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★北京卓越電力建設(shè)有限公司曹悅，胡少華，魏志超，陳國慶，崔賓

★國網(wǎng)北京市電力公司電纜分公司丁一銘

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；電力系統(tǒng)；高壓電纜檢修；大數(shù)據(jù)分析

高壓電纜作為電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。任何電纜故障均會(huì)造成電力系統(tǒng)局部或者整體斷電，進(jìn)而給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的影響。所以，有效而精準(zhǔn)的高壓電纜檢修技術(shù)對(duì)于保障電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義^[1]。傳統(tǒng)高壓電纜檢修方式以人工巡查為主、定期維保為輔，存在人力成本大、檢修效率低下、不能做到實(shí)時(shí)檢測(cè)并預(yù)報(bào)故障等缺點(diǎn)，不能適應(yīng)目前電力系統(tǒng)高效率、高可靠性的要求。近年來，伴隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，出現(xiàn)了高壓電纜檢修的創(chuàng)新方法^[1]。數(shù)字孿生技術(shù)就是利用數(shù)字化手段在物理世界中構(gòu)造裝備虛擬復(fù)制品以及利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析對(duì)裝備狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。就高壓電纜檢修而言，數(shù)字孿生能夠建立準(zhǔn)確的高壓電纜模型，將電纜運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)可能發(fā)生的電纜故障做出預(yù)測(cè)并依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果及時(shí)維修與保養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)，顯著提高了檢修效率并降低了故障發(fā)生率，對(duì)電力行業(yè)具有革命性意義^[2]。盡管數(shù)字孿生在高壓電纜檢修中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，但其巨大潛力已經(jīng)開始被行業(yè)認(rèn)識(shí)和利用，為高壓電纜檢修帶來了前所未有的機(jī)遇。

1　數(shù)字孿生技術(shù)簡介

數(shù)字孿生技術(shù)作為近年來工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的新型技術(shù)之一，集成了實(shí)體設(shè)備與虛擬模型，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，成為設(shè)備智能化管理的關(guān)鍵手段。數(shù)字孿生技術(shù)核心思想就是通過采集設(shè)備多種運(yùn)行數(shù)據(jù)來構(gòu)建對(duì)應(yīng)于實(shí)體設(shè)備運(yùn)行狀況的虛擬模型，并通過數(shù)據(jù)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)時(shí)監(jiān)控并預(yù)測(cè)其運(yùn)行情況^[3]。在高壓電纜檢修領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用主要是通過建立電纜的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)。具體而言，就是通過采集電纜的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電纜的運(yùn)行溫度、電流、電壓等參數(shù)，建立電纜的數(shù)字孿生模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析。數(shù)字孿生模型還可以模擬電纜的工作過程，并以此為依據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修，有助于降低電纜的故障率，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在電纜異常情況下，通過與電纜數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可迅速發(fā)現(xiàn)可能故障原因并達(dá)到電纜故障報(bào)警目的。同時(shí)數(shù)字孿生模型也能仿真電纜運(yùn)行過程并作為預(yù)測(cè)性維修基礎(chǔ)，有利于減少電纜故障率和電網(wǎng)穩(wěn)定性。但數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜中的應(yīng)用尚處于初期，仍面臨著諸多挑戰(zhàn)與問題。比如電纜運(yùn)行數(shù)據(jù)量巨大且種類繁多，如何對(duì)其進(jìn)行高效的采集和處理并構(gòu)建精確的電纜數(shù)字孿生模型就成為了當(dāng)前面臨的重要課題。另外如何確保數(shù)字孿生模型在實(shí)體設(shè)備上的同步性并確保其實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性也是一個(gè)亟待解決的難題。今后隨著數(shù)字孿生技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)有越來越多的方法與工具來解決這些問題，從而達(dá)到高壓電纜數(shù)字孿生技術(shù)的深入應(yīng)用^[2,3]。

