虎石臺試驗(yàn)場可模擬電網(wǎng)事故工況和異常故障，為數(shù)字孿生技術(shù)研究提供缺陷樣本和故障樣本數(shù)據(jù)庫，同時(shí)可為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用能力提供低風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)證服務(wù)，在數(shù)字孿生技術(shù)研究與驗(yàn)證方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在此背景下，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)協(xié)同遼寧電科院，聯(lián)合沈陽工程學(xué)院等產(chǎn)學(xué)研用更新主體，充分發(fā)揮試驗(yàn)場優(yōu)勢，共同開展面向高壓試驗(yàn)場的數(shù)字孿生改造，建設(shè)虛實(shí)聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)，探索數(shù)字孿生技術(shù)助力變電站智能化新路徑。

該系統(tǒng)于22年6月底建設(shè)完成，可自動識別試驗(yàn)設(shè)備、所用儀器，并以便捷直觀的方式在數(shù)字孿生空間展示設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)；在作業(yè)過程中實(shí)時(shí)提醒儀器組裝方法、試驗(yàn)接線方式、注意事項(xiàng)等信息；自動記錄、存儲試驗(yàn)全過程數(shù)據(jù)與影像資料；利用人工智能技術(shù)，比對分析并判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正常，協(xié)助試驗(yàn)人員分析設(shè)備可能存在的隱患，提升試驗(yàn)智能化水平。

該系統(tǒng)利用數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化虎石臺試驗(yàn)場的生產(chǎn)試驗(yàn)和管理模式，一方面，服務(wù)虎石臺試驗(yàn)場開展相關(guān)業(yè)務(wù)，改進(jìn)高壓試驗(yàn)帶電作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)的智能化監(jiān)控、診斷與控制；另一方面，構(gòu)建可共享數(shù)據(jù)庫及可復(fù)用的設(shè)備診療模型，“以點(diǎn)帶面”推動國網(wǎng)遼寧省電力有限公司整體數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)。

虛實(shí)聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)全過程管控、孿生空間仿真推演等功能，提升試驗(yàn)運(yùn)維智能化水平的同時(shí)，解決了變電設(shè)備異常樣本庫匱乏、設(shè)備診療效果不理想等痛點(diǎn)問題，驗(yàn)證了數(shù)字孿生技術(shù)在變電站運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)的支撐能力。

一、適用范圍（LYCJ2000電力每日要聞“雷電沖擊實(shí)驗(yàn)室”售后有保障）

本發(fā)生器適用于35千伏及以下電壓等級的空氣間隙，套管、電力變壓器(容量2000VA及以下)和互感器等試品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓全波試驗(yàn)。

二、一般使用條件（LYCJ2000電力每日要聞“雷電沖擊實(shí)驗(yàn)室”售后有保障）

※ 海拔高度：<1000m

※ 環(huán)境溫度：－10℃～＋40℃

※ 相對濕度：<80％（25℃）

※ 極大日溫差：25℃

※ 使用環(huán)境：戶內(nèi)

※ 無導(dǎo)電塵埃

※ 無火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)

※ 無腐蝕金屬和絕緣的氣體

※ 電源電壓的波形為正弦波,波形畸變率<5%

※ 接地電阻小于0.5Ω

※ 安裝地點(diǎn):戶內(nèi)

三、遵循技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（LYCJ2000電力每日要聞“雷電沖擊實(shí)驗(yàn)室”售后有保障）

※ GB7449                         電力變壓器和電抗器的雷電沖擊和操作沖擊的試驗(yàn)導(dǎo)則

※ GB1094.3                   電力變壓器第3部分  絕緣水平和絕緣試驗(yàn)

※ GB/T 311.1                    高壓輸變電設(shè)備的絕緣與配合

※ GB/T 16927.1              高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分 一般試驗(yàn)要求

※ GB/T 16927.2              高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第2部分 測量系統(tǒng)

※ GB/T 16896.1              高電壓沖擊試驗(yàn)用數(shù)字記錄儀

※ ZBF 24001                     沖擊電壓試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則

