江 秀 臣13901712098 ， xcjiang@sjtu.edu.cn

上海交通大学电气工程系 教授国家能源智能电网（上海）研发中心 主任国家科技部智能电网 863 专项专家组 副组长上海交通大学信息技术与电气工程研究院 副院长

一、智能电网与传感技术二、国家电网公司智能电网规划中的传感技术三、智能电网传感技术分类四、传感技术应用案例

科技部《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》

为支持智能电网发展，需要对以下产业进行布局 :

（ 1 ）清洁能源发电。智能电网建设将大幅度提高电网接纳间歇性清洁能源发电能力，是清洁能源发电进一步快速发展的前提；（ 2 ）清洁能源发电设备制造，如风力发电、太阳能发电等 ;

（ 3 ）新材料产业，如光电转换材料、储能材料、绝缘材料、超导材料、纳米材料等；（ 4 ）电网设备制造产业，如新型电力电子器件、变压器等；（ 5 ）信息通信、仪器仪表、传感、软件等；（ 6 ）新能源汽车产业。

传感器接口及植入技术，电子式互感器（ EVT/ECT ）的集成设计技术，智能开关设备的技术标准体系及智能化实施方案；

适用于气体介质的压力与微水、高抗振性能的位移、红外定位温度、声学、局部放电信号等传感器及接口技术，各类传感器的可靠性设计技术和检验标准；

高压设备基于 RFID 、 GPS 及状态传感器的一体化识别、定位、跟踪和监控的智能监测模型，输变电设备智能测量体系下的全景状态信息模型。

实用的新型电力参量传感器，以及多参量感知集成的无线传感器网络技术、多测点多参量的光纤传感网络技术；

多种传感装置的融合技术；电力传感网综合信息接入与传输平台技术；

电力物联网编码技术、海量数据存储、过滤、挖掘和信息聚合技术；

新一代高性能电力线载波（宽带 / 窄带）关键通信技术；电力新型特种光缆及试点工程，新型特种光缆设计、制造、试验、施工、运维等配套支撑技术及基本技术框架，新型特种光缆的应用模式和技术方案。

1

满足新能源布局下我国大范围电能安全优化调配需求的输电网结构问

题。

2

实现我国主干输电网潮流灵活控制的技术

架构问题。

3

通道畅通共享，信息无缝集成的智能化变电站的构建问题。

科学问题

4

具有对潜在故障自我检测、自我保护能力的智能化输电线路和智能化高压设备的研

制问题。

关键技术

1 与新能源结构相适应的输电网规划技术和标准

2 输电网的灵活功率控制技术

3 智能变电站技术体系和标准

4 智能化一次电力设备（变压器、开关）技术和标准

5 输电网的状态监测和状态检修技术

国家电网公司规划

电网基础体系 技术支撑体系智能应用体系 标准规范体系

一个目标

三个阶段

两条主线

四个体系

五个内涵

坚强智能电网

技术主线管理主线

2009-2010 年： 规划试点阶段2011-2015 年： 全面建设阶段2016-2020 年： 完善提升阶段

坚强可靠 经济高效清洁环保 透明开放 友好互动

六个环节 发电 输电 变电 配电 用电 调度

3 、建设输电线路状态监测中心，实现对特高压线路、重要输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境和运行状态参数的集中监测和灾害预警。4 、广泛采用柔性交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性，技术和装备全面达到国际领先水平。

1 、加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网。2 、全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理。

发展目标：

与传感器相关的坚强智能电网环节

1 、特高压后续交直流工程建设。

2 、跨区联网工程建设。实现新疆与西北主网联网、西藏与青海联网运行。

3 、开展特高压可控电抗器等关键技术研发并示范应用。开展柔性输电关键技术研究。

重点工作：

4 、全面实施线路状态检修和全寿命周期管理。

5 、建立输变电设备状态监测中心及灾害预警系统。

坚强智能电网输电环节

〔 2009 〕 1435 号 ( 关于印发《智能电网关键设备（系统）研制规划》通知；2008 年《架空输电线路在线监测系统通用技术条件》等 4 项；2009 年《智能变电站技术导则 》、《智能变电站设计规范》；2010 年《高压设备智能化技术导则》2010 年《智能变电站合并单元技术规范》、 《智能变电站测控单元技术规范》、 《智能变电站继电保护技术规范 》 等数项；2010 年《输电线路状态监测系统技术规范》、《输电线路状态监测系统建设原则》；2010 年《输电线路状态监测代理技术规范》、《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》等 9 项规范〔 2010 〕 1 号 ( 关于印发电力变压器、高压开关设备智能化技术条件的通知 ) ；〔 2010 〕 95 号 ( 关于印发输变电设备状态监测系统概要设计及相关数据规范、通信技术方案的通知；2011 年《变电设备在线监测系统技术导则》；2011 年《变电设备在线监测系统运行管理规范》等 5 项标准2011 年《变电设备在线监测 I2 接口网络通信规》