2　數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1　傳統(tǒng)高壓電纜檢修方法限制

高壓電纜在電力系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，它的工作狀況會(huì)直接決定整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng)的高壓電纜維修技術(shù)主要涵蓋了如可視化檢驗(yàn)、電氣參數(shù)的測(cè)試與分析以及無損檢測(cè)等多種方法。但是，這些方法都有其明確的局限性。例如，對(duì)高壓電纜進(jìn)行全方位的可視化檢查會(huì)消耗大量的人力和物力資源，而電氣參數(shù)的測(cè)試和分析通常需要在電纜停止工作時(shí)進(jìn)行，這可能會(huì)導(dǎo)致維修期間電力供應(yīng)中斷。盡管非破壞性檢測(cè)不會(huì)對(duì)電纜的正常工作造成干擾，但其檢測(cè)結(jié)果的可信度仍然受到了廣泛的質(zhì)疑。因此，傳統(tǒng)的高壓電纜維修技術(shù)在諸如時(shí)間效益、成本支出以及檢測(cè)精度等多個(gè)方面都存在明顯的不足和局限性。伴隨著新型信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的專業(yè)人士和學(xué)者開始嘗試運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)來進(jìn)行高壓電纜的檢修工作，并已經(jīng)取得了初步的研究成果。現(xiàn)階段，基于數(shù)字孿生技術(shù)的高壓電纜維修方式主要涵蓋了實(shí)時(shí)的監(jiān)控和預(yù)警，以及基于過去數(shù)據(jù)進(jìn)行的狀態(tài)預(yù)估等多種方法。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警是通過構(gòu)建電纜的數(shù)字孿生模型來實(shí)時(shí)收集和反饋電纜的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)立刻發(fā)出預(yù)警，從而避免故障的發(fā)生^[4]。基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行的狀態(tài)預(yù)測(cè)，是通過對(duì)電纜過去的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和分析，以預(yù)測(cè)電纜在未來可能的運(yùn)行狀況，進(jìn)而能夠提前進(jìn)行檢修工作的規(guī)劃，并優(yōu)化運(yùn)維資源的分配。另外，利用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行高壓電纜的檢修，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用壽命的預(yù)估、故障的診斷以及健康管理等多項(xiàng)高級(jí)功能。毫無疑問，數(shù)字孿生技術(shù)為高壓電纜的維修提供了一種創(chuàng)新的方法，這不僅顯著提升了維修的效率，還減少了成本，并提高了維修的精確度。盡管如此，這項(xiàng)技術(shù)在高壓電纜維修領(lǐng)域的應(yīng)用仍然是初級(jí)階段，為了使其在高壓電纜維修中得到更廣泛的應(yīng)用，我們需要在抽象建模、數(shù)據(jù)處理和學(xué)習(xí)算法等多個(gè)方面進(jìn)行深入的研究和優(yōu)化。

2.2　數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

數(shù)字孿生技術(shù)融合了物理世界與數(shù)字世界的特點(diǎn)，旨在為實(shí)際設(shè)備提供精準(zhǔn)的仿真模擬。高壓電纜是電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其工作狀態(tài)的優(yōu)劣將直接決定電力系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面：施工現(xiàn)場的布置模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

首先，數(shù)字孿生技術(shù)可以通過建立施工現(xiàn)場的三維模型，進(jìn)行場地布置模擬。傳統(tǒng)的基于CAD軟件的一次性施工總平面布置存在著一些問題，例如布置方案的時(shí)效性和合理性難以保證。而數(shù)字孿生技術(shù)通過統(tǒng)一的管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器閾值的設(shè)置和閾值超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警，并可對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)字化監(jiān)控和場景的動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真。施工現(xiàn)場的三維模型可以來自BIM專用軟件或其他的建模軟件。在復(fù)雜且場地狹小的工程項(xiàng)目中，數(shù)字孿生技術(shù)提供了一種新的思路，可以幫助解決施工場地布置方面的問題^[5]。

