數據來源：國家能源局 　　制圖：沈亦伶

　　利用金剛石量子材料，精准感知電網電流變化﹔基於量子隧穿原理，精確測量電力杆塔傾角和設備姿態﹔憑借量子點氣體敏感材料，極早預警電纜火災隱患和開關櫃內部局部放電故障……位於安徽省合肥市的合肥候店220千伏量子應用示范變電站，處處都有“量子”的科技味。

　　合肥候店量子應用示范變電站於2024年11月正式投運，是國內首座量子應用示范變電站。該站投用了18類85台套自主研發的電力量子技術成果，覆蓋量子測量、量子通信和量子計算三大方向，是新型電網與前沿量子技術深度融合的標志性成果，開創了量子技術在電網工程中體系化應用的先例，為破解傳統電網發展難題、構建新型電力系統提供了“量子方案”。

　　“一年多的運行証明，量子技術不是‘花架子’，而是保供電、促發展的‘硬支撐’。”國網安徽省電力有限公司電力科學研究院數字化所青年總師田騰說。

　　探秘：量子科技助力軟硬件提質升級

　　走進合肥候店量子應用示范變電站，沒有看到戶外林立的電氣設備，也沒有看到值班人員。

　　“這就是新一代無人值守智能變電站。”田騰說，“我們使用了大量的量子精密測量設備代替人工巡檢，可以更迅速地發現和診斷設備的隱患和故障，減少電力系統巡檢和運營成本。”

　　在變電站的高壓開關室，一排排供電設備穩定運行。田騰在一座停運的開關櫃前站定，指著櫃子側邊一個“小盒子”說：“這是量子點多參量傳感器，可以監測櫃子內部環境的狀態和局部放電的特征信號，判斷開關櫃內部的健康狀態。”他又指著安裝在底部電纜上的另一個“小盒子”說：“這是配網電流傳感器，可以實時掌握線路負荷狀態，快速、精准定位線路故障點。”

　　量子科技賦能，不僅體現在幾個“小盒子”裡。樓頂的量子激光雷達，可以監測15公裡范圍內的大氣顆粒物、雲層等信息，提前預警氣象災害風險﹔輸電杆塔上的量子姿態傳感器，可以精准感知地球磁力萬分之一的微弱磁場，准確判斷杆塔姿態﹔電力量子加密設備，提供光纖量子保密通信和“5G+量子”加密通信，大幅提升通信安全性。此外，還有可用於大功率直流充電樁電能計量的一體式量子直流電能表、可對鐵磁材料表面裂紋進行高精度定位的量子無損探傷儀、電纜火災隱患早期即可預警的量子點火災傳感器……整座變電站，量子科技的應用隨處可見。

　　不僅有硬件，還有軟件。變電站應用了基於量子計算的電網潮流計算方法，並在國產量子計算機“本源悟空”上完成了真實電網拓扑網架的計算驗証。“這一突破為大規模電網仿真計算提供了全新的技術路線，有望進一步提升電力系統實時分析計算能力。”田騰說。

　　建設：克服難關打通落地“最后一公裡”

　　為何要打造這樣一座“量子變電站”？

　　“傳統電網在應對高比例可再生能源、高比例電力電子設備接入時，逐漸暴露出三大痛點：設備狀態監測精度不足、響應滯后﹔數據傳輸與控制指令的安全防護存在短板﹔傳統計算機算力瓶頸難以支撐海量控制對象快速決策需求。”田騰說，量子科技是國家戰略布局的重要方向，安徽在量子領域具備優勢，依托量子技術發展新型電網勢在必行。

　　如電力工程這般的“龐然大物”，與神秘的量子結緣，並非易事。

　　在GIS（氣體絕緣組合電器設備）室內，纏繞在電纜外圍的一個個“圓環”引人注意。

　　“這是我們自主研發的量子電流互感器，具備對電網主網電流進行監測、計量和保護的功能，避免了傳統互感器的磁飽和、小電流精度不足等問題，具備測量精度高、溫漂小、抗干擾能力強、絕緣簡單等優點。”國網安徽電科院電力量子感知實驗室負責人趙龍介紹。

　　設備研發之初，擺在面前的是國內無先例、無標准、無成熟方案的三重難關。“當時我們遇到的最大難題是高品質的金剛石傳感材料被國外斷供，項目幾近停擺。”趙龍說，“后來，我們嘗試向相關材料研發團隊定制，但當時高純度金剛石研究在國內幾乎還是空白。一切都是從頭開始，經過反復試驗和測試，終於取得了突破。”

　　然而，現場抗干擾、工程化適配等難題接踵而至。量子信號極微弱，現場強電磁環境極易造成信號失真﹔實驗室可行的原理樣機，一到變電站現場就頻繁“水土不服”﹔高精度要求與工業級穩定性難以兼顧……

　　“連續幾個月，我們白天泡在變電站現場採集數據、調試參數，夜晚扎進實驗室優化算法、改進封裝結構與屏蔽方案，在高低溫、強振動等極端環境下開展了上百次測試。”趙龍說，“當現場屏幕上量子電流互感器的電流數據正確顯示時，團隊所有人都歡呼起來——我們打通了量子測量技術從實驗室到工程落地的‘最后一公裡’。”

　　根據測算，應用量子技術后，合肥候店量子應用示范變電站每年可減少電量誤差超50萬千瓦時，電網運行可靠性與經濟性大幅提升。眼下，多款量子產品在馬鞍山、宣城、淮北、黃山等地已實現落地應用，並逐步走向全國。

　　未來：“量子+電網”創新持續推進

　　在國網安徽電科院電力量子感知實驗室，研究人員正在忙碌，工作台上有多個正在研發中的量子新設備。

　　“我們持續進行量子新技術、新產品的探索和實驗。目前，量子互感器、一體化量子電能表、量子點多參量傳感器等多款產品已實現迭代，監測精度從千分之一躍升至十萬分之一。”趙龍說，“我們正致力於量子氣體傳感技術研究，通過量子精密測量，達到十億分之一的監測極限，助力極早期發現電氣設備缺陷，有望為電氣設備狀態評估與故障診斷帶來重大助力。”

　　今年4月23日，國網安徽省電力有限公司牽頭成立國內首個電力量子標准化技術委員會。“委員會的成立，標志著電力量子標准化工作從頂層設計邁入標准研制的實質性階段，對量子技術在電力領域的發展具有積極意義。”趙龍說。

　　“合肥候店量子應用示范變電站是新型電網與量子技術結合的典型案例，我們將以此為起點，把量子科技進一步推廣到電力系統的各個環節。目前已經計劃在更高等級的變電站進行新的示范工程建設。”田騰說。

　　“未來，我們將聚焦電力量子產業化前沿，目標是建成安徽電力量子保密通信網、量子精密測量產品功能測試和性能驗証平台、面向電力系統仿真計算的專用量子計算機系統，打造量子技術與新型電力系統建設結合的樣板。”國網安徽省電力有限公司科技部科研處處長羅超介紹。

　　《 人民日報 》（ 2026年07月29日 07 版）