T-TMAC 279-2025 智能配电网 一二次融合环网箱数字孪生技术应用指南

T/TMAC279—2025智能配电网一二次融合环网箱数字孪生技术应用指南IntelligentDistributionNetwork-ApplicationGuideforDigitalTwinTechnologyofPrimaryandSecondaryIntegratedRingMainUnit（正式实施版）2025-XX-XX发布2025-XX-XX实施中国机械工业联合会归口XX电力科学研究院、XX智能电气有限公司、国网XX省电力公司提出并起草前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由XX电力科学研究院提出。本文件由中国机械工业联合会归口。本文件起草单位：XX电力科学研究院、XX智能电气有限公司、国网XX省电力公司、XX电力工程有限公司、XX高校电气工程学院、XX数字科技有限公司。本文件主要起草人：张磊、李娟、王浩、赵阳、陈丽、周明、吴婷。本文件旨在规范智能配电网一二次融合环网箱数字孪生技术的应用流程、技术要求、实施方法及运维管理，明确数字孪生模型构建、数据采集与交互、功能实现、应用场景及验收评估等核心内容，为一二次融合环网箱数字孪生系统的设计、部署、运行及优化提供统一、可操作的技术依据，提升环网箱运行的智能化、可视化、精益化水平，推动智能配电网数字化转型与高质量发展。1范围本文件规定了智能配电网一二次融合环网箱（以下简称“融合环网箱”）数字孪生技术的应用总则、技术要求、模型构建、数据交互、功能实现、应用场景、实施流程、运维管理及验收评估等核心内容。本文件适用于智能配电网中10kV及以下电压等级的一二次融合环网箱数字孪生系统的设计、部署、运行、维护及验收，涵盖融合环网箱数字孪生模型的全生命周期管理，以及数字孪生技术在环网箱监测、控制、运维、优化等场景的应用，不适用于特高压配电网相关环网箱的数字孪生技术应用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1.1—2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB/T11022—2021高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T32900—2016智能配电网一二次融合设备技术条件GB/T38850—2020智能配电网设备状态监测技术导则GB/T4284—2018电力系统二次回路控制及继电保护屏（柜、台）通用技术条件DL/T866—2015电流互感器DL/T867—2015电压互感器DL/T1483—2015配电网自动化终端技术条件DL/T2000—2019配电网规划设计技术导则IEC61850—7—4:2019电力系统自动化第7-4部分：基本通信结构—兼容逻辑节点类和数据类《国家能源局关于推进配电网一二次融合发展的指导意见》（国能发配电网〔2024〕XX号）《数字电力发展行动计划（2024-2026年）》（国能发数字〔2024〕XX号）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1智能配电网一二次融合环网箱将配电网一次设备（如断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器等）与二次设备（如测控终端、保护装置、通信模块、状态监测单元等）进行一体化设计、集成制造、成套供货，实现一次设备状态感知、二次设备智能控制及一二次协同联动的智能配电网核心配电设备，主要用于配电网的环网供电、分段控制及故障隔离，具备“即插即用、协同联动、智能运维”的特点。3.2数字孪生技术以数字化方式构建融合环网箱的虚拟模型，通过数据采集、传输、分析及交互，实现虚拟模型与物理设备的实时映射、同步联动，能够模拟物理设备的运行状态、故障演化、操作过程，支持设备全生命周期管理的智能化技术。3.3数字孪生模型基于融合环网箱的物理结构、电气参数、运行特性，通过三维建模、参数赋值、规则定义构建的虚拟模型，涵盖一次设备、二次设备及一二次协同关系，能够真实反映物理设备的几何形态、运行状态及功能特性，实现与物理设备的实时数据同步和行为一致性。