2024-09-23-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

柔性传感器作为传感技术的重要发展方向，正在逐步应用于电网的多个领域，如输变电、电缆、直流及储能等。其优势在于高灵敏度、高适应性、低成本和智能化，能够实现对电力设备状态的深度感知和实时监测，为电网的数字化、智能化转型提供关键技术支撑。

主要观点

1. 传感技术应用现状

当前，电网中已广泛应用各类传感器，包括变压器油温、GIS特高频、超声局放、电缆高频局放、输电线路可见光摄像机等。然而，现有传感器在准确性、时效性、智能化、可靠性、适应性及成本等方面仍存在较大差距，无法完全满足电网对设备状态监测的高要求。

• 准确性不足：如电缆测温光纤传感器只能反映环境温度，无法捕捉电缆运行信息。
• 时效性差：如变压器油色谱检测周期较长，无法及时发现快速发展的缺陷。
• 可靠性问题：传统压电陶瓷材料在跌落后灵敏度显著下降，而柔性材料具备更好的耐跌落性能。
• 成本高：部分传感器成本高，难以实现大规模应用。
• 适应性有限：传统传感器难以适配复杂曲面或狭小空间的安装需求。

2. 柔性传感器典型应用

1. 柔性广域声传感器

• 材料优化：采用高性能压电功能材料，通过调控三维修饰压电填充相、导电相、偶联剂材料成分，提高材料力学与电学性能。
• 器件设计：基于高压静电纺丝技术制备连续薄膜，实现大覆盖面积与高灵敏度。通过聚酰亚胺-碳纳米管导电复合材料封装，屏蔽外部电磁干扰。
• 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，实现对局部放电和异常振动的检测。
• 优势：柔性贴合、高灵敏度、低成本、小体积，适合异形曲面及狭小空间。

2. 柔性高频电流传感器

• 配方升级：通过磁性离子占位分布设计，提升单位截面积磁导率，提高灵敏度。
• 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，折弯2000次以上性能衰减不超过1%。
• 应用特点：秒级检测电弧放电，体积小、质量轻，适用于大口径电缆和狭小空间，成本显著降低。
• 应用方向：用于变压器出线、套管、电缆终端、换流阀IGBT芯片及储能电池单体监测，提升设备运行可靠性。

3. 柔性传感器存在问题

• 标准缺失：需制定新的标准和规范以指导研发和应用。
• 长期可靠性不足：需要通过实际应用验证其耐候性与稳定性。
• 数据关联度低：检测频带更宽、灵敏度更高，但需进一步研究测试结果与设备状态的关联性。
• 应用范围有限：目前柔性传感器类型较少，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

柔性传感器未来发展趋势

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，感知设备状态参量，提供数据支持设备运行状态评价。
• 利用其表面贴合度好、体积小、质量轻、灵敏度高、频带宽等特性，实现对设备状态的深度与广度感知。

2. 面向人员安全作业

• 柔性传感器将用于电力特殊作业场景，如高空带电作业、配电带电作业等，实时监测作业人员体征状态。
• 解决当前体征监测研究中缺乏对运动过程中体征分析的问题。

3. 未来应用场景探索

• 初步探索：实现部分典型柔性传感器的功能验证和规模应用，需在灵敏度、稳定性、线性度、可靠性、耐候性等方面持续优化。
• 广泛应用：实现声、光、热、磁、电、分解产物等多类型柔性传感器的广泛应用，需突破新材料与新机理，适配多场景。
• 全面融合：柔性传感器将与设备外壳、绝缘介质全面融合，成为设备的“骨骼”和“皮肤”，实现功能互补与协同。

总结

柔性传感器在电网中的应用具有广阔前景，能够提升设备状态监测的准确性、时效性和智能化水平。然而，其在标准化、长期可靠性、数据关联度等方面仍面临挑战。未来，随着材料、结构设计和制造工艺的不断优化，柔性传感器将逐步实现从试点应用到广泛部署的转变，成为电网数字化、智能化的重要支撑技术。