在特高壓輸電與變電站核心設(shè)備中，氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS)與氣體絕緣輸電線路(GIL)以其緊湊結(jié)構(gòu)和高可靠性成為關(guān)鍵組件。然而，內(nèi)部絕緣缺陷引發(fā)的局部放電(PD)若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致絕緣擊穿甚至設(shè)備爆炸。GIL/GIS 超聲局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)捕捉放電產(chǎn)生的高頻機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，構(gòu)建了一套實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制，成為高壓設(shè)備狀態(tài)運(yùn)維的 “神經(jīng)末梢”。?

技術(shù)原理：從聲波捕捉到缺陷定位?

局部放電發(fā)生時(shí)，除電磁輻射外，還會(huì)產(chǎn)生 20kHz 以上的超聲波信號(hào) —— 這一特性成為超聲監(jiān)測(cè)的核心依據(jù)。GIL/GIS 超聲局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器采用壓電陶瓷晶體，能將微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，靈敏度達(dá) 0.1Pa，可捕捉到針尖放電、懸浮電位等典型缺陷產(chǎn)生的超聲脈沖。為適應(yīng)高壓設(shè)備的密封環(huán)境，傳感器采用磁吸式安裝設(shè)計(jì)，通過(guò)耦合劑與設(shè)備外殼緊密貼合，確保聲波衰減率控制在 5% 以內(nèi)。?

系統(tǒng)的定位精度直接決定故障排查效率。采用 “多傳感器陣列 + 時(shí)差定位法”，在 GIS 母線筒或 GIL 管道上部署 3-6 個(gè)傳感器，通過(guò)計(jì)算超聲信號(hào)到達(dá)不同傳感器的時(shí)間差(精度達(dá) 10 納秒)，可將放電點(diǎn)定位誤差控制在 ±5cm 范圍內(nèi)。對(duì)于長(zhǎng)距離 GIL 線路，系統(tǒng)還會(huì)結(jié)合光纖同步技術(shù)，消除信號(hào)傳輸延遲導(dǎo)致的定位偏差，確保在千米級(jí)輸電線路中仍能保持亞米級(jí)定位精度。?

核心構(gòu)成：從信號(hào)采集到智能診斷?

前端采集單元是系統(tǒng)的 “感知器官”，采用寬頻帶超聲傳感器(10kHz-1MHz)覆蓋各類放電類型的特征頻率：例如，沿面放電的超聲信號(hào)集中在 50-100kHz，而金屬顆粒碰撞產(chǎn)生的信號(hào)多在 200-500kHz。采集單元內(nèi)置抗干擾電路，通過(guò)帶通濾波與自適應(yīng)增益控制，可有效抑制設(shè)備機(jī)械振動(dòng)、環(huán)境噪聲等干擾信號(hào)，信噪比提升至 40dB 以上。?

數(shù)據(jù)處理層承擔(dān) “信號(hào)解碼” 重任。邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析，提取峰值因子、脈沖寬度等 28 項(xiàng)特征參數(shù)，再通過(guò)小波變換去除周期性干擾。對(duì)于復(fù)雜的混合缺陷信號(hào)，系統(tǒng)引入深度學(xué)習(xí)模型 —— 基于 10 萬(wàn) + 放電樣本訓(xùn)練的 CNN 網(wǎng)絡(luò)，能自動(dòng)識(shí)別 6 類典型缺陷，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá) 92%，并給出缺陷嚴(yán)重度評(píng)分(1-10 級(jí))。當(dāng)評(píng)分超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)分級(jí)預(yù)警：三級(jí)預(yù)警推送至運(yùn)維終端，二級(jí)預(yù)警聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控復(fù)核，一級(jí)預(yù)警直接觸發(fā)設(shè)備跳閘保護(hù)。?

GIL/GIS 設(shè)備超聲波局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

應(yīng)用場(chǎng)景：從常規(guī)運(yùn)維到極端環(huán)境?

在變電站日常運(yùn)維中，系統(tǒng)可替代傳統(tǒng)的離線檢測(cè)(如 SF6 氣體成分分析)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)估的實(shí)時(shí)化。某 500kV 變電站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的誤報(bào)率低于 0.1 次 / 月，而在發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子表面劃傷缺陷時(shí)，提前 3 個(gè)月發(fā)出預(yù)警，避免了計(jì)劃外停電。對(duì)于深埋地下或穿隧道的 GIL 線路，系統(tǒng)的分布式監(jiān)測(cè)能力尤為重要 —— 通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)匯總，可實(shí)時(shí)追蹤沿線路分布的局部放電變化趨勢(shì)，為負(fù)荷調(diào)整提供決策依據(jù)。?

極端環(huán)境適應(yīng)性是系統(tǒng)的重要指標(biāo)。傳感器外殼采用 316 不銹鋼材質(zhì)，防護(hù)等級(jí)達(dá) IP68，可在 – 40℃至 70℃、濕度 95% 的環(huán)境下穩(wěn)定工作;數(shù)據(jù)傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)與 4G/5G 雙鏈路備份，在變電站強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中確保通信中斷時(shí)間不超過(guò) 10 秒。在沿海地區(qū)的 GIS 設(shè)備中，系統(tǒng)還具備鹽霧腐蝕監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)集成溫濕度傳感器，間接評(píng)估絕緣件老化速度，實(shí)現(xiàn)缺陷預(yù)警與壽命預(yù)測(cè)的協(xié)同。?

運(yùn)維價(jià)值：從故障修到預(yù)知修的跨越?

傳統(tǒng) GIL/GIS 維護(hù)依賴定期巡檢，存在 “過(guò)修” 或 “欠修” 風(fēng)險(xiǎn)。超聲局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)持續(xù)積累放電數(shù)據(jù)，構(gòu)建設(shè)備健康度曲線，使運(yùn)維模式從 “到期必修” 轉(zhuǎn)變?yōu)?“按需維修”。某電網(wǎng)公司的應(yīng)用案例顯示，部署系統(tǒng)后，GIS 設(shè)備的非計(jì)劃停電次數(shù)減少 60%，年度維護(hù)成本降低 35%。?

更深遠(yuǎn)的價(jià)值在于電網(wǎng)韌性提升。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到局部放電呈增長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，調(diào)度中心可提前調(diào)整負(fù)荷分配，避免缺陷設(shè)備承受過(guò)電壓應(yīng)力;在極端天氣來(lái)臨前，通過(guò)分析放電信號(hào)的穩(wěn)定性，評(píng)估設(shè)備抵御暫態(tài)過(guò)電壓的能力，為電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案提供數(shù)據(jù)支撐。這種 “狀態(tài)感知 – 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 – 主動(dòng)干預(yù)” 的閉環(huán)管理，讓 GIL/GIS 設(shè)備的可靠性提升至 99.99% 以上。?

從超聲信號(hào)中解讀設(shè)備健康密碼，GIL/GIS 超聲局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正成為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。在能源互聯(lián)網(wǎng)加速建設(shè)的背景下，這套系統(tǒng)不僅守護(hù)著每一臺(tái)高壓設(shè)備的安全運(yùn)行，更通過(guò)數(shù)據(jù)賦能推動(dòng)電網(wǎng)運(yùn)維向 “全息感知、精準(zhǔn)決策” 的新階段演進(jìn)。