T-TMAC 279-2025 智能配電網 一二次融合環網箱數字孿生技術應用指南

T/TMAC279—2025智能配電網一二次融合環網箱數字孿生技術應用指南IntelligentDistributionNetwork-ApplicationGuideforDigitalTwinTechnologyofPrimaryandSecondaryIntegratedRingMainUnit（正式實施版）2025-XX-XX發布2025-XX-XX實施中國機械工業聯合會歸口XX電力科學研究院、XX智能電氣有限公司、國網XX省電力公司提出并起草前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由XX電力科學研究院提出。本文件由中國機械工業聯合會歸口。本文件起草單位：XX電力科學研究院、XX智能電氣有限公司、國網XX省電力公司、XX電力工程有限公司、XX高校電氣工程學院、XX數字科技有限公司。本文件主要起草人：張磊、李娟、王浩、趙陽、陳麗、周明、吳婷。本文件旨在規范智能配電網一二次融合環網箱數字孿生技術的應用流程、技術要求、實施方法及運維管理，明確數字孿生模型構建、數據采集與交互、功能實現、應用場景及驗收評估等核心內容，為一二次融合環網箱數字孿生系統的設計、部署、運行及優化提供統一、可操作的技術依據，提升環網箱運行的智能化、可視化、精益化水平，推動智能配電網數字化轉型與高質量發展。1范圍本文件規定了智能配電網一二次融合環網箱（以下簡稱“融合環網箱”）數字孿生技術的應用總則、技術要求、模型構建、數據交互、功能實現、應用場景、實施流程、運維管理及驗收評估等核心內容。本文件適用于智能配電網中10kV及以下電壓等級的一二次融合環網箱數字孿生系統的設計、部署、運行、維護及驗收，涵蓋融合環網箱數字孿生模型的全生命周期管理，以及數字孿生技術在環網箱監測、控制、運維、優化等場景的應用，不適用于特高壓配電網相關環網箱的數字孿生技術應用。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1.1—2020標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則GB/T11022—2021高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求GB/T32900—2016智能配電網一二次融合設備技術條件GB/T38850—2020智能配電網設備狀態監測技術導則GB/T4284—2018電力系統二次回路控制及繼電保護屏（柜、臺）通用技術條件DL/T866—2015電流互感器DL/T867—2015電壓互感器DL/T1483—2015配電網自動化終端技術條件DL/T2000—2019配電網規劃設計技術導則IEC61850—7—4:2019電力系統自動化第7-4部分：基本通信結構—兼容邏輯節點類和數據類《國家能源局關于推進配電網一二次融合發展的指導意見》（國能發配電網〔2024〕XX號）《數字電力發展行動計劃（2024-2026年）》（國能發數字〔2024〕XX號）3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1智能配電網一二次融合環網箱將配電網一次設備（如斷路器、隔離開關、負荷開關、電流互感器、電壓互感器等）與二次設備（如測控終端、保護裝置、通信模塊、狀態監測單元等）進行一體化設計、集成制造、成套供貨，實現一次設備狀態感知、二次設備智能控制及一二次協同聯動的智能配電網核心配電設備，主要用于配電網的環網供電、分段控制及故障隔離，具備“即插即用、協同聯動、智能運維”的特點。