在智能電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)的背景下，GIS/SF6 絕緣設(shè)備憑借高可靠性與緊湊化設(shè)計(jì)，成為電力系統(tǒng)的核心樞紐。然而，設(shè)備內(nèi)部因絕緣缺陷、導(dǎo)體連接松動(dòng)等問題引發(fā)的局部放電(局放)，正威脅著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。基于超聲技術(shù)的局放監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警方案，通過構(gòu)建 “感知 – 分析 – 預(yù)警 – 處置” 全鏈條體系，為設(shè)備運(yùn)維提供科學(xué)、高效的技術(shù)支撐。?

一、超聲局放監(jiān)測(cè)技術(shù)原理?

GIS/SF6 絕緣設(shè)備局部放電產(chǎn)生的本質(zhì)，是電場(chǎng)集中導(dǎo)致氣體或固體絕緣介質(zhì)瞬間電離。這一過程不僅釋放電磁能量，更伴隨劇烈的分子碰撞，產(chǎn)生頻率范圍在 20kHz – 200kHz 的超聲波。超聲傳感器采用壓電陶瓷材料，通過逆壓電效應(yīng)將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。其工作原理在于，當(dāng)超聲波作用于傳感器表面時(shí)，壓電陶瓷產(chǎn)生形變，表面電荷隨之變化，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大、濾波后，形成可被系統(tǒng)識(shí)別的模擬信號(hào)。為提升信號(hào)采集精度，方案采用寬頻帶傳感器，并通過優(yōu)化傳感器安裝工藝(如使用耦合劑消除空氣間隙)，確保機(jī)械波的高效傳遞。?

GIS/SF6 絕緣設(shè)備超聲局放監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警方案

二、多維度故障預(yù)警體系?

故障預(yù)警依托三層分析架構(gòu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)判。數(shù)據(jù)采集層通過分布式傳感器陣列，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位(如絕緣子、母線連接點(diǎn))進(jìn)行 24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，采集頻率達(dá) 1000 次 / 秒;特征提取層運(yùn)用短時(shí)傅里葉變換(STFT)與小波包分解技術(shù)，將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖譜，分離出局放信號(hào)的時(shí)域脈沖特征與頻域能量分布;決策分析層引入深度學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的故障分類模型。該模型通過對(duì) 10 萬組歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，可自動(dòng)識(shí)別懸浮電位放電、絕緣子沿面放電等 7 種典型故障類型，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá) 95% 以上。當(dāng)監(jiān)測(cè)信號(hào)超過三級(jí)閾值時(shí)，系統(tǒng)將結(jié)合故障發(fā)展趨勢(shì)，生成包含風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、故障位置及處置建議的可視化報(bào)告。?

三、方案技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用實(shí)踐?

方案的非侵入式特性顯著降低運(yùn)維成本。與傳統(tǒng)停電檢測(cè)相比，在線監(jiān)測(cè)可減少 80% 的設(shè)備停運(yùn)時(shí)間，避免因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。在某省級(jí)電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目中，該方案成功預(yù)警 3 起 GIS 設(shè)備內(nèi)部螺栓松動(dòng)故障，提前干預(yù)后，單臺(tái)設(shè)備維修成本降低約 60%。此外，系統(tǒng)支持多設(shè)備數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，通過構(gòu)建設(shè)備健康度評(píng)估模型，可預(yù)測(cè)設(shè)備剩余使用壽命。某 500kV 變電站應(yīng)用該功能后，設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修準(zhǔn)確率提升 40%，有效避免過度維修與維修不足問題。?

四、未來優(yōu)化方向?

隨著物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，方案將進(jìn)一步向智能化升級(jí)。通過部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地預(yù)處理與異常快速響應(yīng);結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建虛擬設(shè)備模型，實(shí)時(shí)模擬故障發(fā)展過程，為運(yùn)維決策提供更直觀的支持。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì) SF6 氣體分解產(chǎn)物與超聲信號(hào)的聯(lián)合分析，提升故障診斷的全面性與準(zhǔn)確性。?

GIS/SF6 絕緣設(shè)備超聲局放監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警方案以創(chuàng)新技術(shù)為核心，構(gòu)建了一套智能化、高可靠的設(shè)備運(yùn)維體系，對(duì)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)電力行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型具有重要意義。