3.4数据交互数字孪生系统与融合环网箱物理设备、配电网自动化系统、运维管理平台之间的数据传输、交换与共享，包括实时运行数据、状态监测数据、控制指令数据、模型参数数据等的双向交互。3.5虚实联动数字孪生模型与融合环网箱物理设备之间的实时同步，即物理设备的状态变化实时反馈至虚拟模型，虚拟模型的模拟操作、参数调整可同步作用于物理设备，实现虚拟与物理的协同控制。3.6全生命周期管理基于数字孪生技术，对融合环网箱从设计、制造、安装、运行、维护到报废的全流程进行智能化管理，实现设备状态的全程可监测、故障可预警、运维可优化、决策可支撑。4应用总则4.1应用原则4.1.1实用性原则：数字孪生技术应用应结合融合环网箱的实际运行需求，聚焦监测、控制、运维、优化等核心场景，确保应用功能贴合实际、切实可行，提升设备运行效率和运维水平。4.1.2准确性原则：数字孪生模型应真实反映物理设备的结构、参数及运行特性，数据采集、传输、分析过程应规范，确保虚拟模型与物理设备的状态一致性、数据准确性，误差控制在规定范围内。4.1.3协同性原则：数字孪生系统应与融合环网箱一二次设备、配电网自动化系统、运维管理平台协同联动，实现数据共享、指令互通，提升配电网整体运行的协调性和智能化水平。4.1.4安全性原则：数字孪生系统应具备完善的安全防护机制，防范数据泄露、篡改、攻击等风险，确保数据安全、设备安全及配电网运行安全，符合电力系统安全防护相关要求。4.1.5可扩展性原则：数字孪生系统的架构设计应具备灵活性和可扩展性，支持模型升级、功能扩展、数据接口兼容，适应配电网数字化转型及技术升级的需求。4.2应用目标4.2.1实现融合环网箱运行状态的实时可视化监测，及时发现设备异常，提升故障预警和处置能力，降低设备故障率。4.2.2通过虚实联动实现融合环网箱的远程控制、模拟操作，优化运维流程，减少现场运维工作量，提升运维效率和安全性。4.2.3基于数字孪生模型开展运行模拟、故障仿真，为设备优化、运维决策提供数据支撑，实现融合环网箱的精益化管理。4.2.4推动融合环网箱与配电网自动化系统的深度融合，提升配电网供电可靠性、灵活性和智能化水平，助力配电网数字化转型。4.3应用范围本文件规定的数字孪生技术应用，适用于以下场景：a)融合环网箱运行状态监测与异常预警；b)融合环网箱远程控制与模拟操作；c)融合环网箱故障诊断、定位与处置；d)融合环网箱运维计划制定与优化；e)融合环网箱全生命周期数据管理与分析；f)融合环网箱与配电网其他设备的协同优化。5技术要求5.1总体技术架构融合环网箱数字孪生系统应采用分层架构，分为物理层、数据层、模型层、应用层，各层协同工作，确保系统稳定、高效运行，架构设计应符合配电网数字化技术规范。5.1.1物理层：由融合环网箱一次设备、二次设备、状态监测传感器、通信设备等组成，是数字孪生技术应用的物理基础，负责采集设备运行状态数据，执行控制指令。5.1.2数据层：负责数据的采集、传输、存储、清洗、预处理及共享，包括实时运行数据、历史数据、模型数据、指令数据等，确保数据的准确性、完整性和实时性。5.1.3模型层：负责数字孪生模型的构建、更新、优化，包括几何模型、物理模型、行为模型、规则模型等，实现虚拟模型与物理设备的实时映射和行为一致性。5.1.4应用层：基于模型层和数据层，实现监测可视化、远程控制、故障诊断、运维优化等应用功能，为运维人员、管理人员提供操作界面和决策支撑。5.2数据技术要求5.2.1数据采集：应采集融合环网箱一次设备（断路器、隔离开关等）的运行参数（电流、电压、功率等）、状态信息（分合闸状态、绝缘状态等），二次设备（测控终端、保护装置等）的工作状态、控制指令，以及环境参数（温度、湿度、振动等）；采集频率应满足监测需求，实时数据采集频率不低于1次/秒，非实时数据采集频率可根据需求调整。5.2.2数据传输：采用符合IEC61850标准的通信协议，支持光纤、无线（5G、LoRa等）等传输方式，通信链路稳定，无丢包、误码现象，数据传输延迟不超过100ms，确保数据实时同步。5.2.3数据存储：应具备足够的存储容量，支持实时数据、历史数据的长期存储，历史数据保存期限不少于设备使用寿命；采用安全、可靠的存储技术，确保数据不丢失、不篡改，支持数据快速查询和分析。5.2.4数据质量：数据应真实、准确、完整，无异常值、缺失值；应建立数据清洗、校验机制，对采集的数据进行预处理，剔除异常数据，修正缺失数据，确保数据质量符合应用要求，数据误差不超过±1%。