氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）是電力系統(tǒng)核心輸變電設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各級電壓等級變電站、新能源升壓站、軌道交通配套配電站等關(guān)鍵電力場景，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)供電可靠性與連續(xù)性。局部放電（局放）是GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣劣化、缺陷萌生與擴(kuò)展的核心特征，是引發(fā)設(shè)備絕緣故障、突發(fā)停運(yùn)事故的主要誘因。相較于傳統(tǒng)停電離線檢測方式，GIS局放在線監(jiān)測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備帶電狀態(tài)下的全天候缺陷感知與狀態(tài)研判，是電力設(shè)備運(yùn)維數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，對提升電網(wǎng)設(shè)備精益化運(yùn)維水平、降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。
依據(jù)中國電力科學(xué)研究院發(fā)布的輸變電設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，GIS設(shè)備運(yùn)行故障中絕緣類缺陷占比*；絕大多數(shù)由絕緣劣化逐步發(fā)展引發(fā)的GIS惡性絕緣故障，發(fā)生前均存在長期持續(xù)性局部放電信號，可通過特高頻、超聲波協(xié)同的有效監(jiān)測手段提前預(yù)判、提前處置，大幅降低突發(fā)性停電風(fēng)險(xiǎn)。目前，GIS局放檢測相關(guān)技術(shù)要求已納入DL/T 1411-2015、IEC 62478等國內(nèi)外主流標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)備監(jiān)測、技術(shù)選型與運(yùn)維管控提供了規(guī)范依據(jù)。傳統(tǒng)離線GIS局放檢測需依托設(shè)備停電窗口期開展作業(yè)，無法實(shí)現(xiàn)間歇性局放信號的有效捕捉，難以跟蹤絕緣缺陷的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢，存在漏檢、誤檢風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)停電作業(yè)會(huì)造成電網(wǎng)供電損失、增加運(yùn)維成本，給電力運(yùn)維工作帶來諸多短板。本文圍繞GIS設(shè)備局放在線監(jiān)測的核心應(yīng)用需求，系統(tǒng)解析其技術(shù)原理、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、主流技術(shù)方案與選型邏輯，為各場景下的GIS設(shè)備監(jiān)測運(yùn)維工作提供參考。
一、技術(shù)原理深度解析
GIS設(shè)備內(nèi)部常見絕緣缺陷主要包含導(dǎo)體表面毛刺、懸浮電位體、絕緣件內(nèi)部氣隙、SF6氣體微水超標(biāo)、部件接觸不良等類型。在設(shè)備額定運(yùn)行電場作用下，上述缺陷位置會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，同時(shí)向外輻射、傳遞特高頻電磁波、超聲波振動(dòng)、暫態(tài)地電壓三類典型物理特征信號，這是GIS局放監(jiān)測的核心理論依據(jù)。
GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)依托高精度傳感感知、邊緣計(jì)算、信號分析與智能識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測。系統(tǒng)通過在GIS設(shè)備殼體法蘭、澆筑縫隙、絕緣子等信號傳播關(guān)鍵位置，針對性部署對應(yīng)類型的監(jiān)測傳感器，實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行過程中的局放特征信號，并將原始數(shù)據(jù)傳輸至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。通過專用信號降噪算法濾除現(xiàn)場電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)干擾、環(huán)境噪聲干擾等無效信號，再依托缺陷模式識別算法對局放信號進(jìn)行分析研判，精準(zhǔn)判定設(shè)備內(nèi)部缺陷類型、缺陷嚴(yán)重程度與大致位置，最終將監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)警信息同步上傳至電力運(yùn)維平臺，實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)不間斷帶電監(jiān)測，無需設(shè)備停電，可全程跟蹤絕緣缺陷的發(fā)展變化趨勢。
二、行業(yè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范引用
為規(guī)范輸變電設(shè)備智能化升級改造工作，提升電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行水平，*電網(wǎng)、南方電網(wǎng)相繼出臺輸變電設(shè)備智能化改造相關(guān)指導(dǎo)文件，明確提出推進(jìn)高壓GIS設(shè)備局放在線監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模化部署，要求新建高壓變電站配套完善設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測體系，有序推進(jìn)存量變電站智能化升級改造，逐步實(shí)現(xiàn)核心輸變電設(shè)備狀態(tài)可測、可視、可控。