其次，數(shù)字孿生技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過多種傳感器，數(shù)字孿生技術(shù)可以真實(shí)地反映出施工現(xiàn)場的環(huán)境、機(jī)械、勞務(wù)等情況，為施工決策和現(xiàn)場管理提供了依據(jù)。在高壓電纜檢修中，數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能可以幫助工程技術(shù)人員及時(shí)獲取高壓電纜的狀態(tài)信息，并對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。這種實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力可以極大地提高高壓電纜檢修的效率和安全性。

雖然數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，但已經(jīng)展現(xiàn)出了巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)。隨著BIM等技術(shù)在施工過程中的推廣和數(shù)字化水平的提高，數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的應(yīng)用將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。特別是隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的不斷融合，數(shù)字孿生技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用，并為高壓電纜檢修領(lǐng)域帶來更多的創(chuàng)新和突破。另外，數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合了大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，不僅可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題，還能提供潛在的故障原因和相應(yīng)的解決策略，這極大地提升了維修工作的效率和精確度。

2.3　數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中存在的問題

一是技術(shù)成熟度低。在高壓電纜的維修領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)仍然是在其初始的發(fā)展時(shí)期。但由于科研的創(chuàng)新速度和技術(shù)的下沉速度尚未達(dá)到預(yù)期，這導(dǎo)致它在高壓電纜維修應(yīng)用中遇到了眾多挑戰(zhàn)，尤其是在技術(shù)成熟度方面存在明顯的不足。這一現(xiàn)象主要體現(xiàn)在兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：一方面，盡管數(shù)字孿生技術(shù)在其他行業(yè)已經(jīng)取得了一定的成功，但在高壓電纜維修領(lǐng)域，由于高壓環(huán)境的復(fù)雜性和設(shè)備條件的特殊性，數(shù)字孿生技術(shù)仍然難以得到充分和有效的應(yīng)用。例如，在高壓和高干擾的環(huán)境中，傳感器的數(shù)據(jù)采集可能會(huì)受到干擾，這使得模型的訓(xùn)練和驗(yàn)證變得困難；從另一個(gè)角度來看，由于高壓電纜系統(tǒng)具有多種復(fù)雜特性，例如系統(tǒng)的高度復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)的分散性，這些因素都增加了構(gòu)建數(shù)字孿生模型的復(fù)雜性。

二是數(shù)據(jù)獲取困難。數(shù)字孿生技術(shù)的核心思想是利用實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)與實(shí)際設(shè)備行為高度匹配的虛擬模型，從而能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)未來的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是，當(dāng)我們將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于高壓電纜的維修場景時(shí)，數(shù)據(jù)采集成了一個(gè)主要的挑戰(zhàn)。高壓電纜系統(tǒng)所處的工作環(huán)境和狀況極為復(fù)雜，它涉及電氣、機(jī)械和環(huán)境等多個(gè)影響要素，因此需要依賴眾多的傳感器來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。然而，由于高壓電纜故障具有高度的多樣性和隱秘性，目前可用的數(shù)據(jù)收集方法通常不能全面覆蓋所有可能出現(xiàn)故障的區(qū)域，這導(dǎo)致在建立數(shù)字孿生模型的過程中，數(shù)據(jù)完整性難以得到充分保障。

