中国电力科学研究院（陈川）：2024年柔性传感器在电网中的应用及发展趋势报告-21页_1mb

柔性传感器在电网中的应用及发展趋势总结

核心内容

柔性传感器在电网中的应用正逐步扩展，其在数字化、智能化电网建设中发挥着重要作用。随着电力设备状态监测和人员安全作业需求的提升，柔性传感器因其优异的适应性、灵敏度和可靠性，成为未来电网技术发展的重要方向。

主要观点

• 柔性传感器具备良好的柔韧性和贴合性，能够适应复杂结构设备的曲面和狭小空间，提升检测效率和准确性。
• 传统传感器在准确性、时效性、智能化、可靠性、适应性及成本等方面存在不足，亟需技术创新以满足电网设备管理需求。
• 柔性传感器在多个应用场景中展现出优势，如变压器、GIS、开关柜、电缆等设备的局部放电和异常振动监测。
• 未来柔性传感器将向全面融合、多场景适配、高灵敏度、高稳定性等方向发展，以实现电力设备状态的深度感知和人员作业的安全保障。

关键信息

一、传感技术应用现状

1. 数字化与智能化融合

   • 电网运行与管理日益依赖传感技术，要求传感器具备更高的可靠性、智能化程度和大规模应用能力。

2. 现有传感器应用情况

   • 传统传感器已广泛应用于输变电领域，如变压器油温、GIS特高频、开关柜超声-TEV、电缆高频局放等。
   • 新兴传感器如声纹、光纤局放、套管气体-油压-温度等正在试点或初步推广。

3. 现存问题

   • 准确性不足：部分传感器无法精准感知设备缺陷，如电缆测温光纤传感器仅反映环境温度。
   • 时效性差：传统油色谱检测周期长，无法及时发现快速发展的绝缘故障。
   • 可靠性低：传统压电陶瓷材料在跌落后灵敏度大幅下降，而柔性传感器具有更好的耐跌落性能。
   • 成本高：传统传感器成本较高，限制了其大规模应用。
   • 适应性差：部分传感器难以适配复杂设备结构和狭小空间，影响检测覆盖范围。

二、柔性传感器典型应用

1. 柔性广域声传感器

   • 材料优化：采用高压静电纺丝技术制备柔性压电材料，提高灵敏度和耐高温性能。
   • 器件设计：通过导电复合材料封装，实现电磁干扰屏蔽，适用于复杂曲面设备。
   • 现场应用：已在宁夏沙坡头750kV变电站试点，用于变压器、GIS等设备的局部放电检测。
   • 优势：可贴合异形结构，提升检测灵敏度；厚度为mm级，适应狭小空间；降低安装难度和成本。

2. 柔性高频电流传感器

   • 配方升级：通过调整磁性离子占位分布，提升磁导率和灵敏度。
   • 工艺优化：采用流延工艺替代模压成型，实现任意尺寸、高柔韧性制造。
   • 性能提升：可实现秒级或分钟级电弧放电预警，提升设备运行安全性。
   • 应用优势：体积小、成本低、质量轻，适用于大口径电缆和配电变压器套管等场景。

三、柔性传感器发展趋势

1. 面向设备运行管理

   • 柔性传感器将广泛用于输变配用电设备，实现多参量感知，提升设备状态评价能力。
   • 利用其体积小、质量轻、灵敏度高、频带宽等特性，提升监测深度和广度。

2. 面向人员安全作业

   • 针对高空、带电和不带电作业场景，柔性传感器可用于监测作业人员体征，提供实时预警。
   • 解决当前体征监测研究仅限静态分析的问题，实现动态体征监测。

3. 未来应用场景探索

   • 初步探索：实现典型柔性传感器的功能验证和规模应用，主要挑战在于提升灵敏度、稳定性、线性度和可靠性。
   • 广泛应用：推动内置式、表贴式声、光、热、磁、电、分解产物等柔性传感器的全面应用，挑战在于新材料和新机理的突破。
   • 全面融合：实现柔性传感器与设备外壳、绝缘介质的全面融合，成为设备的“骨骼”和“皮肤”，挑战在于实现材料与功能的协同互补。

总结

柔性传感器在电网中的应用正逐步从试点走向推广，其在提升设备状态监测能力、保障作业人员安全方面具有显著优势。然而，当前仍面临标准规范不完善、长期可靠性不足、成本高、应用场景有限等问题。未来，柔性传感器将通过材料优化、结构设计和制造工艺改进，实现更广泛、更深入的电网应用，推动电力系统向更智能、更安全的方向发展。