中国证券报 | 发布日期： 2013-05-28 对电力设备进行必要监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性、安全性具有重要意义。随着在线监测技术不断发展和成熟，以及在线监测技术近年来在我国电力系统的成功应用，状态检修替代定期检修已被电力系统所接受和认同，成为设备检修的必然趋势。

　国家电网公司明确提出，要从 2010年起开始全面推广实施设备状态检修，全面提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备智能化监控。

　　电力设备在线监测技术是指直接安装在电力设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量和诊断系统及技术。在线监测系统一般由先进的传感器技术、计算机与信息处理技术、通讯系统、专家分析系统及较为完备的系统数据信息库组成

　　电力设备在线监测领域投资价值凸现，在线监测产品的下游需求高增长可以维持。一是电网公司实行状态检修与建设智能电网的战略已经确定，电网可靠性要求更加严格，在线监测产品已是其不可或缺的重要组成；二是除新增变电站需求外，存量改造部分有更大的空间；三是在线监测产品有从单一产品监测到变电站综合监测系统发展的趋势。除此之外，随着电力设备日益增加和线路工人的短缺，电网更需要依赖在线监测产品提高管理水平。

1 、电压传感器（互感器）：与传统一致。2 、电流传感器（互感器）：全光 CT （重点与难点）

3 、相位： PMU ，目前主要为广域测量系统（ Wide Area Measurement System, WAMS)服务，其用途逐渐在挖掘中。

风能、太阳能、电网设备热容量、电力设备老化、状态评估、外绝缘、覆冰等都与环境气象条件有关。

1 、温度：设备输送容量、外绝缘电阻、老化。红外、集成温度传感器。

2 、湿度：外绝缘电阻。湿度传感器。3 、风参数：风电预测、输送容量、导线舞动。风力风向集成传感器、加速度风力传感器。

4 、日照强度：紫外、辐射、设备老化、输送容量。气象用。5 、雨量：外绝缘、输入容量。气象用。6 、雪：覆冰、冰闪。间接计算。

电网信息比较简单：电压、电流、相位三个参数就可以计算电网容量、有功、无功、电能质量、谐波，用于电网安全稳定、自动化、继电保护、故障定位等。而且频率基本在 50Hz左右，容易测量。

设备信息则数量繁多，一是设备品种繁多，二是设备状态评估复杂。既有电量如电压、电流、功率，又有非电量如物质成分、机械参数、环境参数。而且，参数频率从直流可到 6GHz ，从微弱信号纳秒、纳伏、微安、 PPM到千伏、千安、秒量级。信号范围很广。

比如电量传感器器：局部放电传感器：高频传感器器 10MHz-300MHz ，特高频 UHF 传感器 300MHz-3GHz ，常规局放传感器30KHz-200KHz即可，定位传感器可达 6GHz ，局部放电是电力设备状态评估的重要参数。

再如物质成分传感器：气体成分传感器， GIS里的微水、 SF6 分解物、变压器油中气体氢气、甲烷、乙炔等。

其它比较难的还有空间电荷传感器、带信号处理的智能传感器等，都在

案例 1 - 智能输电

国家电网公司智能电网输电环节设备的研制规划

风速、风向

气温、湿度

气压、雨量

日照辐射

分布电压

泄漏电流

绝缘子监测

微气象监测

杆塔监测雷击闪络

张力

倾角

力学参数监测

杆塔倾斜

导线监测

视频监控

光伏电源管理

分布式监控终端

线路监测信息：广域、全景、实时、准确可靠

短信

导线温度

故障定位

线路电流导线覆冰

导线舞动

视频图像

太阳能电板最大功率点跟踪

电池保护

电量计

通讯管理

远程通讯

GPRS/CDMA3G

通讯解决方案：可靠、灵活、功能强大

通讯管理机及分布式监控终端软件可实现远程升级 现场总线

以太网

Zigbee

有线网络

无线网络

综合监控平台

线路信息系统

DLR动态提高输送容量系统 专家系统

绝缘子状态评估

导线覆冰预警

导线舞动预警

图表、曲线、数据、视频用户管理、参数配置

WEB信息查询 短时容量预测

导线温度模型(CTM)

气候模型（WM)

