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概述：
本文探讨了输电管廊数智化感知与风险预警关键技术的研究背景、典型场景、创新实践及未来展望，旨在通过先进传感技术提升电网安全稳定运行能力。
主要内容：
1. 研究背景
- 国家战略需求：欧美日将传感及微系统列为重大创新方向。美国2024年《关键和新兴技术清单》强调能源领域传感技术；《瓦森纳协定》中传感器与激光器技术被严格限制。国家能源局提出加快智能传感技术研发，以提升自主可控能力。
- 技术发展趋势：传统智能传感器集成微处理器与ASIC电路，具备数据处理功能。随着数字化和智能化发展，智能传感正向自学习、自诊断、自补偿方向演进，融合新型敏感材料、通信、微纳加工和人工智能技术。
- 电网稳定控制挑战：2024年底我国新能源装机超12亿千瓦，渗透率超40%的区域电网将成为常态。新能源高占比引发快速波动性、低惯量、电压弱支撑等问题，传统互感器在宽频扰动和惯量精准量测方面性能不足，亟需新型传感技术支持。
- 配用电负荷管理需求：亚毫秒级全景状态监测对需求侧灵活负荷资源调节至关重要。现有传感技术实时精准感知能力不足，难以满足高可靠响应需求，需借助新型传感技术提升广义负荷精准感知与自适应调节能力。
- 输变电设备运维问题：近年来，输变电装备缺陷导致多起重大事故。复杂电磁场环境下，现有传感方法灵敏度低、响应慢、抗干扰差，无法支撑设备可靠运行，亟需提升缺陷辨识与故障定位能力。
- 发展目标：提升对电网-设备-用户全环节的灵敏感知和实时观测能力，支撑新型电力系统安全稳定运行和新能源高效消纳。
2. 输电管廊典型场景
- 场景一：电缆状态多维感知与诊断决策利用高频局放、光纤温度、红外测温等传感器实现高压隧道电缆状态全方位感知，结合带电检测、运行信息等多状态量进行智能诊断，支持电缆状态快速感知与预警。
- 场景二：隧道环境全息感知与远程管控综合分析视频监控、温湿度、水位、有害气体等参量，实现电缆隧道运行环境快速感知，推送外部侵入、火灾、积水等风险预警信息至移动APP。
- 场景三：电缆智能移动巡检与实时管控借助RFID电子标签、二维码标识，配合探测器和智能终端，确保高压电缆通道巡视质量，实现巡检轨迹展示与超周期自动预警。
- 场景四：电缆故障快速定位与智能抢修部署分布式故障监测装置，实时监测故障电流及波形，基于多源系统数据实现故障精确定位与原因分析，提供后续处理方案和决策建议。
3. 创新实践
- (1) 高性能隧穿磁电阻(TMR)器件与自供能TMR智能传感器TMR器件利用量子隧穿效应测量磁场，具有高灵敏、宽频带、低功耗优势。中国电科院研发的TMR磁敏元件磁噪声154pT/Hz1/2@1Hz，灵敏度400mV/N/Oe，达到国际领先水平。基于此研发的自取能TMR智能传感器，适用于电缆护层接地电流监测，冷启动电流≥1A/5A。
- (2) 超灵敏磁电(ME)传感器件与传感器模组ME器件通过磁致伸缩层/压电层结构实现磁场测量与取能，具有超灵敏和谐振选频特性。中国电科院制备的磁电耦合系数达4297.3V/(cm·Oe)，能量收集功率密度0.36mW·Oe-2·cm-3，研制的ME传感器模组工频抑制达60dB。
- (3) 低功耗宽窄融合无线传感网与微源取能成套装置解决超低功耗无线传感网信号传输难题，研发μW级低功耗芯片及通信模组，支持≥3000个传感器接入，通信距离1km@470MHz或200m@2.4GHz。重点突破空间工频磁场取能、振动取能等技术，实现多源复合能量管理。
- (4) 光载无线延伸覆盖技术针对输电通道狭长分布特征，利用光载无线技术实现射频信号低损耗远距离传输，采用1550nm大功率激光器为节点供能，降低能耗与复杂度。
- (5) 高压电缆局部绝缘缺陷定位装置提出基于主动激励反射谱的检测方法，研制电缆局部绝缘缺陷定位装置，支持在线定位，提升潜伏性微小缺陷检测灵敏度。
- (6) 输电管廊数智化感知与风险预警综合解决方案通过宽窄带自供能无线传感器、高可靠无线传感网络和边缘融合分析平台，实现接地电流、温湿度、气体等多参量感知数据采集与融合分析，支撑本体健康、运行状态、环境状态监测。
- (7) 应用案例
- 苏通1000kV特高压GIL管廊：覆盖2.2km，接入气体、水位、温湿度等传感器，支持感知数据分析与设备管控。
- 福州220kV凤排线：部署宽窄融合接入节点和汇聚节点，覆盖600m隧道，实现防火门穿透覆盖增强。
- 成都黄忠大道地下管廊：实现电缆护层接地电流多点分布式监测，测量结果准确有效，相比传统系统具有自取能、无线通信等优势。
4. 未来展望
未来需在先进敏感材料器件、网络安全连接、边缘群智分析、融合可靠设计等方面取得突破，研发高准确度、高可靠性、微小型化、低功耗、自供能传感器及云边协同智慧诊断平台，形成自主可控产业链，构建输电场景智慧化感知体系，服务新型电力系统建设。
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