架空輸電線路、電力通信光纜、變電站/換流站、電力電纜隧道、光纖復(fù)合入戶電纜及大型變壓器、大容量儲(chǔ)能/充電設(shè)施等電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備是能源互聯(lián)網(wǎng)的“基石”。它們直接關(guān)系到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行有效、主動(dòng)、可靠的安全評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和故障診斷至關(guān)重要。

然而，目前對(duì)電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備在線監(jiān)測的手段仍需完善，已部署的傳感裝置不同程度地存在強(qiáng)電磁不耐受、壽命短、體積大、能耗高、功能單一和集成化程度低等問題，制約了感知的廣度、深度、密度和精度。新型感知裝備的研制亟待開展，以適應(yīng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)感知的大范圍、分布式、低功耗、抗干擾技術(shù)需求。

“傳感布局是建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的重要支撐。”中國電力科學(xué)研究院有限公司總經(jīng)理、國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院院長王繼業(yè)表示。自2013年起，中國電科院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家電網(wǎng)公司基礎(chǔ)前瞻及指南項(xiàng)目等，陸續(xù)開展了在線感知標(biāo)簽、無源光纖傳感、低功耗微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感等新型光-機(jī)-電傳感器技術(shù)研究，在傳感器分布式測量、低功耗設(shè)計(jì)、抗電磁干擾、大范圍部署等方面取得了實(shí)質(zhì)性突破。項(xiàng)目成果整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，在感傳一體的雙界面物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽研發(fā)、基于全光纖傳感的大范圍（>50千米）輸電線路狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用研究、實(shí)用化的交直流MEMS電場傳感器件設(shè)計(jì)等方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

為配電設(shè)備分派資產(chǎn)“身份證”

4月16日，在后臺(tái)監(jiān)控屏幕和巡檢人員手持終端屏幕上，吉林省松原市朝陽鄉(xiāng)兩家子村、土木村和白城市葦海線、民生甲線等區(qū)域的配電變壓器的地理位置、殼體溫度、振動(dòng)噪聲等參數(shù)信息一目了然。運(yùn)維值班人員足不出戶即可了解上述區(qū)域的配電變壓器情況。

年初新冠肺炎疫情發(fā)生以來，為減少人員聚集和交叉感染，很多地區(qū)的配網(wǎng)設(shè)備巡檢工作受到了較大影響。而在吉林省，由中國電科院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研制的eRFID新型物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽幫助運(yùn)維人員掌握配電設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，起到了“現(xiàn)場巡查”的作用，實(shí)現(xiàn)疫情防控和配網(wǎng)巡檢“兩不誤”。

自2019年10月起，為了解決吉林省部分地區(qū)配電變壓器在冬季低負(fù)荷時(shí)期容易被盜、缺乏在線監(jiān)測手段等難題，eRFID新型物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽就開始在國網(wǎng)吉林省電力有限公司低負(fù)荷密度區(qū)域的相關(guān)配變上先后部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力資產(chǎn)的在線感知。

電網(wǎng)資產(chǎn)“實(shí)物ID”基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，如同給每個(gè)電網(wǎng)設(shè)備發(fā)放了一個(gè)身份標(biāo)識(shí)。設(shè)備有了這個(gè)唯一身份編碼后，供電員工通過國家電網(wǎng)認(rèn)證的手持移動(dòng)終端掃描，就可以獲取設(shè)備全壽命周期的各項(xiàng)資產(chǎn)信息。為了讓電子標(biāo)簽在電力資產(chǎn)管理領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，中國電科院在遠(yuǎn)近結(jié)合、在線感知、資產(chǎn)追蹤三方面深入探索，研發(fā)了eRFID新型物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽。它具有離線讀取和在線感知雙重功能，具備定位、位移、振動(dòng)、溫濕度等多參量一體化感傳特性，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)資產(chǎn)的身份標(biāo)識(shí)與狀態(tài)監(jiān)測，為電網(wǎng)數(shù)字化、智能化建設(shè)提供有效支撐。

電力電纜分布式光纖傳感器在河南鄭州電纜隧道應(yīng)用

為輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝上“千里眼”

2008年冰災(zāi)后，國家電網(wǎng)公司加快電網(wǎng)防災(zāi)抗災(zāi)相關(guān)研究和改造升級(jí)，在重要輸電線路沿線加裝攝像頭、傳感器等設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測。但傳統(tǒng)的傳感器需要電源支撐、受外界環(huán)境影響大，在野外長期工作的可靠性得不到保證。

中國電科院項(xiàng)目組針對(duì)地線覆冰監(jiān)測、電纜隧道火災(zāi)預(yù)警、電纜載流量預(yù)測與老化評(píng)估等長距離、大跨度、分布式傳感需求，研制了現(xiàn)場無源分布式光纖溫度傳感器。這種傳感器通過直接在線路一端安裝光源和接收器，利用光信號(hào)傳輸過程中波長參數(shù)的變化探測線路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的覆冰、舞動(dòng)、溫度及電力電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)測，在現(xiàn)場不需要外部供電支持。與傳統(tǒng)的攝像頭、有源傳感器相比，光纖傳感器體積小、重量輕、靈敏度高，測溫精度達(dá)到0.5攝氏度級(jí)，定位精度1米、測量范圍超過26千米，有效解決了傳感器現(xiàn)場供電困難、設(shè)備運(yùn)行可靠性差、傳感器維護(hù)成本高等問題。