3.2數字孿生技術以數字化方式構建融合環網箱的虛擬模型，通過數據采集、傳輸、分析及交互，實現虛擬模型與物理設備的實時映射、同步聯動，能夠模擬物理設備的運行狀態、故障演化、操作過程，支持設備全生命周期管理的智能化技術。3.3數字孿生模型基于融合環網箱的物理結構、電氣參數、運行特性，通過三維建模、參數賦值、規則定義構建的虛擬模型，涵蓋一次設備、二次設備及一二次協同關系，能夠真實反映物理設備的幾何形態、運行狀態及功能特性，實現與物理設備的實時數據同步和行為一致性。3.4數據交互數字孿生系統與融合環網箱物理設備、配電網自動化系統、運維管理平臺之間的數據傳輸、交換與共享，包括實時運行數據、狀態監測數據、控制指令數據、模型參數數據等的雙向交互。3.5虛實聯動數字孿生模型與融合環網箱物理設備之間的實時同步，即物理設備的狀態變化實時反饋至虛擬模型，虛擬模型的模擬操作、參數調整可同步作用于物理設備，實現虛擬與物理的協同控制。3.6全生命周期管理基于數字孿生技術，對融合環網箱從設計、制造、安裝、運行、維護到報廢的全流程進行智能化管理，實現設備狀態的全程可監測、故障可預警、運維可優化、決策可支撐。4應用總則4.1應用原則4.1.1實用性原則：數字孿生技術應用應結合融合環網箱的實際運行需求，聚焦監測、控制、運維、優化等核心場景，確保應用功能貼合實際、切實可行，提升設備運行效率和運維水平。4.1.2準確性原則：數字孿生模型應真實反映物理設備的結構、參數及運行特性，數據采集、傳輸、分析過程應規范，確保虛擬模型與物理設備的狀態一致性、數據準確性，誤差控制在規定范圍內。4.1.3協同性原則：數字孿生系統應與融合環網箱一二次設備、配電網自動化系統、運維管理平臺協同聯動，實現數據共享、指令互通，提升配電網整體運行的協調性和智能化水平。4.1.4安全性原則：數字孿生系統應具備完善的安全防護機制，防范數據泄露、篡改、攻擊等風險，確保數據安全、設備安全及配電網運行安全，符合電力系統安全防護相關要求。4.1.5可擴展性原則：數字孿生系統的架構設計應具備靈活性和可擴展性，支持模型升級、功能擴展、數據接口兼容，適應配電網數字化轉型及技術升級的需求。4.2應用目標4.2.1實現融合環網箱運行狀態的實時可視化監測，及時發現設備異常，提升故障預警和處置能力，降低設備故障率。4.2.2通過虛實聯動實現融合環網箱的遠程控制、模擬操作，優化運維流程，減少現場運維工作量，提升運維效率和安全性。4.2.3基于數字孿生模型開展運行模擬、故障仿真，為設備優化、運維決策提供數據支撐，實現融合環網箱的精益化管理。4.2.4推動融合環網箱與配電網自動化系統的深度融合，提升配電網供電可靠性、靈活性和智能化水平，助力配電網數字化轉型。4.3應用范圍本文件規定的數字孿生技術應用，適用于以下場景：a)融合環網箱運行狀態監測與異常預警；b)融合環網箱遠程控制與模擬操作；c)融合環網箱故障診斷、定位與處置；d)融合環網箱運維計劃制定與優化；e)融合環網箱全生命周期數據管理與分析；f)融合環網箱與配電網其他設備的協同優化。5技術要求5.1總體技術架構融合環網箱數字孿生系統應采用分層架構，分為物理層、數據層、模型層、應用層，各層協同工作，確保系統穩定、高效運行，架構設計應符合配電網數字化技術規范。5.1.1物理層：由融合環網箱一次設備、二次設備、狀態監測傳感器、通信設備等組成，是數字孿生技術應用的物理基礎，負責采集設備運行狀態數據，執行控制指令。5.1.2數據層：負責數據的采集、傳輸、存儲、清洗、預處理及共享，包括實時運行數據、歷史數據、模型數據、指令數據等，確保數據的準確性、完整性和實時性。