※ GB/T11920              電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件

※ GB/T191                        包裝儲運(yùn)圖示標(biāo)志

※ DL/T 846.1               高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件 第1部分：高電壓分壓器測量系統(tǒng)

※ DL/T 848.2                    高壓試驗(yàn)裝置通用技術(shù)條件 第2部分：工頻高壓試驗(yàn)裝置

※ DL/T 848.5                    試驗(yàn)裝置通用技術(shù)條件 第5部分：沖擊電壓發(fā)生器

※ DL/T ′′′′           《高壓線路絕緣子沖擊電壓擊穿試驗(yàn)?定義、試驗(yàn)方法和判據(jù)》的規(guī)定

四、設(shè)備組成（LYCJ2000電力每日要聞“雷電沖擊實(shí)驗(yàn)室”售后有保障）

1.LYCCD－100直流充電裝置                                                                      1套

2.LYCJ2000-400沖擊電壓發(fā)生器本體(包括全部調(diào)波元件)                       1套

3.LYRF－400弱阻尼電容分壓器                                                                   1套

4.LYAT自動測控系統(tǒng)                                                 1套

5.LYFJ二次回路測量線、控制線                                        1套

五、主要技術(shù)指（LYCJ2000電力每日要聞“雷電沖擊實(shí)驗(yàn)室”售后有保障）

系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

1、標(biāo)稱電壓：400kV

2、額定級電壓：100kV

3、額定能量：20kJ

4、沖擊電容量：0.25 uF

5、總級數(shù)：4級

6、額定級電容量：1uF (單臺脈沖電容器2uF/2×50千伏，共4級)

7、沖擊電壓波形： 雷電波：T1=1.2uS±30%、T2=50uS±20%、峰值電壓偏差≤3%，

截波時(shí)間：2～5uS；沖擊電壓波形參數(shù)及其偏差均符合GB/T 311.1及GB/T 16927.1國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

8、電壓利用系數(shù)：負(fù)荷電容為1000PF以下時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)雷電波的電壓利用系數(shù)≥90%，

9、同步范圍：級電壓在20%～100%額定電壓范圍內(nèi)，正負(fù)極性同步范圍不小于20%;

10、同步放電失控率：<2%

11、極低輸出電壓：≤±20%額定電壓

12、充電電壓不穩(wěn)定度：<±1.0%

13、使用持續(xù)時(shí)間:在2/3額定電壓以上，每120秒充放電一次可連續(xù)運(yùn)行，在2/3額定電壓以下，每60秒充放電一次可連續(xù)運(yùn)行

六、主要元件的技術(shù)說明：

1、直流充電部分

(1)采用可控硅恒流調(diào)壓裝置,額定輸出電壓±100kV,額定輸出直流電流10-100mA；

(2)采用油浸式充電變壓器，次級電壓50kV，額定容量5千伏安；

(3)采用LYDL-200kV/100mA的高壓整流硅堆,反向耐壓3200kV，平均電流30.1A，高壓整流硅堆安裝在充電變壓器內(nèi)，可由傳動機(jī)構(gòu)自動倒換充電電壓極性?？刂婆_上有極性開關(guān)轉(zhuǎn)換按鍵；

(4)高壓整流硅堆保護(hù)電阻采用漆包電阻絲有感密繞在絕緣管上；

(5)自動控制時(shí)，恒流充電裝置在10%～100%額定充電電壓范圍內(nèi)，實(shí)際充電電壓與整定電壓偏差不大于±1%，充電電壓的不穩(wěn)定性不大于±1%，充電電壓的可調(diào)精度為1%；

(6)直流電阻分壓器1只，采用100kV，200MW，油浸式金屬膜電阻。低壓臂電阻裝在分壓器底法蘭內(nèi)，低壓臂上的電壓信號用屏蔽電纜引入控制臺內(nèi)；

