配电设备状态监测技术及应用

量子技术发展现状及在配网的应用

国家政策支持

• 2016年，国务院将量子科技列入“十三五”国家战略性新兴产业发展规划。
• 2024年，国务院工作报告提出开辟量子技术等新赛道，创建未来产业先导区。
• 2025年，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》首次将量子科技置于未来产业布局首位。
• 各地政府也出台相关政策，如陕西、湖北、安徽、上海、成都、湖南、浙江、江西、广州等地均推出支持量子科技发展的规划。

电力量子技术里程碑事件

• 2017年4月，首届中国国际进口博览会应用电子量子加密机。
• 2018年11月，国网上海电力将量子通信技术应用于进博会保电工作。
• 2019年10月，国网安徽电力建成调度自动化量子示范网络。
• 2020年10月，国网浙江电力实现亚运主场馆数据紧密互联。
• 2021年10月，世界首台量子电流互感器研制成功。
• 2022年6月，世界首座量子应用示范变电站“候店变”投运。
• 2023年4月，国内首条基于量子加密无线通信的全自动化架空线路投运。
• 2024年3月，国网安徽电力建成国内首个电力量子感知实验室。

量子技术概述

• 核心概念：量子是物理世界中最小、不可再分割的基本能量单元，三大原理为量子叠加、量子不可克隆、量子纠缠。
• 技术路线：基于三大原理演化出量子测量、量子计算和量子通信三大应用方向。

量子测量应用技术

• 量子隧穿效应：利用量子隧穿磁阻（TMR）传感器实现磁场强度、方向的测量，应用于电流测量和行波故障定位。
• 量子点技术：利用量子点材料的表面效应和光学、电学性质，实现火灾监测、磁场测量和电流测量。
• 金刚石NV色心：利用金刚石NV色心量子传感技术实现非接触式电流测量和校准。
• 单光子探测技术：实现对极微弱光信号的捕捉和计数，应用于防灾减灾。

量子通信应用技术

• 量子密钥分发（QKD）：利用量子力学原理实现信息论安全的密钥生成和分发，保障通信无条件安全。
• 量子随机数生成（QRNG）：基于量子力学内在的随机性，产生完全不可预知的随机序列，用于密码学等场景。

量子计算应用技术

• 超导量子计算：利用超导材料在极低温下制造量子比特，实现量子态的叠加与纠缠，解决复杂问题。

量子技术在配网的应用

• 系统架构：分为量子感知层、智能分析层和业务应用层。
• 技术应用场景：
  • 量子隧穿效应：应用于电流测量和行波故障定位。
  • 金刚石NV色心：应用于电流校准。
  • 量子点技术：应用于电缆火灾监测和开关柜局放监测。
  • 单光子探测技术：应用于防灾减灾。
  • 量子随机数技术：应用于信息加密传输和存储。
• 应用案例：
  • 合肥庐连交口开闭所量子站房：将量子技术深度应用于配电侧，实现全时段、高精度状态感知。
  • 合肥高新区杨林路国网智慧能源服务站：首创应用量子直流电能表、量子点多参量传感器等关键设备，解决车网大功率互动测不准的难题。

未来展望

• 当前应用落地问题：安装空间适配不足、易受复杂电磁环境干扰、缺乏统一的工程化标准、成本控制难度大。
• 核心任务：攻克配网场景下量子测量与量子通信的工程化瓶颈，完成适配配网全场景的产品定型，形成可低成本、大规模部署的技术体系。
• 量子技术升级：面向电力系统的量子技术规模化应用效能提升与产业生态建设。
• 电网效能提升：通过规模化部署，实现配网计量、运维安全的全维度效能提升，达成全生命周期成本降低60%以上的核心目标。
• 行业标准引领：主导构建配网领域量子测量与量子通信的标准体系，完成标准制定，打造行业标杆，形成可复制的产业生态。