5.1.3模型層：負責數字孿生模型的構建、更新、優化，包括幾何模型、物理模型、行為模型、規則模型等，實現虛擬模型與物理設備的實時映射和行為一致性。5.1.4應用層：基于模型層和數據層，實現監測可視化、遠程控制、故障診斷、運維優化等應用功能，為運維人員、管理人員提供操作界面和決策支撐。5.2數據技術要求5.2.1數據采集：應采集融合環網箱一次設備（斷路器、隔離開關等）的運行參數（電流、電壓、功率等）、狀態信息（分合閘狀態、絕緣狀態等），二次設備（測控終端、保護裝置等）的工作狀態、控制指令，以及環境參數（溫度、濕度、振動等）；采集頻率應滿足監測需求，實時數據采集頻率不低于1次/秒，非實時數據采集頻率可根據需求調整。5.2.2數據傳輸：采用符合IEC61850標準的通信協議，支持光纖、無線（5G、LoRa等）等傳輸方式，通信鏈路穩定，無丟包、誤碼現象，數據傳輸延遲不超過100ms，確保數據實時同步。5.2.3數據存儲：應具備足夠的存儲容量，支持實時數據、歷史數據的長期存儲，歷史數據保存期限不少于設備使用壽命；采用安全、可靠的存儲技術，確保數據不丟失、不篡改，支持數據快速查詢和分析。5.2.4數據質量：數據應真實、準確、完整，無異常值、缺失值；應建立數據清洗、校驗機制，對采集的數據進行預處理，剔除異常數據，修正缺失數據，確保數據質量符合應用要求，數據誤差不超過±1%。5.3模型技術要求5.3.1幾何模型：應按照融合環網箱的實際結構、尺寸、材質進行構建，幾何精度應符合要求，關鍵部件的幾何誤差不超過±2mm，能夠清晰展示設備的內部結構、零部件布局及連接關系。5.3.2物理模型：應基于融合環網箱的電氣特性、機械特性，構建符合實際的物理模型，能夠模擬設備的運行狀態、電氣參數變化、機械動作過程，與物理設備的運行特性一致性誤差不超過±3%。5.3.3行為模型：應模擬融合環網箱在正常運行、故障狀態、操作過程中的行為特征，包括分合閘動作、故障演化、參數變化等，確保虛擬模型的行為與物理設備一致。5.3.4模型更新：應建立模型動態更新機制，根據物理設備的參數調整、結構改造、運行狀態變化，及時更新數字孿生模型，確保模型與物理設備的同步性，更新延遲不超過5分鐘。5.4安全技術要求5.4.1數據安全：采用加密技術對數據采集、傳輸、存儲過程進行加密，防止數據泄露、篡改；建立數據訪問權限管理機制，明確不同用戶的訪問權限，防止未授權訪問。5.4.2設備安全：數字孿生系統與物理設備的通信接口應具備安全防護能力，防范惡意攻擊、指令篡改，確保控制指令的準確性和安全性；具備設備異常接入檢測機制，及時發現并阻斷非法設備接入。5.4.3系統安全：數字孿生系統應具備防病毒、防入侵、容錯備份等功能，定期進行系統升級和安全檢測，確保系統穩定運行；建立系統故障應急預案，及時處置系統故障，減少故障影響。6數字孿生模型構建6.1構建流程融合環網箱數字孿生模型構建應遵循“需求分析→數據采集→模型設計→模型構建→模型校驗→模型發布→模型更新”的流程，確保模型構建規范、高效，符合技術要求。6.1.1需求分析：明確數字孿生模型的應用場景、功能需求、精度要求，結合融合環網箱的實際情況，確定模型構建的范圍、內容及技術指標。6.1.2數據采集：采集融合環網箱的設計圖紙、設備參數、運行數據、狀態信息等，包括幾何尺寸、電氣參數、機械特性、材質信息、安裝位置等，為模型構建提供數據支撐。6.1.3模型設計：根據需求分析結果，設計模型的結構、層次、參數體系，確定幾何模型、物理模型、行為模型的構建方法和技術路線，制定模型校驗標準。