【中国电力科学研究院】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

柔性传感器作为新一代传感技术，在电网中展现出广泛的应用前景。其在输变电、输电、直流及储能等领域具有重要的应用价值，能够实现对电力设备状态的精准感知与实时监测。然而，目前柔性传感器在准确性、可靠性、适应性、智能化、成本等方面仍存在较大提升空间，需通过技术创新和标准制定推动其发展。

主要观点

1. 传感技术应用现状

• 数字化与智能化融合：电网的数智化建设依赖于传感器的全面应用，以实现全链条、全要素的感知与分析。
• 现有传感器不足：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难以满足电网设备管理的高要求。
• 应用场景广泛：目前输变电领域已广泛应用多种传感器，如变压器油温、GIS特高频、电缆高频局放等，新兴传感器如声纹、光纤局放等也在试点阶段。
• 技术瓶颈：传感器长期可靠性不足、成本高、受环境干扰大、数据分析能力有限，限制了其大规模推广。

2. 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连续薄膜，提高灵敏度和耐高温性能；加入导电碳纳米管实现电磁干扰屏蔽。
• 现场应用：已在宁夏沙坡头750kV变电站试点，应用于变压器、GIS等设备。
• 优势：
  • 高准确：可贴合曲面设备，提升检测灵敏度；
  • 低成本：柔性材料耐跌落，成本显著降低；
  • 高适应：厚度为mm级，适合狭小空间应用。

2. 柔性高频电流传感器

• 配方升级：通过磁性离子占位分布调整，提升磁导率和灵敏度。
• 工艺优化：采用流延工艺替代模压工艺，实现任意尺寸、高柔韧性，性能衰减低于1%。
• 应用优势：
  • 时效性高：可秒级检测电弧放电，提前预警；
  • 适应性好：体积小、质量轻，适合大口径电缆及狭小空间；
  • 成本低：适用于套管、电缆等设备，成本可大幅降低。

3. 柔性传感器存在问题

• 标准与规范缺失：需制定新的标准和规范以指导研发与应用。
• 长期可靠性不足：需通过实际应用验证其耐候性和稳定性。
• 数据分析能力有限：检测频带更宽、灵敏度更高，但需进一步研究其与设备状态的关联度，提升诊断能力。
• 应用场景有限：目前类型较少，仅在部分厂站试点，需加强验证以实现规模化应用。

关键信息

柔性传感技术发展趋势

1. 面向设备运行管理

• 目标：实现对各类电力设备运行状态的深度感知。
• 特点：柔性传感器具有良好的贴合性、灵敏度和频带宽度，可提升监测的广度与深度。

2. 面向人员安全作业

• 目标：保障电力特殊作业人员的安全。
• 特点：监测施工人员体征参数，实现运动过程中的实时预警。

3. 初步探索阶段

• 目标：实现典型柔性传感器的功能验证和规模应用。
• 挑战：提升灵敏度、稳定性、线性度、可靠性及耐候性。
• 核心：优化材料、结构设计和制造工艺。

4. 广泛应用阶段

• 目标：实现内置式、表贴式柔性传感器的广泛应用。
• 挑战：突破新材料与新机理，实现多场景适配。
• 核心：适应复杂的设备状态监测和安全作业需求。

5. 全面融合阶段

• 目标：柔性传感器与设备外壳或绝缘介质全面融合。
• 挑战：实现新材料与新原理的突破，推动功能互补与协同。
• 愿景：成为设备的“骨骼”和“皮肤”，实现智能化运维。

总结

柔性传感器在电网中的应用正逐步深入，其在提升设备状态监测精度、实现低成本规模化应用方面具有显著优势。然而，仍需在材料、工艺、数据分析及标准制定等方面持续突破。未来，柔性传感技术将朝着全面融合、广泛应用和智能化运维方向发展，为电网安全运行和人员作业安全提供有力支撑。