三是結(jié)果的可信度。在目前的應(yīng)用實(shí)踐中，數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜維修中的可靠性成了一個(gè)核心議題。在大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用場景中，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)和精確的模擬與預(yù)測(cè)是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。但是，從技術(shù)實(shí)施的視角來看，要達(dá)到準(zhǔn)確和無誤的預(yù)測(cè)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)椴豢杀苊獾貢?huì)出現(xiàn)一些預(yù)測(cè)誤差，這些誤差有可能對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性造成不良影響。鑒于大型工業(yè)設(shè)備的高度復(fù)雜性，數(shù)字孿生模型需依賴大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練來達(dá)到精確預(yù)測(cè)的目的。盡管如此，數(shù)據(jù)的品質(zhì)和精確度對(duì)模型訓(xùn)練的成果有著深遠(yuǎn)的影響。從一個(gè)角度看，源數(shù)據(jù)的誤差可能會(huì)使模型的預(yù)測(cè)產(chǎn)生誤差。從另一個(gè)角度看，由于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)具有高度的復(fù)雜性和變化性，因此獲取全面且能夠涵蓋所有潛在故障狀況的數(shù)據(jù)變得尤為困難。因此，盡管數(shù)字孿生技術(shù)因其出色的預(yù)測(cè)性在多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，但其在高壓電纜維修領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用效果仍然受到文章中提及的某些問題的限制。

3　數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的改進(jìn)措施

3.1　提高技術(shù)成熟度

數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜的檢修中不斷發(fā)揮著重要作用，然而面臨的一大挑戰(zhàn)就是技術(shù)的成熟度。當(dāng)前而言，雖然這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注，但是在電力行業(yè)中，其應(yīng)用規(guī)模和深度仍處于較初級(jí)階段，主要短板在于系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性、模擬結(jié)果的逼真度等方面。

對(duì)于這些問題，必須采取對(duì)應(yīng)的改進(jìn)措施以提升技術(shù)的成熟度，從而進(jìn)一步釋放數(shù)字孿生技術(shù)的潛力。首要任務(wù)是優(yōu)化和強(qiáng)化系統(tǒng)的構(gòu)建流程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建、運(yùn)維和優(yōu)化提供了更多可能性。通過改進(jìn)算法，可以提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確率。此外，加強(qiáng)與實(shí)地工作經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，融合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，將有助于提高模擬結(jié)果的逼真度及可靠性。

隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和深化，數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中的應(yīng)用前景十分廣闊。在上述問題得到逐步解決的同時(shí)，可以預(yù)見未來數(shù)字孿生技術(shù)將在高壓電纜檢修方面實(shí)現(xiàn)更高效、更精準(zhǔn)，并且更智能的應(yīng)用。這一研判基于兩大因素，一是電力設(shè)備復(fù)雜度的不斷增大和智能化需求的持續(xù)提升；二是跨行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化趨勢(shì)下，數(shù)字孿生技術(shù)有望獲得更快速的發(fā)展和更寬廣的應(yīng)用空間^[6]。

3.2　建立數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)