5.3模型技术要求5.3.1几何模型：应按照融合环网箱的实际结构、尺寸、材质进行构建，几何精度应符合要求，关键部件的几何误差不超过±2mm，能够清晰展示设备的内部结构、零部件布局及连接关系。5.3.2物理模型：应基于融合环网箱的电气特性、机械特性，构建符合实际的物理模型，能够模拟设备的运行状态、电气参数变化、机械动作过程，与物理设备的运行特性一致性误差不超过±3%。5.3.3行为模型：应模拟融合环网箱在正常运行、故障状态、操作过程中的行为特征，包括分合闸动作、故障演化、参数变化等，确保虚拟模型的行为与物理设备一致。5.3.4模型更新：应建立模型动态更新机制，根据物理设备的参数调整、结构改造、运行状态变化，及时更新数字孪生模型，确保模型与物理设备的同步性，更新延迟不超过5分钟。5.4安全技术要求5.4.1数据安全：采用加密技术对数据采集、传输、存储过程进行加密，防止数据泄露、篡改；建立数据访问权限管理机制，明确不同用户的访问权限，防止未授权访问。5.4.2设备安全：数字孪生系统与物理设备的通信接口应具备安全防护能力，防范恶意攻击、指令篡改，确保控制指令的准确性和安全性；具备设备异常接入检测机制，及时发现并阻断非法设备接入。5.4.3系统安全：数字孪生系统应具备防病毒、防入侵、容错备份等功能，定期进行系统升级和安全检测，确保系统稳定运行；建立系统故障应急预案，及时处置系统故障，减少故障影响。6数字孪生模型构建6.1构建流程融合环网箱数字孪生模型构建应遵循“需求分析→数据采集→模型设计→模型构建→模型校验→模型发布→模型更新”的流程，确保模型构建规范、高效，符合技术要求。6.1.1需求分析：明确数字孪生模型的应用场景、功能需求、精度要求，结合融合环网箱的实际情况，确定模型构建的范围、内容及技术指标。6.1.2数据采集：采集融合环网箱的设计图纸、设备参数、运行数据、状态信息等，包括几何尺寸、电气参数、机械特性、材质信息、安装位置等，为模型构建提供数据支撑。6.1.3模型设计：根据需求分析结果，设计模型的结构、层次、参数体系，确定几何模型、物理模型、行为模型的构建方法和技术路线，制定模型校验标准。6.1.4模型构建：采用专业建模工具，基于采集的数据，依次构建几何模型、物理模型、行为模型，完成模型参数赋值、规则定义，实现模型的初步构建。6.1.5模型校验：将虚拟模型与物理设备的运行状态、参数数据进行对比，校验模型的准确性、一致性，针对存在的偏差进行调整优化，直至符合技术要求。6.1.6模型发布：模型校验合格后，发布至数字孪生系统，实现与物理设备、数据层、应用层的对接，投入实际应用。6.1.7模型更新：建立模型动态更新机制，定期采集物理设备的运行数据、状态变化信息，及时更新模型参数、结构及行为规则，确保模型与物理设备同步。6.2构建方法6.2.1几何模型构建：采用三维扫描、CAD建模等方法，基于融合环网箱的设计图纸和实际尺寸，构建三维几何模型，重点还原一次设备、二次设备的外形、结构、连接关系，确保几何精度符合要求；可采用SolidWorks、Revit等专业建模工具。6.2.2物理模型构建：基于融合环网箱的电气原理、机械特性，采用数值仿真、物理建模等方法，构建物理模型，定义设备的电气参数、机械参数、运行规则，模拟设备的电流、电压变化、分合闸动作、故障演化等物理过程；可结合MATLAB、Simulink等仿真工具。6.2.3行为模型构建：基于融合环网箱的运行规律、操作流程、故障特征，构建行为模型，定义设备在不同场景下的行为规则，实现虚拟模型对物理设备行为的真实模拟，包括正常运行行为、故障行为、操作行为等。6.2.4模型集成：将几何模型、物理模型、行为模型进行集成，实现模型的协同工作，确保虚拟模型能够真实反映物理设备的几何形态、运行状态及行为特征，实现与物理设备的实时映射。6.3模型校验与优化6.3.1校验内容：包括几何精度校验、参数准确性校验、行为一致性校验，重点校验虚拟模型与物理设备的几何尺寸偏差、运行参数误差、行为动作一致性，确保模型符合技术要求。6.3.2校验方法：采用对比分析、试验验证等方法，将虚拟模型的运行数据、行为特征与物理设备的实际数据、行为进行对比，计算偏差值，针对偏差超标的部分进行调整优化。6.3.3优化措施：对于几何精度偏差，调整模型的几何参数，修正零部件尺寸；对于参数准确性偏差，优化模型的物理参数、数值模型，提升参数匹配度；对于行为一致性偏差，完善行为规则，优化模型的仿真逻辑，确保模型与物理设备同步。