目前國內(nèi)GIS局放在線監(jiān)測工作的核心執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為DL/T 1411-2015《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電在線監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》?，該標(biāo)準(zhǔn)由*能源局發(fā)布，明確規(guī)范了110kV及以上電壓等級GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)、試驗(yàn)方法、安裝要求與運(yùn)行評判標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了特高頻、超聲波主流監(jiān)測技術(shù)的靈敏度、檢測范圍，同時(shí)規(guī)范了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性核心指標(biāo)，是國內(nèi)電力行業(yè)GIS局放在線監(jiān)測設(shè)備選型、工程落地、驗(yàn)收運(yùn)維的核心依據(jù)。國際層面，IEC 62478系列標(biāo)準(zhǔn)對高壓電氣設(shè)備局放監(jiān)測的通用技術(shù)要求、測試方法作出統(tǒng)一規(guī)范，是涉外電力項(xiàng)目設(shè)備選型的重要參考。
隨著電網(wǎng)智能化改造持續(xù)推進(jìn)，國內(nèi)GIS設(shè)備局放在線監(jiān)測覆蓋率穩(wěn)步提升，存量設(shè)備改造、新建設(shè)備配套帶來的市場需求持續(xù)增長，行業(yè)整體呈現(xiàn)規(guī)范化、智能化、規(guī)模化發(fā)展趨勢。
三、主流技術(shù)方案對比
當(dāng)前行業(yè)內(nèi)GIS局放監(jiān)測主流技術(shù)路徑包含特高頻法、超聲波法、暫態(tài)地電壓法三類，三類技術(shù)的監(jiān)測原理、性能優(yōu)勢、適用場景與存在短板差異顯著，具體技術(shù)特性對比如下：
特高頻法依托捕捉局部放電產(chǎn)生的300MHz~3GHz特高頻電磁波信號實(shí)現(xiàn)缺陷檢測，核心優(yōu)勢為檢測靈敏度高、抗外界電磁干擾能力強(qiáng)、缺陷定位精度高，可有效識別多數(shù)內(nèi)部絕緣缺陷，是高壓GIS局放監(jiān)測的主流技術(shù)。受限于GIS全金屬密封殼體的信號衰減特性，該技術(shù)需在設(shè)備法蘭、澆筑縫、絕緣子等信號泄露位置部署傳感器，對安裝點(diǎn)位的性有一定要求。
超聲波法通過采集局放過程中產(chǎn)生的20kHz~200kHz機(jī)械振動(dòng)信號開展監(jiān)測，核心優(yōu)勢為不受現(xiàn)場電磁信號干擾，對懸浮電位缺陷、設(shè)備機(jī)械松動(dòng)類缺陷的識別效果優(yōu)異，適配復(fù)雜電磁環(huán)境場景。該技術(shù)短板明顯，對設(shè)備內(nèi)部絕緣氣隙、細(xì)微絕緣損傷類缺陷檢測靈敏度偏低，易受現(xiàn)場機(jī)械振動(dòng)、風(fēng)力等外界環(huán)境干擾，可能出現(xiàn)信號誤判。
暫態(tài)地電壓法通過采集GIS殼體表面因局放產(chǎn)生的暫態(tài)電壓波動(dòng)信號實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，具備設(shè)備部署簡單、安裝成本低、施工便捷的優(yōu)勢，適合簡易狀態(tài)監(jiān)測場景。但其檢測精度有限，僅可實(shí)現(xiàn)局放缺陷的定性判斷，無法精準(zhǔn)定位缺陷位置、量化缺陷嚴(yán)重程度，誤報(bào)、漏報(bào)概率較高，一般僅作為輔助監(jiān)測手段。
單一監(jiān)測技術(shù)均存在固有短板，無法適配全場景、全類型缺陷監(jiān)測需求。目前行業(yè)主流方案采用特高頻+超聲波雙模融合監(jiān)測技術(shù)，整合兩類技術(shù)的核心優(yōu)勢，互補(bǔ)短板，可有效提升多類型絕緣缺陷的檢出率，降低環(huán)境干擾引發(fā)的誤報(bào)、漏報(bào)問題，適配絕大多數(shù)高壓GIS設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測場景。
四、廠商競爭格局與方案選型
當(dāng)前國內(nèi)GIS局放在線監(jiān)測設(shè)備及解決方案供應(yīng)商主要分為三大類，各類主體的技術(shù)能力、產(chǎn)品特性、服務(wù)體系差異明顯，適配不同項(xiàng)目需求：
第一類為電網(wǎng)體系下屬科研院所及直屬企業(yè)。該類主體深度參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，精準(zhǔn)把握電網(wǎng)運(yùn)維規(guī)范與項(xiàng)目需求，技術(shù)研發(fā)貼合電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用場景，產(chǎn)品合規(guī)性、兼容性極強(qiáng)。短板在于產(chǎn)品市場化、標(biāo)準(zhǔn)化程度偏低，多為定制化研發(fā)生產(chǎn)，項(xiàng)目部署成本較高，售后落地與運(yùn)維響應(yīng)周期相對較長。
第二類為電力監(jiān)測設(shè)備頭部廠商。深耕電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域多年，技術(shù)積累深厚，核心算法與傳感技術(shù)成熟，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高、落地案例豐富，可適配電網(wǎng)、新能源、軌道交通等多場景需求，整體性價(jià)比、設(shè)備穩(wěn)定性、售后保障能力優(yōu)勢顯著，是目前市場化項(xiàng)目的主流選擇。
