开发案例|火电站运维数字孪生3D可视化平台

PICIMOS漂视2026-08-25 1

火力发电的原理并不复杂:煤从传送带进入筛煤机、碎煤机,磨成煤粉后送入锅炉燃烧,释放的热能将水转化为高温高压蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,再通过联轴器带动发电机产生电流,经变压器升压后接入电网。


原理简单,但运维不简单。


火电厂的运维人员每天要在集控室盯着DCS画面,监视锅炉、汽轮机、发电机的温度、压力、流量、电压等数百个参数,确保都在安全范围内运行。同时还要定时现场巡检,排查设备异常,按照电网调度指令调整机组负荷。
数据量庞大、设备密集、安全要求极高——火电站的运维复杂度,远超大多数工业场景。
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基于CIMPro孪大师火电站运维数字孪生平台系统,正是为了解决这些问题而构建的。

PART 01


案例简介


基于CIMPro孪大师搭建了数字孪生运维平台,覆盖从煤料入厂到电力送出的全流程。
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该平台以电厂CAD图纸和现场激光扫描数据为基础,构建了1:1高精度三维数字模型——锅炉、汽轮机、发电机、变压器、输煤廊道、变电站等核心设施全部三维复现。
平台通过OPC UA、Modbus等工业协议对接DCS系统,实时接入锅炉温度、蒸汽压力、汽轮机转速、发电机输出电压等核心运行参数,将传统的“看报表”升级为“看三维电厂”。
开发周期:2名实施工程师,4周完成从模型导入到系统交付的全流程。

PART 02


开发要点




1. 模型构建:从煤场到变电站,全流程1:1复现
火电厂模型构建分三个层级推进:

宏观厂区级

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煤场、输煤廊道、锅炉房、汽机房、升压站、冷却塔等主要设施的空间布局,在三维场景中完整呈现。

设备系统级

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锅炉本体(炉膛、过热器、省煤器、空气预热器)、汽轮机(高压缸、中压缸、低压缸、转子叶片)、发电机(定子、转子、励磁系统)、变压器等核心设备,按实际装配关系建模。

部件级

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对关键部件进行精细化建模——锅炉受热面管排、汽轮机叶片、发电机定子绕组等,支持点击查看详细参数。
CIMPro孪大师原生支持Revit、SolidWorks、FBX、OBJ等多种格式导入,电厂已有的CAD/BIM模型可以直接复用,无需重新建模。


2. 数据对接:让三维模型“活”起来
火电厂的DCS系统是数据中枢,实时产生锅炉温度、蒸汽压力、汽轮机转速、发电机功率等数据。
平台通过OPC UA协议对接DCS系统,将采集到的数据字段与三维模型进行一一绑定:

锅炉炉膛温度 → 锅炉模型颜色渐变(低温蓝→高温红)

汽轮机转速 → 转子模型转速动画

发电机输出电压 → 电压表盘实时刷新

煤粉流量 → 输煤管道粒子动画流速
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CIMPro孪大师支持HTTP数据源、MQTT数据源、MySQL、SQL Server、达梦数据库、金仓数据库等多种数据源接入,能够与电厂既有信息化系统无缝对接。


3. 交互开发:零代码配置,业务人员自己上手
传统数字孪生项目需要专业开发人员编写大量交互代码。
CIMPro孪大师提供零代码/低代码开发模式,通过图形化拖拽即可完成交互配置:

点击设备查看参数:选中锅炉模型 → 添加“点击”事件 → 绑定温度、压力、流量等数据面板

异常自动告警:当参数超限时,模型自动高亮并推送告警

设备拆解透视:用“剖切”工具查看汽轮机内部结构

视角漫游:预设从煤场到升压站的自动巡检路线
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业务人员经过短期培训即可独立完成场景调整和看板配置,不需要依赖外部开发团队。


4. 交付部署:私有化部署满足电力行业安全要求
电力行业对数据安全有严格要求,平台支持全套软件在用户内网私有化部署,确保核心运行数据不出机房。
同时支持一键打包为EXE可执行文件,直接在中控室大屏运行。

PART 03


核心功能




模块一:全流程工艺可视化
从煤料入场到电力送出的完整工艺流程,在三维场景中动态呈现:

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输煤系统:传送带运煤动画,筛煤机、碎煤机工作状态实时显示

锅炉燃烧:炉膛火焰粒子特效,温度场颜色映射

汽轮机做功:转子旋转动画与实时转速联动

发电输电:发电机运行参数(电压、电流、功率因数),变压器状态
这套可视化让新员工入职培训时,不再对着流程图“想象”设备如何运转,而是直接在三维场景中“看到”整个发电过程。


模块二:集控室“数字孪生驾驶舱
集控室大屏不再只显示DCS报表,而是以三维电厂为背景,关键参数以图表形式叠加在对应的三维设备旁边。值班人员可以:

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一屏总览全厂关键运行指标

点击任意设备查看详细运行参数和历史曲线

异常发生时,三维场景中对应设备自动高亮并推送告警

查看设备健康趋势、预测潜在故障



模块三:设备健康监测与预警
基于实时接入的DCS数据,平台对锅炉、汽轮机、发电机等核心设备进行持续健康监测:

锅炉受热面:监测各段管壁温度,超温区域自动红标

汽轮机:监测轴振动、轴瓦温度、润滑油压,异常时自动预警

发电机:监测定子温度、转子电流、氢气纯度等关键参数

变压器:监测油温、绕组温度、负载率
预警规则可在平台中零代码配置,当参数超限时自动触发三维场景告警并推送处置建议。


模块四:检修辅助与虚拟培训

设备拆解:汽轮机、发电机可逐层“拆解”,辅助检修人员理解内部结构

检修方案预演:在虚拟环境中模拟检修流程,提前发现操作风险

新员工培训:新人可在虚拟电厂中熟悉设备位置、操作流程和应急处理


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CIMPro孪大师已落地数字孪生火电+储能一体化平台、光伏场站数字孪生平台等多个能源电力项目,平台内置超过200类电力三维模型模板和50余类典型场景模板,覆盖发电、输电、变电、配电及储能电站等领域。