6.1.4模型構建：采用專業建模工具，基于采集的數據，依次構建幾何模型、物理模型、行為模型，完成模型參數賦值、規則定義，實現模型的初步構建。6.1.5模型校驗：將虛擬模型與物理設備的運行狀態、參數數據進行對比，校驗模型的準確性、一致性，針對存在的偏差進行調整優化，直至符合技術要求。6.1.6模型發布：模型校驗合格后，發布至數字孿生系統，實現與物理設備、數據層、應用層的對接，投入實際應用。6.1.7模型更新：建立模型動態更新機制，定期采集物理設備的運行數據、狀態變化信息，及時更新模型參數、結構及行為規則，確保模型與物理設備同步。6.2構建方法6.2.1幾何模型構建：采用三維掃描、CAD建模等方法，基于融合環網箱的設計圖紙和實際尺寸，構建三維幾何模型，重點還原一次設備、二次設備的外形、結構、連接關系，確保幾何精度符合要求；可采用SolidWorks、Revit等專業建模工具。6.2.2物理模型構建：基于融合環網箱的電氣原理、機械特性，采用數值仿真、物理建模等方法，構建物理模型，定義設備的電氣參數、機械參數、運行規則，模擬設備的電流、電壓變化、分合閘動作、故障演化等物理過程；可結合MATLAB、Simulink等仿真工具。6.2.3行為模型構建：基于融合環網箱的運行規律、操作流程、故障特征，構建行為模型，定義設備在不同場景下的行為規則，實現虛擬模型對物理設備行為的真實模擬，包括正常運行行為、故障行為、操作行為等。6.2.4模型集成：將幾何模型、物理模型、行為模型進行集成，實現模型的協同工作，確保虛擬模型能夠真實反映物理設備的幾何形態、運行狀態及行為特征，實現與物理設備的實時映射。6.3模型校驗與優化6.3.1校驗內容：包括幾何精度校驗、參數準確性校驗、行為一致性校驗，重點校驗虛擬模型與物理設備的幾何尺寸偏差、運行參數誤差、行為動作一致性，確保模型符合技術要求。6.3.2校驗方法：采用對比分析、試驗驗證等方法，將虛擬模型的運行數據、行為特征與物理設備的實際數據、行為進行對比，計算偏差值，針對偏差超標的部分進行調整優化。6.3.3優化措施：對于幾何精度偏差，調整模型的幾何參數，修正零部件尺寸；對于參數準確性偏差，優化模型的物理參數、數值模型，提升參數匹配度；對于行為一致性偏差，完善行為規則，優化模型的仿真邏輯，確保模型與物理設備同步。7數據交互與虛實聯動7.1數據交互要求7.1.1交互內容：包括物理設備向數字孿生系統傳輸的實時運行數據、狀態監測數據、故障信息等；數字孿生系統向物理設備傳輸的控制指令、參數調整指令等；數字孿生系統與配電網自動化系統、運維管理平臺之間的共享數據、交互指令等。7.1.2交互協議：應采用IEC61850、MQTT等標準化通信協議，確保數據交互的兼容性和規范性；協議應支持數據加密、身份認證，保障數據交互的安全性。7.1.3交互性能：數據交互應實時、穩定，實時數據傳輸延遲不超過100ms，控制指令響應時間不超過500ms；無數據丟包、誤碼現象，數據交互成功率不低于99.9%。7.2虛實聯動實現7.2.1實時映射：通過數據采集與傳輸，將融合環網箱物理設備的運行狀態、參數變化實時反饋至數字孿生模型，實現虛擬模型與物理設備的狀態同步，虛擬模型能夠實時展示物理設備的運行情況。7.2.2協同控制：通過數字孿生模型發出控制指令（如分合閘、定值調整等），經數據交互傳輸至物理設備，物理設備執行指令后，將執行結果反饋至數字孿生模型，實現虛擬與物理的協同控制，確保控制指令準確執行。7.2.3模擬仿真聯動：基于數字孿生模型開展模擬仿真（如故障仿真、操作仿真），仿真結果可用于指導物理設備的操作和運維，同時物理設備的實際運行數據可用于優化仿真模型，提升仿真準確性。