7数据交互与虚实联动7.1数据交互要求7.1.1交互内容：包括物理设备向数字孪生系统传输的实时运行数据、状态监测数据、故障信息等；数字孪生系统向物理设备传输的控制指令、参数调整指令等；数字孪生系统与配电网自动化系统、运维管理平台之间的共享数据、交互指令等。7.1.2交互协议：应采用IEC61850、MQTT等标准化通信协议，确保数据交互的兼容性和规范性；协议应支持数据加密、身份认证，保障数据交互的安全性。7.1.3交互性能：数据交互应实时、稳定，实时数据传输延迟不超过100ms，控制指令响应时间不超过500ms；无数据丢包、误码现象，数据交互成功率不低于99.9%。7.2虚实联动实现7.2.1实时映射：通过数据采集与传输，将融合环网箱物理设备的运行状态、参数变化实时反馈至数字孪生模型，实现虚拟模型与物理设备的状态同步，虚拟模型能够实时展示物理设备的运行情况。7.2.2协同控制：通过数字孪生模型发出控制指令（如分合闸、定值调整等），经数据交互传输至物理设备，物理设备执行指令后，将执行结果反馈至数字孪生模型，实现虚拟与物理的协同控制，确保控制指令准确执行。7.2.3模拟仿真联动：基于数字孪生模型开展模拟仿真（如故障仿真、操作仿真），仿真结果可用于指导物理设备的操作和运维，同时物理设备的实际运行数据可用于优化仿真模型，提升仿真准确性。7.3数据接口要求7.3.1内部接口：数字孪生系统内部各层（物理层、数据层、模型层、应用层）之间的接口应标准化、规范化，支持数据共享、指令互通，确保系统内部协同工作。7.3.2外部接口：数字孪生系统与配电网自动化系统、运维管理平台、第三方系统之间的接口应具备兼容性和可扩展性，支持数据交互和功能对接，接口协议应符合相关标准要求，便于系统集成和扩展。8数字孪生技术应用功能8.1运行状态可视化监测8.1.1功能要求：通过数字孪生模型，实现融合环网箱的三维可视化展示，清晰呈现设备的几何结构、零部件布局、运行状态；实时显示设备的电流、电压、功率、温度等运行参数，以及设备的分合闸状态、绝缘状态等；支持参数超标预警、异常状态提醒，便于运维人员实时掌握设备运行情况。8.1.2实现方式：基于数字孪生模型和实时采集的数据，在应用层构建可视化监测界面，支持三维模型旋转、缩放、剖切，可查看设备内部结构和运行参数；设置参数阈值，当参数超标或设备出现异常时，自动发出预警信号（声光报警、消息推送等）。8.2远程控制与模拟操作8.2.1功能要求：支持通过数字孪生模型对融合环网箱进行远程控制，包括断路器分合闸、隔离开关操作、保护定值调整等；支持模拟操作功能，可在虚拟模型上模拟设备操作过程，验证操作流程的正确性，避免误操作，提升操作安全性。8.2.2实现方式：在应用层设计控制界面，运维人员通过界面发出控制指令，指令经数据交互传输至物理设备，执行完成后反馈执行结果；模拟操作时，通过虚拟模型模拟操作过程，验证操作逻辑和流程，生成操作报告。8.3故障诊断与定位8.3.1功能要求：基于数字孪生模型和实时运行数据，能够自动识别融合环网箱的故障类型（如短路、过载、绝缘损坏等），定位故障位置，分析故障原因，给出故障处置建议；支持故障历史数据查询、故障趋势分析，为故障预防提供支撑。8.3.2实现方式：构建故障诊断模型，结合设备运行数据、故障特征，通过大数据分析、机器学习等技术，识别故障类型和位置；在数字孪生模型上标注故障位置，生成故障诊断报告，推送故障处置建议，指导运维人员快速处置故障。8.4运维优化与计划制定8.4.1功能要求：基于数字孪生模型和历史运行数据，分析设备的运行状态、损耗情况、故障规律，优化运维策略，制定个性化的运维计划（如巡检计划、检修计划、更换计划等）；支持运维任务分配、进度跟踪、结果反馈，提升运维效率和精益化水平。8.4.2实现方式：采用大数据分析技术，对设备历史运行数据、故障数据进行分析，评估设备健康状态，预测设备寿命；结合运维资源、设备运行需求，制定优化的运维计划，通过应用层推送至运维人员，跟踪运维任务执行情况，形成运维闭环管理。8.5全生命周期数据管理8.5.1功能要求：收集、存储融合环网箱从设计、制造、安装、运行、维护到报废的全生命周期数据，包括设备参数、运行数据、故障数据、运维记录等；支持数据查询、统计、分析，为设备优化、决策制定提供数据支撑，确保设备全生命周期可追溯。