Research on A Digital Twin Method for Gas Transport Process in Transformer Oil Based on Cyber-Physical Integration

DUAN Shufan; CHENG Li; LUO Hao; YANG Lijun; LIAO Ruijin; GAO Meng; LI Geqi

doi:10.20204/j.sp.2025.06009

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Research on A Digital Twin Method for Gas Transport Process in Transformer Oil Based on Cyber-Physical Integration

更新时间：2025-12-10

- Research on A Digital Twin Method for Gas Transport Process in Transformer Oil Based on Cyber-Physical Integration
- Vol. 53, Issue 6, Pages: 68-77(2025)
- 作者机构：
  
  1. 输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学）,重庆,400044
  2. 直流输电技术国家重点实验室（南方电网科学研究院有限责任公司）,广东,广州,510663
  3. 中国电力科学研究院有限公司,北京,100192
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.06009
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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段舒帆,成立,罗豪,杨丽君,廖瑞金,高萌,李戈琦.基于虚实融合的变压器油中气体输运过程数字孪生方法研究[J].智慧电力,2025,53(6):68-77.

DUAN Shufan, CHENG Li, LUO Hao, et al. Research on A Digital Twin Method for Gas Transport Process in Transformer Oil Based on Cyber-Physical Integration[J]. 2025, 53(6): 68-77.
段舒帆,成立,罗豪,杨丽君,廖瑞金,高萌,李戈琦.基于虚实融合的变压器油中气体输运过程数字孪生方法研究[J].智慧电力,2025,53(6):68-77. DOI： 10.20204/j.sp.2025.06009.

DUAN Shufan, CHENG Li, LUO Hao, et al. Research on A Digital Twin Method for Gas Transport Process in Transformer Oil Based on Cyber-Physical Integration[J]. 2025, 53(6): 68-77. DOI： 10.20204/j.sp.2025.06009.

摘要

由于变压器内部结构复杂，无法分布式安装传感器。基于数字孪生技术实现变压器的“虚拟传感”，补充实体传感器数据量，可支撑电网数字化的智能运维。为此，以油中气体这一典型故障特征参量为研究目标，首先构建了简易油道中气体输运的数字孪生模型，计算发现气体输运过程分为3个阶段，且具有“中心-四周”与“垂直扩散”的双重特征。随后，在变压器真机强迫油循环条件下构建数字孪生模型并进行试验验证，揭示了主油道与死油区不同的输运规律，验证了所提模型的有效性。最后，通过虚实融合传感方法，实现了故障位置的溯源分析。

Abstract

Due to the complexity of the internal structure of transformers，the distributed installation of sensors is impractical.Digital twin technology enables "virtual sensing" for transformers，supplementing data from physical sensors，thereby supporting smart grid digitalization for intelligent operation and maintenance.Focusing on dissolved gases in oil，a typical fault characteristic parameter，this study first constructs a digital twin model for gas transport in a simplified oil channel.Computational results reveal that the gas transport process comprises three stages，exhibiting dual characteristics of "center-periphery" and "vertical diffusion." Subsequently，a digital twin model under forced oil circulation conditions in an actual transformer is developed and experimentally validated，uncovering distinct transport mechanisms between main oil channels and stagnant oil zones，and confirming the model’s effectiveness.Finally，fault location traceability analysis is achieved through a cyber-physical integrated sensing approach.

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Keywords

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