确定最大输送容量

导线安装单元采用无线网络

现场无线维护、诊断

S1 S2 S3 S4S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 M1 M2 M3 C M2 CM1S6

S6

M1

M2

C

S6

M1

M2

C

S6 M1 M2 C

S6

M1

M2

C

CBDS1

GS1

DS2

GS2

HGS

系统网

S1 S2 S3 S4

智能组件

注：1. S1:温度2. S2:湿度3. S3:气体压力4. S4:局部放电5. S5:分合闸线圈电流6. S6:机构电机电流7. S7:机械特性8. M1:机构储能报警9. M2:位置10. M3:压力闭锁11. C:控制信号

检测

控制

测量

光纤

机构箱

机构箱 机构箱

机构箱

机构箱断路器机构箱

S9 电压、电流

油中溶解气体

底层油温

OLTC

C

有载调压冷却系统

智能组件

注：1. S1 S2 S3 S4、 顶层油温， 、 底层油温2. S5 S6 S9 S10、 、 、 电压、电流3. S7 S8、 局部放电4. S11气体继电器5. S12油中溶解气体

S5 S6

6. S13油中水分7. S14铁芯接地电流8. C冷却系统9. OLTC有载调压系统

S1 S2

S3 S4

S7

S12

S14S8铁芯接地电流局部放电

顶层油温

局部放电

电压、电流

系统网络

S13

S11气体继电器

油中水分

S10

站控层通信网络

变压器监测主IED

综合测量IED

局部放电监测IED

铁心接地电流监测IED

变压器套管绝缘监测IED

UHF、AE、HFCT传感器

铁心接地电流传感器

套管末屏传感器

有载调压开关监测IED有载调压开关振动和电流

过程层通讯网络

油色谱及及微水监测IED

变压器本体 变压器智能组件柜

站控层服务器

IEC61850

放油阀

绕组光纤温度、油温、油位、环境温度、湿度等

可 接 入过 程 层

IEC61850

声学指纹监测IED振动传感器

变压器智能组件监测功能组主要的监测参数包括油中气体、局部放电、振动、微水、油温、泄漏电流等，监测部件包括油纸、套

管、有载开关、铁心、线圈等

变压器智能组件监测功能组主要的监测参数包括油中气体、局部放电、振动、微水、油温、泄漏电流等，监测部件包括油纸、套

管、有载开关、铁心、线圈等

站控层通信网络

系统测控装置

合并单元

局部放电监测I ED

SF6气体状态监测I ED

避雷器监测I ED

UHF传感器

SF6微水、密度、温度传感器

泄露电流传感器

断路器动作特性监测I ED振动传感器、电流传感器

过程层网络

状态监测主I ED

I EC61850

I EC61850

GI S本体 GI S智能组件柜

站控层服务器

I EC61850

I EC61850

系统由 GIS 局部放电监测 IED、 GIS 气体状态监测 IED 、断路器监测 IED 、避雷器监测 IED 、等子 IED及 GIS 监测主 IED

等部分构成。

系统由 GIS 局部放电监测 IED、 GIS 气体状态监测 IED 、断路器监测 IED 、避雷器监测 IED 、等子 IED及 GIS 监测主 IED

等部分构成。

1 、传感器：电量（电压、电流、局放）、非电量（温度、物质成分（ SF6杂质、油中气体）、微水、视频）、振动、

超声波等；2 、电子测量元件：高可靠性的电子元器件；放大、滤波硬

件；抗干扰软硬件等；3 、高级应用（智能）分析软件：信号处理、状态评估、寿

命预测、图像识别、基于云（计算）的软件等；4 、基于物联网的无线通讯模块、物联网传感器等。

系统特点：低成本、广覆盖、易安装维护

单机组综合信息采集单机组综合信息采集

配网设备、线路、变电站局放、温度、外

观等

风信号

振动信号振动信号

定子、转子电压、电流动态同步信号定子、转子电压、电流动态同步信号振动信号振动信号

发电机温度

机舱温度、振动

发电机温度

机舱温度、振动

覆冰、腐蚀、外观、场景

图像

覆冰、腐蚀、外观、场景

图像

叶片覆冰、变形、各类机械件裂、

损声发射

叶片覆冰、变形、各类机械件裂、

损声发射

箱变状态信号 :开关量、温度、

局放等

箱变状态信号 :开关量、温度、

局放等

综合智能监控系统综合智能监控系统

无线或光纤无线或光纤

区域数据中心区域数据中心

案例 4- 新能源发电 - 风电场监测案例 4- 新能源发电 - 风电场监测