(7)自動接地開關(guān)采用電磁鐵分合接地機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)停止時(shí)可自動將主電容器短路并經(jīng)保護(hù)電阻接地；

(8)充電變壓器(包括高壓整流硅堆及極性轉(zhuǎn)換裝置)及其保護(hù)電阻，自動接地開關(guān)和絕緣支柱等安裝在一個(gè)底盤上；

2、本體部分

(1)主體結(jié)構(gòu)形式采用仿德國HIGHVOLT-H型

(2)本體采用雙邊不對稱充電回路，每級額定電壓100kV；

(3)本體絕緣支柱4級塔式結(jié)構(gòu).每級包括1臺MWF100-3鐵外殼油浸式脈沖電容器、充電電阻、波頭電阻、波尾電阻和點(diǎn)火球隙等，當(dāng)產(chǎn)生雷電波時(shí)，根據(jù)試品電容量大小，選擇適當(dāng)?shù)睦纂姴ú^電阻、波尾電阻和級數(shù)；

(4)級脈沖電容為3±0.05mF，直流工作電壓±100kV，電容器剩余電感￡0.15mH，電容器出線套管能夠承受垂直拉力15kg，同時(shí)保證不損壞和滲漏油，電容器出線套管能夠承受垂直拉力15kg，在以上范圍無損壞和滲漏油,電容器安裝就位無變形；

(5) 波頭電阻、波尾電阻均采用板形結(jié)構(gòu)，無感繞制。

電阻采用西門子的特殊結(jié)構(gòu)，保證電阻的熱容量能滿足試驗(yàn)要求；剩余電感?。?/span>

(6) 接頭均為彈簧壓接式，方便調(diào)波時(shí)的插拔且接觸可靠；

(7) 波頭、波尾電阻支架可以由多支電阻同時(shí)并聯(lián)使用；

(8) 第1級球隙采用雙邊異極性觸發(fā)，第2級至第四級球隙均采用三間隙橢圓球隙點(diǎn)火，從而保證觸發(fā)的可靠性；

(9)各級球隙距離由低速永磁電動機(jī)驅(qū)動作直線調(diào)整，裝置噪音小，定位無慣性，準(zhǔn)確、快速，控制顯示對應(yīng)球距的放電電壓；

(10)球隙距離也可在控制部分人為干預(yù)；

(11)本體可每2級或多極并聯(lián)使用，并聯(lián)連接桿采用統(tǒng)一接插件，方便換接；

(12) 本體支柱采用玻璃鋼材料制造，很高電位的部分采取抗老化和電暈的措施；

(13) 各級均采取防暈措施，在充電過程中不會出現(xiàn)明顯電暈。

3、LYRF-400kV/300pF沖擊弱阻尼分壓器

（1）高壓臂由電容器組成，電容額定參數(shù)400kV/300pF

（2）額定雷電沖擊耐受電壓為400kV

（3）分壓器分壓比為：2000：1

（4）測量不確定度：小于2.5％

（5）過沖：≤20%

（6）部分響應(yīng)時(shí)間：≤100ns

（7）弱阻尼電容分壓器的方波響應(yīng)特性滿足GB/T 311.1及GB/T 16927.2的標(biāo)準(zhǔn)要求

4、LYAT控制測量系統(tǒng)

※ 本套設(shè)備采用具有先進(jìn)水平的計(jì)算機(jī)測控一體化系統(tǒng),將控制和測量功能組合在一起。

※ 控制系統(tǒng)采用了日本三菱公司的PLC可編程控制器，使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小型化、智能化及高可靠性。

※ 屏幕采用10”觸摸屏。

※ 控制部分和本體的信號傳輸采用光纖傳輸，具有雙向信號處理功能，從而提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

※ 控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的元器件及部件全部選用進(jìn)口件，如：PLC可編程控制器采用日本三菱公司、示波器采用美國泰克公司等。