3月12日，河南鄭州供電公司對(duì)基于光纖測溫的電纜隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)開展現(xiàn)場測試。電力電纜分布式光纖測溫及載流量預(yù)測系統(tǒng)覆蓋該公司220千伏博耿線、110千伏耿祥線及部分10千伏電纜，顯示屏主界面上動(dòng)態(tài)展示著長達(dá)18千米電力電纜的分布位置、走向、通過的實(shí)時(shí)負(fù)荷和溫度數(shù)據(jù)。測試中，火災(zāi)模擬報(bào)警器發(fā)出連續(xù)的蜂鳴聲。在電纜隧道位置圖上，一個(gè)紅點(diǎn)不停閃爍——這是測試人員用熱水袋貼覆測溫光纜來驗(yàn)證監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況。隨后，監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警功能和接收?qǐng)?bào)警短信功能也相繼通過測試。檢修班組一致評(píng)價(jià)“建設(shè)的電力電纜監(jiān)測系統(tǒng)功能實(shí)用、運(yùn)行靈敏，對(duì)提高電力電纜運(yùn)維能力發(fā)揮重要作用”。

2016年12月26日，現(xiàn)場無源分布式光纖溫度傳感器就在湖南懷化建設(shè)的黔平線光纖復(fù)合架空地線（OPGW）抗冰線路工程開始試運(yùn)行。220千伏黔城變電站監(jiān)控室里，針對(duì)抗冰工程建設(shè)的OPGW覆冰在線監(jiān)測及融冰監(jiān)控系統(tǒng)將抗冰線路實(shí)時(shí)溫度展示在屏幕上。該系統(tǒng)基于全光纖傳感技術(shù)研發(fā)，覆蓋線路26.3千米，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測融冰線路全線溫度。此前，融冰過程沒有傳感器測量融冰線路的溫度，加載電流大小、融冰時(shí)間長短完全根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場估計(jì)。在整個(gè)融冰過程中，工作人員總會(huì)擔(dān)心溫度過高燒毀線路。光纖傳感則融冰過程實(shí)現(xiàn)可控、可視。目前，這種傳感器也在江西九江110千伏妙星線等線路開展應(yīng)用，顯著提高了電網(wǎng)抗自然災(zāi)害的能力。

架空線路覆冰監(jiān)測及融冰控制系統(tǒng)在湖南輸電線路上應(yīng)用

為無線充電設(shè)備電流檢測配備“聽診器”

大功率無線充電設(shè)備周圍存在較強(qiáng)的磁場，通用的溫度傳感器和磁場傳感器很難在強(qiáng)磁場中準(zhǔn)確測量，而且這種傳感器中存在金屬導(dǎo)體，會(huì)影響無線充電的磁場和傳輸性能。此外，由于無線充電設(shè)備緊湊，布置多個(gè)傳感器也會(huì)導(dǎo)致各傳感器之間相互干擾，影響傳感精度。中國電科院項(xiàng)目組針對(duì)無線充電設(shè)備檢測中的問題研發(fā)了特種光纖電流傳感器，大幅降低了溫度和磁場波動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響。

特種光纖電流傳感器溫度特性優(yōu)異，抗強(qiáng)電磁干擾，電流測量范圍為20～2000安，測量誤差≤1%。該種傳感器能夠滿足無線充電系統(tǒng)對(duì)電流、磁場測量的需求。

2019年6月，中國電科院電工所利用該傳感器開展了電動(dòng)汽車無線充電設(shè)備檢測測試。試驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器能夠準(zhǔn)確測量無線充電設(shè)備周圍環(huán)境磁場強(qiáng)度，可為無線充電站的推廣建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

目前，中國電科院的智能傳感器研發(fā)成果已在江西、北京、遼寧、河南等多個(gè)省份開展試點(diǎn)應(yīng)用，累計(jì)減少運(yùn)維開支約11342.6萬元。項(xiàng)目緊密結(jié)合電網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展趨勢，應(yīng)用涉及電網(wǎng)多環(huán)節(jié)基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)控、關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測，極大地降低了運(yùn)維檢修成本，同時(shí)支撐了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)施與設(shè)備發(fā)生重大運(yùn)行事故和災(zāi)害事故，有力保障了工商業(yè)、企業(yè)及居民客戶的生產(chǎn)生活可靠用電。

全面感知驅(qū)動(dòng)能源互聯(lián)，“開展智能傳感器等電力物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)技術(shù)研究”是公司2020年重點(diǎn)工作任務(wù)之一。中國電科院充分發(fā)揮全專業(yè)與跨學(xué)科融合優(yōu)勢，同時(shí)依托國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院柔性組織、專項(xiàng)攻關(guān)等創(chuàng)新機(jī)制，開放吸納內(nèi)外部學(xué)術(shù)、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)觀點(diǎn)，已梳理出“發(fā)-輸-變-配-用”五大感知場景六大量綱134種主要傳感裝置應(yīng)用布局，凝練出先進(jìn)感知、邊緣計(jì)算、微源取能、安全連接、可靠防護(hù)五大類20項(xiàng)基礎(chǔ)核心技術(shù)攻關(guān)方向和“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-人-資產(chǎn)”六大領(lǐng)域20類新型感知終端研發(fā)方向。中國電科院將依托公司“電力智能傳感技術(shù)與應(yīng)用”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將智能傳感專業(yè)作為重點(diǎn)專項(xiàng)全面謀劃、統(tǒng)籌布局，全力支撐公司具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)。