着数字化、智能化方向发展。目前，电力电缆工程中数字化技术的应用主要包括数字化设计与数字化运维两个方面。

　　设计方面，中国电力科学研究院有限公司研发的电力电缆工程数字化设计系统取得了良好的效果。运维方面，部分电网企业应用了一定的数字化手段，从成效上看仍存在提升空间。目前，多家省级电力公司开展了一些研究，但高精度三维数字化运维管控手段较少，状态展示不够直观，无法定位到指定位置立体展示电力电缆及通道内情况。同时，运行状态分析与应用尚存在不足，未能充分挖掘电力电缆工程智能管控效用。

　　作为新兴技术，数字孪生技术可为电力电缆工程运维提供有力技术支撑。顾名思义，数字孪生是采用信息化技术对物理实体进行虚拟化复刻，生成实体在虚拟空间中的“孪生兄弟”即孪生体。实体与孪生体之间联系互动，实体的性态将在孪生体中反映，同时可以通过孪生体管理和控制实体。

　　为进一步提高电力电缆工程数字化运维技术水平，中国电科院开展了基于数字孪生的电力电缆智能化运维管控方法研究，研发了电力电缆数字化孪生运维管控平台（以下简称“管控平台”）。

　　管控平台综合数字化技术、仿真技术、监测技术、分析预警技术，实现电力电缆工程智能化运维。管控平台通过全景感知方法获得电缆线路运行状态信息，通过状态仿真分析实现线路运行状态的计算分析，可对存在的问题情况进行预警，并结合控制接口实现设备远程孪生联动。

　　以数字化方式统筹管理电缆运维全过程

　　管控平台以数字化方式统筹管理电缆运维全过程，以智能分析方法指导线路运维决策，保障线路安全稳定运行。

　　管控平台界面上有线路总览、巡查检修、监测预警、运维管控、孪生分析、统计管理等模块。运维人员可在线路总览模块查看电力电缆线路总体信息，利用巡查检修模块实现对线路的立体智能巡检。监测预警模块能够感知线路现场运行状态，并对可能存在的问题进行预警。运维管控模块可显示电缆工程运维状态，并实现设备的远程联动控制。孪生分析模块则可以深入分析线路运行状态，并给出处置策略，保障线路安全运行。此外，运维人员还能利用统计管理模块统计与分析系统数据，并对涉及平台权限与日志等方面的内容进行管理。

　　应用中，管控平台可以实现模型映射、状态感知、联动远控、智能巡检、分析预警等功能。

　　模型映射是对电缆工程本体及其附属设施、地下管线与地表建构筑物建模，还包括模型属性状态参数对接与三维展示功能。电缆工程本体及其附属设施建模参考设备台账信息，对设计参数与设计图纸等信息进行模型构建，再结合激光扫描结果修正模型，并装配获得电缆工程三维数字孪生模型。地下管线与地表建构筑物建模即结合地下管线与地表建构筑物信息构建工程周边三维模型。模型属性状态参数对接与三维展示功能可实现模型属性状态数据挂接，并直观展示相应属性。

　　状态感知功能通过传感器及设备状态数据入库接口、感知数据统计分析图表来实现。传感器及设备状态数据入库接口可实现温湿度、气体、烟感、外力破坏、沉降、局放等传感数据的实时采集与接入。感知数据统计分析图表则以统计列表与图形形式显示上述状态信息。

　　联动远控可实现联动控制效果孪生展示和应急自动控制功能。该功能通过设备联动控制接口实现水泵、百叶窗、风机、空调、机器人、摄像头、防火门、液压井盖的远程联动。联动控制效果孪生展示功能结合三维数字化展示功能，动态展示设备动作与运行效果。应急自动控制功能针对水位超限、温湿度超限等情况实现自动控制设备启停。

　　管控平台可实现全景多角度漫游巡检和巡检作业管理。运维人员可设置多种漫游巡检角度，并对巡检规划、巡检作业、巡检异常、设备维修消缺等情况进行管理。

　　管控平台还能实现汛期降雨排水分析、隧道通风控制、通道外力破坏分析、通道孪生消防和生命档案分析等功能。降雨情况下，集水井水位会上升。管控平台接入天气数据，当井内水位达到一定高度时，自动启动排水或由运维人员手动启动排水。隧道通风控制功能可监测隧道内有害气体，当有害气体达到一定浓度之后，启动风机排风。通道外力破坏分析功能可分析重型施工车辆停驻或驶过地下电缆通道造成的通道变形甚至损坏情况，显示通道应力、应变与变形状态分布云图。通道孪生消防功能可根据烟感和视频判断火情，做出关闭井盖、电动百叶窗、风机和开启消防系统操作，在火被扑灭后开启百叶窗与风机进行通风处理，并评估火情。

　　试点应用显成效，提高电缆智能化运维水平

　　今年，国网浙江电力在所属市供电公司上线应用中国电科院研发的管控平台，以三维形式直观展示电力电缆工程地下全部场景。运维人员在平台中可快速定位现场设备，查看设备运行状态，远程控制现场设备启停，并结合分析预警功能，对地下电缆工程开展智能化巡检。

　　运维人员介绍，由于电缆工程属于隐蔽工程，运维班组此前并不了解工程全貌。通过电力电缆数字孪生技术，运维人员得以首次直观查看地下电缆工程全貌。在管控平台中，地下电缆隧道和工井的位置与地面道路建筑建立了联系，隧道、工井内电缆层和设备层中各电缆与设备设施的显示准确立体，应用平台巡检就如同井下实地巡检查看一样。

　　工程应用显示，管控平台为现场运维人员提供了强大的技术支持，提高了电缆工程智能化运维管控水平，后续有望在更多的电缆运维单位应用，进一步保障电缆线路安全稳定运行。

　　数字孪生技术不仅可以在电力电缆运维中发挥作用，也能为架空输电线路、变电站、配网线路运维提供技术支撑。中国电科院将继续开展数字化孪生技术在电网仿真、分析与决策方面的攻关，持续提升电网数字化效能。

　　（作者单位：中国电力科学研究院有限公司）