※ 測量系統(tǒng)具有波形顯示、分析、成圖和打印等功能?？梢园凑崭邏涸囼?yàn)的習(xí)慣設(shè)定測量參數(shù)從而自動整定好數(shù)字示波器。可自動計(jì)算各個(gè)波形參數(shù)，所采用的計(jì)算方法按照GB/T16896.1-1997及IEC1083標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

※ 控制測量系統(tǒng)采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，在高電壓、強(qiáng)電場的環(huán)境下運(yùn)行，系統(tǒng)測量準(zhǔn)確、控制方便、可靠。

控制系統(tǒng)技術(shù)說明如下:

※ 控制系統(tǒng)的主要目的是控制沖擊電壓發(fā)生器操作，完成正常的充放電過程，所有運(yùn)行參數(shù)均可通過觸摸屏的操作來完成，并對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

※系統(tǒng)控制方式為手動或自動,自動控制方式能按規(guī)定的程序進(jìn)行沖擊電壓試驗(yàn)，在界面顯示發(fā)生器狀態(tài)(接地/不接地,充電速度,充電電壓,球距等)。

（1） 動作控制

能夠手動或自動控制放電球距跟蹤充電電壓，并顯示放電球距值；

控制本體自動接地；

沖擊次數(shù)預(yù)置、極性自動換接等功能；

控制并顯示截波球距。

（2）充電控制

充電電壓,充電速度,充電極性直接由界面輸入設(shè)定；系統(tǒng)自動跟蹤設(shè)定電壓下的球隙跟蹤。充電方式采用可控硅調(diào)壓方式恒流充電。能夠自動控制沖擊電壓發(fā)生器的充電過程，可以根據(jù)試驗(yàn)要求，調(diào)節(jié)充電電壓和充電時(shí)間，并顯示充電電壓值；可控硅調(diào)壓方式較之傳統(tǒng)的調(diào)壓器調(diào)壓方式，具有體積小，響應(yīng)速度快，控制精度高。充電穩(wěn)定度0.3%，充電速度可調(diào)。

采用自控方式充電時(shí),能使充電電壓按所需的充電曲線上升，自動穩(wěn)定在預(yù)先整定的充電電壓值上，從而保證了充電的均勻性、重復(fù)性和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）觸發(fā)控制

采用高性能的點(diǎn)火脈沖放大器，能夠產(chǎn)生大于15kV/100nS的脈沖電壓，確保沖擊設(shè)備點(diǎn)火可靠，同步放電穩(wěn)定。

截波延時(shí)方式采用電子延時(shí)回路，可方便地獲得2～6μS的截波觸發(fā)延時(shí)，穩(wěn)定性好，精度高，截?cái)喾稚⑿孕∮?.1μS，點(diǎn)火脈沖延時(shí)可調(diào)范圍：0～9.9μS。

（4）可靠聯(lián)鎖控制

整個(gè)系統(tǒng)具有完善的警燈、警鈴等試驗(yàn)區(qū)的報(bào)警功能和控制接口；

具有自動接地和可靠接地與系統(tǒng)聯(lián)鎖，過流和過壓保護(hù)功能；

緊急停止功能。

（5）擴(kuò)展功能

能與其它計(jì)算機(jī)通過串口進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換；

測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明如下：

測控一體化工作臺為兩聯(lián)柜形式，顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)放置在桌面上，計(jì)算機(jī)主機(jī)、示波器、隔離濾波電源、UPS放在辦公桌內(nèi)，繼電器、PLC、過電壓和過電流保護(hù)元件等放置在本體底盤內(nèi)。

用戶在系統(tǒng)界面上選擇“波形分析”功能后,系統(tǒng)進(jìn)入測量功能設(shè)置界面。

測量系統(tǒng)以美國泰克公司的數(shù)字存儲示波器TBS-1102B為波形數(shù)據(jù)采集平臺,工作方式的設(shè)置由測控軟件（具有軟件著作權(quán)）自動完成。其帶寬100MHz，標(biāo)稱分辯率達(dá)9bit，很高采樣速度達(dá)2. GS/s，記錄長度10M，通道2個(gè)；可記錄雷電全波和雷電截波。用戶只需根據(jù)界面提示，輸入各項(xiàng)試驗(yàn)條件即可（用戶也可選擇其它示波器）。

