电力微型智能传感器研究与应用_37页_8mb

电力微型智能传感器（南网极目）研究与应用总结

核心内容

电力微型智能传感器是构建数字电网的关键组成部分，旨在实现物理电网的全面感知、实时监测和智能决策。随着“碳达峰、碳中和”战略的推进，新型电力系统建设成为重点方向，而电力微型智能传感器作为数据生产者，为电网数字化提供了基础支撑。

主要观点

• 电力微型智能传感器具有小微化、低功耗、自取能、高精度、低成本、高可靠等9项关键特征。
• 传感器在电力系统中广泛部署，用于采集物理电网运行数据、设备状态数据、运行环境数据等，实现数字电网的全观、全测、全控。
• 非侵入式测量技术是当前研究的重点，包括电流和电压测量，利用磁电阻芯片阵列和异频信号注入等方法，提升测量精度与抗干扰能力。
• 传感器产品已形成“南网极目”系列，涵盖电流、电压、电气量集成、非电气量集成等，适用于输电、变电、配电、用电等多场景。
• 传感器通过引入军工/车规级可靠性管理方法，显著提升了产品可靠性，通过第三方检测和权威机构鉴定，达到国际领先水平。

关键信息

1. 研究背景

• 国家实施“碳达峰、碳中和”战略，推动构建以新能源为主体的新型电力系统。
• 南方电网提出“以数字电网推动构建新型电力系统”的发展方向，以实现能源领域的高质量发展。

2. 技术研究进展

2.1 敏感元件

• 磁场传感芯片（TMR）：研发高性能MTJ结，提升灵敏度至数百mV/V/Oe，量程达数千Oe。线性度从1%提升至0.2%。
• 电场传感芯片：实现量程覆盖100kV/m，精度1%，频域DC-1kHz。
• 气敏芯片：研制MEMS钯金合金气敏芯片，提升灵敏度和可靠性，实现多气体检测，检出限低至ppm级。

2.2 测量方法

• 非侵入式电流测量：利用三个TMR芯片求解长直导线电流，实现高精度、低干扰测量。
• 非侵入式电压测量：采用异频信号注入与分布电容分压方法，实现高精度电压测量。
• 电流电压集成反演：结合非侵入式测量与反演算法，实现对电流和电压的同步测量。

2.3 高效取能

• CT取能方法：发明μW~mW级宽范围自适应能量收集调理方法，实现无源无线取能。
• 能量收集调理电路：通过迟滞比较电路实现小电流情况下的能量收集与数据发送。

2.4 可靠通信

• 高可靠无线近场通信：提出光电协同通信技术，实现超高可靠性、低时延、低功耗通信。
• 低功耗近距离无线通信对时：实现百纳秒级、百微瓦级对时，无CPU干预，稳定可靠。

2.5 智能传感系列产品

• “南网极目”系列：涵盖电流、电压、电气量集成、非电气量集成等20余款传感器及装置。
• 输电线路多物理量集成传感器：集成导线温度、电流、弧垂、舞动、环境参数等，实现输电线路全景实时监测。
• 配电领域产品：实现中低压设备运行状态及环境的透明化，支持远程维护与在线升级。

2.6 产品可靠性提升

• 引入FMECA质量管控、ESS筛选试验、国军标管理体系等，从设计到售后全面提升产品可靠性。

2.7 产品产业化

• 极目系列传感器已通过广东质检院等机构检测，纳入国资委《中央企业科技创新成果推荐目录（2022年版）》等目录。
• 在多个国际论坛和展会中展示，获得央视新闻、人民日报等央媒报道，影响力显著。

3. 趋势展望

• 聚焦电力行业生产需求：解决强磁场、高电压环境下微型传感器的灵敏传感机理与精准转换机制，实现非侵入式监测。
• 瞄准前沿传感技术突破：研究宽温域高精度量子电流传感器，实现无源无线、微型化、高精度、全国产化等目标。
• 推动标准化工作：中电联电力微型智能传感标委年度会议推动标准化进程，构建电力行业新型智能产业交流合作平台。

产品应用与影响

• 配电领域：在全国范围内规模化部署，覆盖智能配电、新能源、轨道交通等场景。
• 输电领域：多物理量集成传感器在500kV输电线路安装数百套，实现异常事件的及时发现与处理。
• 行业影响：获得国内外广泛关注，推动新型电力系统发展，助力实现“双碳”目标。

总结

电力微型智能传感器技术研究与应用取得了显著进展，为构建数字电网和新型电力系统提供了坚实的技术支撑。通过技术创新和产品体系构建，实现了电网运行的全面感知、智能决策与高效管理，推动了电力行业的数字化转型与高质量发展。