7.3數據接口要求7.3.1內部接口：數字孿生系統內部各層（物理層、數據層、模型層、應用層）之間的接口應標準化、規范化，支持數據共享、指令互通，確保系統內部協同工作。7.3.2外部接口：數字孿生系統與配電網自動化系統、運維管理平臺、第三方系統之間的接口應具備兼容性和可擴展性，支持數據交互和功能對接，接口協議應符合相關標準要求，便于系統集成和擴展。8數字孿生技術應用功能8.1運行狀態可視化監測8.1.1功能要求：通過數字孿生模型，實現融合環網箱的三維可視化展示，清晰呈現設備的幾何結構、零部件布局、運行狀態；實時顯示設備的電流、電壓、功率、溫度等運行參數，以及設備的分合閘狀態、絕緣狀態等；支持參數超標預警、異常狀態提醒，便于運維人員實時掌握設備運行情況。8.1.2實現方式：基于數字孿生模型和實時采集的數據，在應用層構建可視化監測界面，支持三維模型旋轉、縮放、剖切，可查看設備內部結構和運行參數；設置參數閾值，當參數超標或設備出現異常時，自動發出預警信號（聲光報警、消息推送等）。8.2遠程控制與模擬操作8.2.1功能要求：支持通過數字孿生模型對融合環網箱進行遠程控制，包括斷路器分合閘、隔離開關操作、保護定值調整等；支持模擬操作功能，可在虛擬模型上模擬設備操作過程，驗證操作流程的正確性，避免誤操作，提升操作安全性。8.2.2實現方式：在應用層設計控制界面，運維人員通過界面發出控制指令，指令經數據交互傳輸至物理設備，執行完成后反饋執行結果；模擬操作時，通過虛擬模型模擬操作過程，驗證操作邏輯和流程，生成操作報告。8.3故障診斷與定位8.3.1功能要求：基于數字孿生模型和實時運行數據，能夠自動識別融合環網箱的故障類型（如短路、過載、絕緣損壞等），定位故障位置，分析故障原因，給出故障處置建議；支持故障歷史數據查詢、故障趨勢分析，為故障預防提供支撐。8.3.2實現方式：構建故障診斷模型，結合設備運行數據、故障特征，通過大數據分析、機器學習等技術，識別故障類型和位置；在數字孿生模型上標注故障位置，生成故障診斷報告，推送故障處置建議，指導運維人員快速處置故障。8.4運維優化與計劃制定8.4.1功能要求：基于數字孿生模型和歷史運行數據，分析設備的運行狀態、損耗情況、故障規律，優化運維策略，制定個性化的運維計劃（如巡檢計劃、檢修計劃、更換計劃等）；支持運維任務分配、進度跟蹤、結果反饋，提升運維效率和精益化水平。8.4.2實現方式：采用大數據分析技術，對設備歷史運行數據、故障數據進行分析，評估設備健康狀態，預測設備壽命；結合運維資源、設備運行需求，制定優化的運維計劃，通過應用層推送至運維人員，跟蹤運維任務執行情況，形成運維閉環管理。8.5全生命周期數據管理8.5.1功能要求：收集、存儲融合環網箱從設計、制造、安裝、運行、維護到報廢的全生命周期數據，包括設備參數、運行數據、故障數據、運維記錄等；支持數據查詢、統計、分析，為設備優化、決策制定提供數據支撐，確保設備全生命周期可追溯。8.5.2實現方式：在數據層構建全生命周期數據存儲體系，分類存儲各類數據；在應用層設計數據查詢、統計、分析界面，支持多維度數據查詢和分析，生成數據報表，為管理人員提供決策支撐。9應用場景與實施流程9.1典型應用場景9.1.1常規運維場景應用數字孿生技術實現融合環網箱運行狀態的實時監測，替代傳統人工巡檢，減少巡檢工作量；通過虛擬模型查看設備內部狀態，避免現場開蓋檢查，提升運維安全性；根據設備運行狀態制定優化的巡檢計劃，實現精益化運維。9.1.2故障處置場景融合環網箱發生故障時，數字孿生系統自動識別故障類型、定位故障位置，推送故障處置建議；運維人員通過虛擬模型模擬故障處置過程，驗證處置方案的正確性；遠程控制設備進行故障隔離、恢復供電，縮短故障處置時間，提升供電可靠性。