系統(tǒng)可以完成表1所示的各種沖擊電壓的測量和表2測量誤差及系統(tǒng)波形參數(shù)分析功能。

表1 沖擊電壓波形及其參數(shù)

表2 測量系統(tǒng)不確定度(含分壓器)

沖擊電壓的所有信息均以位圖(.bmp)文件和數(shù)據(jù)文件(.DAT)格式保存在硬盤上。

系統(tǒng)的典型測量功能包括:

沖擊電壓測量和波形分析: 2通道,很高采樣速率1.25GS/S

不同沖擊電壓波形的比較和離線分析: 可將試驗(yàn)得到的波形 以數(shù)據(jù)文件(*.DAT)的格式存盤，從硬盤中讀出并顯示在屏幕上，幫助用戶比較不同沖擊試驗(yàn)得到的沖擊試驗(yàn)波形

試驗(yàn)報(bào)告數(shù)字化: 點(diǎn)擊菜單項(xiàng)“試驗(yàn)報(bào)告”可直接進(jìn)入中文Word ，在已設(shè)計(jì)好的沖擊試驗(yàn)報(bào)告模板上編寫試驗(yàn)報(bào)告。利用Word 強(qiáng)大的處理功能, 輸入文字，繪制和插入電路接線圖，插入試驗(yàn)波形圖，存儲、打印試驗(yàn)報(bào)告等。

多時(shí)基波形顯示: 系統(tǒng)具備將各個(gè)通道波形數(shù)據(jù)(例如變壓器的入波電壓和示傷電流波形)分別獨(dú)立按不同的時(shí)基顯示的功能，方便用戶分析波形。

控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

充電電壓整定范圍      0.5～100.0kV

充電電壓              0.5～100.0kV

充電電壓調(diào)節(jié)精度      1 %

充電電壓不穩(wěn)定度      < 1 %

充電時(shí)間設(shè)定范圍      30～900S

充電時(shí)間調(diào)節(jié)精度      1 S

報(bào)警延時(shí)              2 S

截波觸發(fā)脈沖延時(shí)      0.0～9.9μS

截波延時(shí)調(diào)節(jié)精度      0.1μS

沖擊試驗(yàn)次數(shù)設(shè)定范圍  0～99次

沖擊試驗(yàn)次數(shù)調(diào)節(jié)精度  1次

輸入電源電壓          220VAC±10%

輸出交流電壓          0～220VAC(連續(xù))

輸出交流電流          0～16A

雙屏蔽測量電纜

依托虎石臺試驗(yàn)場可模擬事故工況和故障現(xiàn)象這一特點(diǎn)，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)利用虛實(shí)聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)開展專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證與研究，采集大量缺陷和故障樣本數(shù)據(jù)，打造完備可靠的正常和異常樣本庫；基于樣本庫進(jìn)行人工智能算法優(yōu)化訓(xùn)練，打造高水平算法模型庫；構(gòu)建以孿生模型、機(jī)理模型、仿真模型為主體的設(shè)備模型庫，形成可共享可復(fù)用的三大資源庫，為電力設(shè)備狀態(tài)分析研判和趨勢預(yù)測等應(yīng)用提供支撐。

“虛實(shí)聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)的建成對遼寧數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)意義重大。雖然前期投資規(guī)模較大，但建成的可共享可復(fù)用的三大資源庫能夠有效減少后期數(shù)字孿生技術(shù)在變電站應(yīng)用的成本?！?/span>

虛實(shí)聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)在架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)上考慮在運(yùn)變電站的實(shí)際需求和現(xiàn)狀，開發(fā)預(yù)留中臺接口與接入功能，能夠無縫對接在運(yùn)變電站已有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，支撐在運(yùn)變電站智能運(yùn)檢建設(shè)，降低在運(yùn)變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)開發(fā)投入成本，提升數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的水平和成效。

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