在目前的高壓電纜維修行業(yè)中，盡管數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應(yīng)用，但要使其得到更為廣泛和深入的使用，仍需依賴更為完整和高品質(zhì)的數(shù)據(jù)支持。由于傳統(tǒng)電力運(yùn)維人員對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)無法進(jìn)行及時(shí)有效的觀察和記錄，而這些信息又都是通過人工采集獲得的，存在著很大的滯后性。因此，構(gòu)建一個(gè)既精確又高效的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)變得尤為關(guān)鍵。這個(gè)系統(tǒng)需要覆蓋電纜從設(shè)計(jì)到制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)營和檢修的整個(gè)生命周期數(shù)據(jù)。它不僅要包含電纜的電氣、機(jī)械、熱力和老化性能數(shù)據(jù)，還要包括電纜工作環(huán)境中的溫度、濕度、埋藏深度和周邊土壤的性質(zhì)等信息。這些數(shù)據(jù)是一個(gè)有機(jī)整體，可以通過各種方式進(jìn)行管理并存儲(chǔ)起來。我們需要對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確和實(shí)時(shí)的記錄，同時(shí)也要進(jìn)行有效的分類和整理，這樣才能進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和挖掘。我們期望的數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)不僅可以有效地支持?jǐn)?shù)字孿生的創(chuàng)建和更新，還需要能夠深入分析數(shù)據(jù)，提取高壓電纜故障的關(guān)鍵影響因素，從而提前預(yù)測(cè)電纜的運(yùn)行情況，預(yù)防可能出現(xiàn)的異常情況。因此，在設(shè)計(jì)過程中需要結(jié)合具體應(yīng)用場景來建立起基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的高壓電纜故障診斷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)也應(yīng)該擁有高效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)能力，能夠持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)分析和處理模型，從而提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和判斷的準(zhǔn)確度。然而，搭建這種系統(tǒng)也遭遇了諸多困難，這包括如何高效地處理和分析大量的數(shù)據(jù)、如何構(gòu)建合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型，以及如何確保數(shù)據(jù)的安全和隱私等問題。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為社會(huì)研究領(lǐng)域中不可或缺的重要內(nèi)容之一，而數(shù)據(jù)質(zhì)量問題又是大數(shù)據(jù)分析過程中最關(guān)鍵的一環(huán)。因此，要構(gòu)建一個(gè)既高效又可靠的數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，不僅需要跨學(xué)科的深度研究和合作，還必須依賴于不斷更新的技術(shù)和理論基礎(chǔ)。顯然，建立數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)不僅僅是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)，它更依賴于健全的法律、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的推進(jìn)，以及各相關(guān)部門和企業(yè)的主動(dòng)合作與支援。隨著數(shù)字化變電站建設(shè)步伐的加快，電力生產(chǎn)設(shè)備逐步向智能化方向發(fā)展，而傳統(tǒng)的檢修方式已無法滿足智能電網(wǎng)對(duì)安全穩(wěn)定的要求。展望未來，建立數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)將是推動(dòng)數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜維修中得到更廣泛應(yīng)用的核心因素，同時(shí)也是提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性的必選方案。

3.3　增強(qiáng)模型準(zhǔn)確性

在高壓電纜檢修中，數(shù)字孿生技術(shù)的模型準(zhǔn)確性尤為重要。高壓電纜系統(tǒng)的復(fù)雜性使其成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。然而，當(dāng)前存在的問題是，由于缺乏足夠的歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備故障樣本，使得模型的準(zhǔn)確性受到影響。因此，增強(qiáng)模型的準(zhǔn)確性就顯得至關(guān)重要。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)來提升數(shù)字孿生模型的準(zhǔn)確性。這些方法能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的分析，找出電纜設(shè)備故障與離線數(shù)據(jù)之間的深度關(guān)聯(lián)，使模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)高壓電纜的狀態(tài)。此外，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模型和有限元分析（FEA），可以在更深層次上理解電纜的物理狀態(tài)和故障機(jī)制，將進(jìn)一步提升模型的準(zhǔn)確性。

然而，隨著模型準(zhǔn)確性的提升，計(jì)算復(fù)雜性也隨之增加。為解決這一問題，可以采用集群計(jì)算和邊緣計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行輔助。集群計(jì)算能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，而邊緣計(jì)算則可以將計(jì)算任務(wù)靠近數(shù)據(jù)源，降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，進(jìn)一步改善模型的響應(yīng)速度。此外，為解決因數(shù)據(jù)量大而產(chǎn)生的存儲(chǔ)問題，可以使用云存儲(chǔ)服務(wù)，這不僅能夠有效解決存儲(chǔ)問題，還能提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。

3.4　提高運(yùn)算和分析效率

數(shù)字孿生技術(shù)的核心能力在于運(yùn)算和分析。然而，在當(dāng)前高壓電纜檢修領(lǐng)域的應(yīng)用中，這一關(guān)鍵能力并未完全發(fā)揮出來，可能的原因包括缺乏專門的計(jì)算硬件、算法不夠優(yōu)化等。提升運(yùn)算與分析效率將有利于更快更準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