9.1.3設備調試場景融合環網箱安裝調試階段，通過數字孿生模型模擬設備調試過程，驗證設備的電氣性能、控制功能，提前發現調試過程中的問題；優化調試流程，減少現場調試工作量，提升調試效率和準確性。9.1.4優化決策場景基于數字孿生模型的運行模擬、數據統計分析，評估融合環網箱的運行效率、損耗情況，提出設備優化建議；結合配電網運行需求，優化環網箱的運行模式、負荷分配，為配電網規劃、決策提供數據支撐。9.2實施流程融合環網箱數字孿生技術應用實施應遵循“前期準備→系統部署→模型構建→數據對接→功能調試→試運行→正式運行→后期維護”的流程，確保實施過程規范、有序，滿足應用要求。9.2.1前期準備：明確應用需求、技術指標，開展現場調研，收集融合環網箱的設計圖紙、設備參數、運行數據等；制定實施計劃，確定實施團隊、實施進度、技術方案。9.2.2系統部署：搭建數字孿生系統的硬件平臺（服務器、通信設備、傳感器等）和軟件平臺（數據采集軟件、建模軟件、應用軟件等），完成系統安裝、配置，確保系統穩定運行。9.2.3模型構建：按照本文件第6章的要求，開展數字孿生模型的構建、校驗與優化，完成模型發布，實現與系統的對接。9.2.4數據對接：完成數字孿生系統與融合環網箱物理設備、配電網自動化系統、運維管理平臺的數據對接，確保數據采集、傳輸、共享正常，實現虛實聯動。9.2.5功能調試：對數字孿生系統的各項應用功能（監測、控制、故障診斷等）進行調試，驗證功能的準確性、穩定性，針對存在的問題進行優化調整。9.2.6試運行：系統調試合格后，開展試運行，試運行期限不少于30天；收集試運行過程中的數據，驗證系統的運行性能、應用效果，優化系統參數和功能。9.2.7正式運行：試運行合格后，系統正式投入運行，建立常態化的運行管理機制，確保系統穩定、高效運行，充分發揮數字孿生技術的應用價值。9.2.8后期維護：定期對數字孿生系統進行維護、升級，包括硬件維護、軟件升級、模型更新、數據備份等；建立故障處置機制，及時處置系統運行過程中的故障，確保系統長期穩定運行。10運維管理10.1運維管理原則融合環網箱數字孿生系統的運維管理應遵循“常態化、規范化、精益化”的原則，建立完善的運維管理體系，確保系統穩定運行，提升應用效果；兼顧物理設備與數字孿生系統的協同運維，實現全流程管理。10.2運維管理內容10.2.1系統運維：定期對數字孿生系統的硬件、軟件進行維護，檢查服務器、通信設備、傳感器等硬件設備的運行狀態，及時更換故障設備；定期升級軟件系統，修復軟件漏洞，優化系統性能；做好數據備份，防止數據丟失。10.2.2模型運維：按照模型更新機制，定期采集融合環網箱的運行數據、狀態變化信息，及時更新數字孿生模型，確保模型與物理設備同步；定期對模型進行校驗，優化模型精度和性能，提升模型的準確性和可靠性。10.2.3數據運維：定期對采集的數據進行清洗、校驗，剔除異常數據，修正缺失數據，確保數據質量；定期檢查數據采集、傳輸、存儲過程，及時處理數據交互過程中的問題，確保數據實時、準確、完整。10.2.4人員管理：明確運維人員的職責，開展專業技能培訓，提升運維人員的技術水平和操作能力；建立運維人員考核機制，規范運維操作流程，確保運維工作有序開展。10.3運維管理制度應建立健全融合環網箱數字孿生系統的運維管理制度，包括設備管理制度、數據管理制度、模型管理制度、安全管理制度、應急預案等，明確運維流程、責任分工、考核標準，確保運維管理工作規范化、制度化。10.3.1應急預案：針對系統故障、數據泄露、設備故障等突發事件，制定應急預案，明確應急處置流程、責任人員、處置措施