8.5.2实现方式：在数据层构建全生命周期数据存储体系，分类存储各类数据；在应用层设计数据查询、统计、分析界面，支持多维度数据查询和分析，生成数据报表，为管理人员提供决策支撑。9应用场景与实施流程9.1典型应用场景9.1.1常规运维场景应用数字孪生技术实现融合环网箱运行状态的实时监测，替代传统人工巡检，减少巡检工作量；通过虚拟模型查看设备内部状态，避免现场开盖检查，提升运维安全性；根据设备运行状态制定优化的巡检计划，实现精益化运维。9.1.2故障处置场景融合环网箱发生故障时，数字孪生系统自动识别故障类型、定位故障位置，推送故障处置建议；运维人员通过虚拟模型模拟故障处置过程，验证处置方案的正确性；远程控制设备进行故障隔离、恢复供电，缩短故障处置时间，提升供电可靠性。9.1.3设备调试场景融合环网箱安装调试阶段，通过数字孪生模型模拟设备调试过程，验证设备的电气性能、控制功能，提前发现调试过程中的问题；优化调试流程，减少现场调试工作量，提升调试效率和准确性。9.1.4优化决策场景基于数字孪生模型的运行模拟、数据统计分析，评估融合环网箱的运行效率、损耗情况，提出设备优化建议；结合配电网运行需求，优化环网箱的运行模式、负荷分配，为配电网规划、决策提供数据支撑。9.2实施流程融合环网箱数字孪生技术应用实施应遵循“前期准备→系统部署→模型构建→数据对接→功能调试→试运行→正式运行→后期维护”的流程，确保实施过程规范、有序，满足应用要求。9.2.1前期准备：明确应用需求、技术指标，开展现场调研，收集融合环网箱的设计图纸、设备参数、运行数据等；制定实施计划，确定实施团队、实施进度、技术方案。9.2.2系统部署：搭建数字孪生系统的硬件平台（服务器、通信设备、传感器等）和软件平台（数据采集软件、建模软件、应用软件等），完成系统安装、配置，确保系统稳定运行。9.2.3模型构建：按照本文件第6章的要求，开展数字孪生模型的构建、校验与优化，完成模型发布，实现与系统的对接。9.2.4数据对接：完成数字孪生系统与融合环网箱物理设备、配电网自动化系统、运维管理平台的数据对接，确保数据采集、传输、共享正常，实现虚实联动。9.2.5功能调试：对数字孪生系统的各项应用功能（监测、控制、故障诊断等）进行调试，验证功能的准确性、稳定性，针对存在的问题进行优化调整。9.2.6试运行：系统调试合格后，开展试运行，试运行期限不少于30天；收集试运行过程中的数据，验证系统的运行性能、应用效果，优化系统参数和功能。9.2.7正式运行：试运行合格后，系统正式投入运行，建立常态化的运行管理机制，确保系统稳定、高效运行，充分发挥数字孪生技术的应用价值。9.2.8后期维护：定期对数字孪生系统进行维护、升级，包括硬件维护、软件升级、模型更新、数据备份等；建立故障处置机制，及时处置系统运行过程中的故障，确保系统长期稳定运行。10运维管理10.1运维管理原则融合环网箱数字孪生系统的运维管理应遵循“常态化、规范化、精益化”的原则，建立完善的运维管理体系，确保系统稳定运行，提升应用效果；兼顾物理设备与数字孪生系统的协同运维，实现全流程管理。10.2运维管理内容10.2.1系统运维：定期对数字孪生系统的硬件、软件进行维护，检查服务器、通信设备、传感器等硬件设备的运行状态，及时更换故障设备；定期升级软件系统，修复软件漏洞，优化系统性能；做好数据备份，防止数据丢失。10.2.2模型运维：按照模型更新机制，定期采集融合环网箱的运行数据、状态变化信息，及时更新数字孪生模型，确保模型与物理设备同步；定期对模型进行校验，优化模型精度和性能，提升模型的准确性和可靠性。10.2.3数据运维：定期对采集的数据进行清洗、校验，剔除异常数据，修正缺失数据，确保数据质量；定期检查数据采集、传输、存储过程，及时处理数据交互过程中的问题，确保数据实时、准确、完整。10.2.4人员管理：明确运维人员的职责，开展专业技能培训，提升运维人员的技术水平和操作能力；建立运维人员考核机制，规范运维操作流程，确保运维工作有序开展。10.3运维管理制度应建立健全融合环网箱数字孪生系统的运维管理制度，包括设备管理制度、数据管理制度、模型管理制度、安全管理制度、应急预案等，明确运维流程、责任分工、考核标准，确保运维管理工作规范化、制度化。10.3.1应急预案：针对系统故障、数据泄露、设备故障等突发事件，制定应急预案，明确应急处置流程、责任人员、处置措施