為此，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。一方面，需要增強(qiáng)系統(tǒng)的計(jì)算能力。這可能需要配備更強(qiáng)大的硬件設(shè)備，或者通過優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少計(jì)算的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)的傳輸量，從數(shù)學(xué)層面提升運(yùn)算效率。另一方面，可以通過改進(jìn)數(shù)據(jù)歸一化和特征選擇等預(yù)處理步驟，提升數(shù)據(jù)分析的精度和效率。例如，使用特定的特征選擇算法，可以從海量數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確快速地篩選出反映電纜狀態(tài)的關(guān)鍵特征，有助于提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性[7]。再者，也可以通過引入更先進(jìn)的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提升模型的預(yù)測(cè)能力和解釋性，使得檢修決策更為科學(xué)和合理。

4　基于數(shù)字孿生技術(shù)的高壓電纜檢修未來展望

隨著科技的進(jìn)步，高壓電纜的檢修工作也正在向智能化方向發(fā)展，其中離不開數(shù)字孿生這一關(guān)鍵技術(shù)。目前看來，基于數(shù)字孿生技術(shù)的智能高壓電纜檢修應(yīng)用場景可能主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)和虛擬模擬訓(xùn)練等。

實(shí)時(shí)監(jiān)控是數(shù)字孿生技術(shù)在高壓電纜檢修中應(yīng)用的基礎(chǔ)。通過傳感器等設(shè)備對(duì)高壓電纜的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，生成的大量數(shù)據(jù)將被數(shù)字孿生模型接收和處理，通過實(shí)時(shí)地建立和更新設(shè)備的數(shù)字模型，能夠形成電纜的實(shí)時(shí)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行提前預(yù)警。此外，基于這種實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析算法，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高預(yù)警精度和實(shí)時(shí)故障判定能力^[7,8]。

在預(yù)測(cè)性維護(hù)方面，數(shù)字孿生技術(shù)具有很大潛力幫助進(jìn)一步提升高壓電纜的運(yùn)行效率和可靠性。利用數(shù)字孿生技術(shù)建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型，工程師可以根據(jù)大數(shù)據(jù)分析出的趨勢(shì)，預(yù)測(cè)電纜將會(huì)在何時(shí)、何地和由于什么原因出現(xiàn)故障，從而提前進(jìn)行維護(hù)，避免故障發(fā)生。這樣可以將檢修工作從傳統(tǒng)的定期維護(hù)，甚至等到出故障時(shí)才進(jìn)行搶修，轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測(cè)性維護(hù)。

對(duì)于虛擬模擬訓(xùn)練，不僅可以節(jié)省昂貴的培訓(xùn)設(shè)備，而且可以提供一個(gè)更加真實(shí)的電纜故障模擬環(huán)境。使用數(shù)字孿生，可以根據(jù)真實(shí)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)建立高度精確的設(shè)備模型，并通過模擬設(shè)備在各種條件下的運(yùn)行狀態(tài)，提供近乎真實(shí)的故障模擬和處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)維護(hù)員工進(jìn)行培訓(xùn)。

總的來說，基于數(shù)字孿生技術(shù)的高壓電纜檢修已經(jīng)從理論進(jìn)入了現(xiàn)實(shí)，但其真正的應(yīng)用價(jià)值仍有待在各個(gè)方面的深化研究和應(yīng)用實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)掘和證明。隨著科技的不斷進(jìn)步，必然會(huì)誕生出更多能夠促進(jìn)高壓電纜檢修智能化的新技術(shù)和新方法。

作者簡介：

曹　悅（1997-），男，北京人，助理工程師，現(xiàn)就職于北京卓越電力建設(shè)有限公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

胡少華（1990-），男，山東聊城人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京卓越電力建設(shè)有限公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

魏智超（1998-），男，河北張家口人，助理工程師，現(xiàn)就職于北京卓越電力建設(shè)有限公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

陳國慶（1987-），男，湖北孝感人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京卓越電力建設(shè)有限公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

崔　賓（1978-），男，北京人，工程師，現(xiàn)就職于北京卓越電力建設(shè)有限公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

丁一銘（1994-），男，北京人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于國網(wǎng)北京市電力公司電纜分公司，研究方向?yàn)檩旊婋娎|運(yùn)檢技術(shù)。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年9月刊