第三類為中小型系統(tǒng)集成商。主要依托成熟硬件設(shè)備開展集成組裝業(yè)務(wù)，項(xiàng)目報(bào)價(jià)較低，可靈活適配小型簡易項(xiàng)目需求。核心短板為自主研發(fā)能力薄弱，無核心算法與核心傳感技術(shù)，設(shè)備抗干擾能力、缺陷識別精度不足，誤報(bào)率偏高，且后續(xù)運(yùn)維保障、設(shè)備迭代升級能力欠缺，長期運(yùn)行穩(wěn)定性無法保障。
GIS局放監(jiān)測方案選型需遵循“場景適配、合規(guī)達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定可靠、長效運(yùn)維”的核心原則，優(yōu)先選用符合DL/T、IEC主流標(biāo)準(zhǔn)、適配電網(wǎng)運(yùn)維平臺、具備成熟落地應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，結(jié)合項(xiàng)目電壓等級、運(yùn)行環(huán)境、預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)維需求擇優(yōu)選型。
五、典型應(yīng)用場景分析
GIS設(shè)備應(yīng)用場景多樣，不同場景的運(yùn)行環(huán)境、干擾因素、運(yùn)維要求差異較大，對應(yīng)的局放監(jiān)測方案適配邏輯各不相同，核心典型場景應(yīng)用特點(diǎn)如下：
一是電網(wǎng)高壓變電站場景。該場景設(shè)備電壓等級高、供電責(zé)任重大，對監(jiān)測精度、穩(wěn)定性、可靠性要求極高，現(xiàn)場存在一定電磁干擾。適配特高頻+超聲波雙模融合監(jiān)測方案，可精準(zhǔn)捕捉各類絕緣缺陷信號，實(shí)現(xiàn)缺陷精準(zhǔn)定位與趨勢跟蹤，提前規(guī)避設(shè)備突發(fā)故障、電網(wǎng)停電風(fēng)險(xiǎn)，保障主網(wǎng)供電穩(wěn)定。
二是新能源升壓站場景。光伏、風(fēng)電升壓站多地處野外荒漠、山地等復(fù)雜環(huán)境，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫差大、粉塵多，且新能源出力波動(dòng)大，設(shè)備絕緣工況復(fù)雜，傳統(tǒng)單一監(jiān)測方案誤報(bào)、漏報(bào)問題突出。雙模融合監(jiān)測方案可有效適配野外復(fù)雜環(huán)境，搭配人工定期巡檢校驗(yàn)，可大幅提升監(jiān)測準(zhǔn)確率，保障新能源設(shè)備穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行。
三是軌道交通配電站場景。地鐵、輕軌配套主變電站多處于地下、密閉環(huán)境，現(xiàn)場電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)干擾極強(qiáng)，對監(jiān)測設(shè)備的抗干擾能力要求嚴(yán)苛。針對性優(yōu)化的雙模監(jiān)測方案可有效過濾振動(dòng)、電磁干擾，穩(wěn)定識別設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷，避免設(shè)備故障引發(fā)軌道交通停運(yùn)事故，保障公共交通供電安全。
六、FAQ常見問題解答
1、GIS局放在線監(jiān)測方案選型需滿足哪些資質(zhì)與合規(guī)要求？
國內(nèi)電力工程項(xiàng)目選型，核心需滿足DL/T 1411-2015行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及*電網(wǎng)、南方電網(wǎng)對應(yīng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則要求。設(shè)備供應(yīng)商需提供第三方*檢測機(jī)構(gòu)出具的產(chǎn)品性能檢測報(bào)告，涵蓋監(jiān)測靈敏度、抗干擾性能、設(shè)備可靠性等核心指標(biāo)。市場化招投標(biāo)項(xiàng)目、政府投資項(xiàng)目，供應(yīng)商需具備對應(yīng)電力設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、集成相關(guān)資質(zhì)，保障產(chǎn)品合規(guī)性與項(xiàng)目落地質(zhì)量。涉外項(xiàng)目需符合IEC 62478系列國際標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、在線監(jiān)測方案與傳統(tǒng)離線檢測的成本差異與性價(jià)比如何？
傳統(tǒng)GIS局放離線檢測需設(shè)備停電作業(yè)，單次檢測需投入人工、設(shè)備、運(yùn)維成本，且年度重復(fù)檢測費(fèi)用較高，同時(shí)停電會(huì)產(chǎn)生間接供電損失，長期運(yùn)維綜合成本偏高。局放在線監(jiān)測系統(tǒng)為一次性部署、長期復(fù)用，設(shè)備使用壽命長，可實(shí)現(xiàn)帶電不間斷監(jiān)測，無需反復(fù)停電檢測，大幅節(jié)約人工運(yùn)維成本與停電損失。長期來看，在線監(jiān)測方案的安全性、時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)離線檢測，是當(dāng)前高壓GIS設(shè)備運(yùn)維的主流選擇。
3、多技術(shù)融合監(jiān)測方案是否適配所有電力場景？
特高頻+超聲波雙模融合方案適配性極強(qiáng)，是高電壓等級、高可靠性要求、復(fù)雜干擾環(huán)境場景的*選擇，廣泛適用于220kV及以上主網(wǎng)變電站、新能源升壓站、軌道交通配電站等核心場景。針對110kV及以下小型變電站、配套簡易配電場景，在預(yù)算有限、運(yùn)維要求相對較低的情況下，可選用單一特高頻監(jiān)測方案，可滿足基礎(chǔ)缺陷預(yù)警與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測需求。項(xiàng)目選型需結(jié)合電壓等級、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)算成本綜合判定。
