談起量子技術，可能不少人都會感到高深莫測，但實際上，作為中國“十五五”規劃前瞻布局的六大未來產業之首，量子科技在電網上的應用已經有了突破性進展。最具代表性的就是合肥候店220千伏量子應用示範變電站，這座2024年11月投入運行的電站，作為國內首座體系化應用量子技術的變電站，集中部署了18類、85台套自主研發的量子設備，涵蓋了量子精密測量、量子保密通信、量子計算三大方向，開創了量子技術在電網工程中規模化應用的先例，目前，經過一年多的穩定運行，已經從技術試驗站變成了量子技術在電網落地的標桿。

對於一線運維人員而言，應用量子技術帶來最直觀的改變，就是效率與可靠性的大幅提高，過去完成一次開關櫃局部放電檢測需要驅車前往現場、人工操作儀器，耗時耗力，而如今通過站內的量子點多參量傳感器與數字孿生系統，很快就能獲取實時數據，而且精度遠超傳統手段，能更迅速發現隱患。官方測算數據顯示，應用量子技術後，該站每年可減少電量計量誤差超50萬千瓦時，設備故障預警時間大幅提前，大大降低了因設備隱患引發的非計劃停電風險。而且即便是在夏季高溫、冬季冰雪等極端工況下，這套量子感知體系運行依然穩定，為周邊科大訊飛、國儀量子等高新技術企業提供可靠的電力保障。

合肥候店量子應用示範變電站綜合應用系統平台。（圖源：新華社）

候店變電站應用了量子技術之所以能顯著降低停電概率，最主要就是因為它解決了傳統電網的三大難題，那就是感知精度不高、通信不够安全、計算響應滯後。在應用的這些量子技術中，最關鍵的就是量子精密測量技術。在電網的核心感知設備中，有一個叫做電流互感器，它主要串聯在輸電線路、變電站開關櫃等各個關鍵節點上，負責精準地把電網大電流轉換為標準小電流，同時實現高低壓電氣隔離，為電量計量、繼電保護提供數據依據，是故障時快速跳閘、遏制事故擴大的核心感知器件。傳統的電磁式互感器靠鐵芯線圈感應電流，電流太大時，鐵芯容易達到感應上限出現磁飽和，導致數據失真，電流太小時，磁場太弱線圈感應不到，精度又跟不上。

候店量子電網變電站。

而金剛石量子電流互感器則不同，它是一塊經過特殊加工的金剛石，內部帶有能感知極微弱磁場的微觀結構，我們知道，電線通電時周圍會產生磁場，這款互感器只需要貼在電纜外側，通過捕捉磁場變化就能精準算出電流大小，這樣就能徹底避免了磁飽和問題，同時也把它的測量精度從傳統的千分之二提升至千分之一，部分場景甚至可達十萬分之一，哪怕是極其微小的電流異動都能被實時捕捉。基於同樣原理的量子點多參量傳感器，能够捕捉到電氣設備內部極微弱的局部放電電磁信號，傳統設備要想發現一般絕緣缺陷，要要等到發熱、甚至擊穿短路時才可以，而量子點多參量傳感器在開關櫃內部局部放電時就能極早發出預警，就從根源上減少了設備故障引發的停電。此外，還有量子姿態傳感器監測輸電杆塔是否傾斜、量子激光雷達預判氣象災害、量子無損探傷儀排查設備金屬部件的隱形裂紋等等，各類設備搭配起來共同構成了立體化的隱患感知網絡。

再來說量子保密通信技術，現在的電網基本全靠遠程調度和數據傳輸運轉，調度指令、保護信號一旦被黑客篡改或劫持，就可能引發大面積停電。2025年4月7日，挪威佈雷芒厄的水壩被黑客入侵，導致洩洪閥開啟4小時，大概720萬升水異常洩流，這就是真實發生過的教訓。候店變電站採用的量子密鑰分發技術，每次傳數據都會隨機生成一組獨有的量子密鑰，從量子不可克隆的物理特性來看，只要有人竊聽就一定會擾動密鑰狀態，馬上就能被察覺，真正做到了一次一換密鑰，竊聽必會留痕。比起傳統靠數學難題支撐的加密方式，量子加密從原理上就絕對安全，就算以後用量子計算機也破解不了。除了光纖量子保密通信，站內還採用了融合量子加密的國網統一密服平台，為無人機巡檢、巡檢機器人業務提供量子加密應用，保障了移動終端、分布式設備接入安全，從通信底層堵住了網絡攻擊引發惡意停電的漏洞。

再然後是量子計算輔助決策，它相當於給電網調度裝上了超級大腦。傳統電網處置故障主要依賴人工研判和提前做好的離線預案，隨著風電、光伏等新能源大量併網，電網運行波動劇烈，傳統計算速度往往跟不上故障擴散的節奏，很容易讓小故障演變成大面積停電。候店變電站應用的基於量子計算的電網運行模擬方法，已經在國產量子計算機“本源悟空”上，用真實的電網線路布局完成了驗證。依託量子計算能同時推演多種可能性的并行特性，它在處理電網電壓調節、故障演變推演這類複雜擇優問題時，效率比傳統優化算法提升了幾十倍。這也就意味著電網一旦出現異常，系統能在極短時間內遍歷數萬種故障演化路徑，快速算出最優的負荷轉移和故障隔離方案，最大限度縮小停電範圍、縮短停電時長。

客觀上來講，就目前技術水平來看，量子技術要實現全電網規模化落地，確實還有很長的路要走。首先就是核心材料與成本問題，以金剛石量子傳感器為例，高品質、高純度的金剛石傳感材料雖已實現自主突破，但量產規模有限，成本居高不下，單台設備造價遠高於傳統設備，想全面替換的話，經濟賬恐怕還得好好算一算。然後是工程化與環境適應性的問題，量子態本身極其脆弱，對溫度、振動、電磁干擾高度敏感，變電站強電磁、高電壓的複雜工業環境極易造成信號失真。候店項目雖然已經有了封裝屏蔽、算法優化，但長期運行的可靠性、極端環境下的穩定性還有待更多的時間來驗證。還有標準體系與產業生態問題，當前電力量子技術尚未大規模應用，行業標準與測試規範還不統一，不同廠商設備的接口、協議兼容性不足，還難以快速批量複製。再者說，目前量子計算在電力領域都還以算法驗證、小規模試點為主，通用容錯量子計算機尚未成熟，面對省級以上大電網的超大規模拓撲，仍需依託經典計算與量子算法的混合架構，算力優勢尚未完全釋放。所以說，目前量子技術在電網上的應用只是剛剛跨過“能用”的門檻，正在向“好用”和“劃算”的產業化階段邁進。

但從長遠來看，候店變電站的落地只是一個起點，量子技術肯未來定會向全域電網鋪開。比如，量子精密測量會延伸到配電末端，從跨省特高壓主幹網到居民小區的台區配電箱，整條線路上每一段電纜、每一台開關的運行狀態都能被實時精準掌握；量子保密通信則會搭建起覆蓋全省乃至全國的電力專用加密網絡，打通發電、輸電、變電、配電、用電全環節，構建起能抵禦量子破解的多層安全防護體系；量子計算則會深度融入電網數字仿真系統，實現超實時的運行模擬與全局優化調度，任憑風電光伏大規模併網，也能讓電網始終保持最佳運行狀態。

沿著這個方向發展，隨著材料成本下降、標準體系完善與場景持續打磨，“零停電”的目標必然會一步步趨近。屆時，這套中國方案也會具備向外推廣的潛力，為全球電網安全治理提供新的技術路徑。

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