陕西电科院科研人员使用变压器数字孪生微应用查看变压器状态。 张璐 摄

4月24日，国网陕西省电力有限公司生产管控中心员工应用变压器数字孪生微应用，查看了330千伏万泉变电站主变压器的运行状态，动态评估了变压器的负载能力。

变压器数字孪生微应用由国网陕西电力自主研发，目前应用于陕西省大部分330千伏和全部750千伏变压器的运行状态评价、负荷承载能力评估、检修场景推演等工作，增强了该公司设备专业对油浸式变压器运行状态的管控力。

变压器数字孪生模型为分析设备状态提供数据支撑

近年来，国家电网有限公司持续推进变电站三维模型建设。为更好地利用变电站三维模型数据资源，自2021年起，国网陕西电力从陕西电科院、陕西电力信通公司等单位遴选专业技术人员组建智能运检技术攻关团队，联合科研院校、变压器制造企业开展变压器数字孪生技术研究。

数字孪生是利用数字化手段，在虚拟世界中构建一个和物理世界中的对象一模一样的主体，以实现对物理实体的了解、分析和优化。“数字孪生技术为我们复现设备运行状态提供了新手段，可以推动设备运检管控模式升级。”国网陕西电力设备部专责师一卿介绍。

建立精准的静态三维模型是打造变压器数字孪生模型的基础。攻关团队首先联合变压器制造企业，针对供区内运行的典型超高压变压器建立内外部结构物理模型，确保基于数字孪生的变压器状态评价技术能够精准支撑实际运检工作。随后，攻关团队在变压器静态三维模型的基础上，接入设备在线监测、调度运行等实时数据，建立了反映变压器运行状态的动态数字孪生模型。

为了验证变压器数字孪生模型的准确性，陕西电科院组织技术人员赴相关变电站现场测量气温、风速等环境数据，并收集变压器红外测温结果、散热器启停情况和变压器运行挡位等数据。攻关团队根据这些数据修正变压器数字孪生模型。

经多次迭代与验证，2021年12月，变压器数字孪生模型正式建成。该模型可直观反映变压器内部机械振动、电场分布、热场分布的变化过程，为专业人员深入分析设备状态提供了数据支撑，帮助定位变压器内部缺陷位置并判断缺陷类型，使设备检修效率提高了30%。

攻关团队还结合历史故障案例提出变压器内部电场和热场异常情况判断准则，建立了变压器运行状态预测模型，并依据《电力变压器 第7部分：油浸式电力变压器负载导则》（GB/T 1094.7—2008）校核模型，实现了对变压器短期负荷承载能力的动态评估。

多种感知装置成为运维人员的“千里眼”和“顺风耳”

打造变压器数字孪生模型，建立设备状态感知体系是关键。攻关团队利用物联传感技术，从设备状态监测、数据接入、智能分析算法三方面同步发力，实现了对变压器运行状态的实时感知。

“感知装置是‘千里眼’和‘顺风耳’，能帮助运维人员掌握设备的运行状态。”国网陕西电力设备部副主任王勇说。攻关团队发明了纳秒脉冲耦合注入式绕组在线监测装置、套管油气和电气参量集成智能监测装置、变压器“超声-温度-振动”三合一阵列传感器、变压器“水分-氢气-油温”三合一传感器，以监测变压器关键部件或整体的机械振动、电场分布、热场分布等情况。变电站内运行的设备会对感知装置产生电磁干扰。为了提高感知装置监测变压器电信号的灵敏度，攻关团队采用了抑制谐波干扰的重心校正谐波分析技术和抑制环境负荷干扰的向量差分干扰抑制技术。

无线接入是物联传感技术的重要特征。采用物联传感技术减少了感知装置现场安装、调试的工作量，提高了装置更换和调试的灵活性。然而，无线接入需要重点解决信息安全的问题。攻关团队中的信通专业人员反复研究无线接入的安全性、稳定性问题，开展大量测试，制订了变电场景物联传感接入方案，为变电场景物联传感装置大规模安装应用提供了标准化指导。

针对感知数据，攻关团队开展数据清洗，剔除冗余、失效数据，提升感知数据的准确性。他们整合变压器静态三维模型、变压器数字孪生模型和变压器运行状态预测模型，推出了变压器数字孪生微应用。该应用于2022年3月上线运行。

变压器数字孪生微应用分析预测重过载变压器负荷承载能力

2023年，国网陕西电力生产管控中心利用变压器数字孪生微应用开展迎峰度夏、迎峰度冬期间重过载变压器负荷承载能力分析和预测，根据分析结果指导地市级供电公司有针对性地执行重过载变压器降温措施，将水雾炮、工业风扇等有限资源合理分配至重点设备，提升了管控措施实施的精益化程度。

在变压器检修过程中，攻关团队利用变压器数字孪生模型完成大型充油设备穿越带电区域全过程推演，改变了以往实地测量、用图纸演算的分析方式，将2至3天的工作缩短至5个小时，提升了检修工作效率。

攻关团队的相关科研成果经国家电网有限公司推荐，获得了2022年全国电力行业设备管理创新成果一等奖。

“我们现阶段正优化算法，完善模型状态评价和故障诊断功能，并计划拓展适用的变压器类型和场景，持续推进设备运检管控模式升级。” 陕西电科院副院长齐卫东说。