随着电力系统不断向高电压和紧凑化方向发展，GIS（Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关设备）已经成为变电站的重要核心设备。然而，在设备长期运行过程中，制造缺陷、安装问题或绝缘老化都可能导致局部放电（Partial Discharge，PD）。
研究表明，GIS绝缘击穿通常是从局部放电开始逐渐发展的，因此对GIS进行局放检测与在线监测是保障电力系统安全运行的重要手段。
近年来，UHF特高频局放检测技术由于抗电磁干扰能力强、检测灵敏度高，已经成为GIS局放检测的重要方法。本文结合国外研究成果，介绍一种利用绝缘子内部均压电极提取UHF信号的GIS局放检测新方法。
一、GIS局部放电产生的原因
GIS设备内部虽然采用SF₆气体作为绝缘介质，但在实际运行中仍可能出现以下缺陷：
- 金属导体表面毛刺或尖端
- GIS内部自由金属颗粒
- 导体连接松动形成悬浮电位
- 绝缘子污染或老化
这些缺陷会导致局部电场畸变，从而产生局部放电现象。
如果不及时检测，局放会逐渐恶化，最终导致设备绝缘击穿甚至停电事故。
二、GIS中电磁波传播特性
当局部放电发生时，会产生纳秒级电流脉冲，并向外辐射特高频电磁波（UHF信号）。
由于GIS结构类似同轴波导，因此电磁波会在内部传播。
研究表明，GIS内部主要电磁波传播模式包括：
- TE横电模式
- TM横磁模式
- 高阶电磁模式
研究表明，GIS内部电磁波主要传播频率为：
250 MHz – 1.5 GHz
因此UHF局放检测传感器必须覆盖该频率范围，才能有效检测局放信号。
三、创新方案：利用均压电极作为UHF传感器
传统GIS局放检测一般采用两种方式：
研究提出一种创新方案：
利用绝缘子内部均压电极（Grading Electrode）提取UHF信号。
均压电极原本用于：
- 均匀电场分布
- 防止绝缘界面电场集中
通过在均压电极连接螺栓处提取信号，可以形成类似环形天线结构，从而接收局部放电产生的UHF信号。
仿真结果表明，该传感器的共振频率主要分布在：
- 约 140 MHz
- 0.45 GHz – 1.2 GHz
- 2.2 GHz – 3 GHz
说明该传感器可以有效覆盖GIS局放信号频段。
四、GIS局放检测实验平台
为了验证传感器性能，研究人员搭建了GIS实验平台，并安装三种不同类型的UHF传感器进行对比。
三种传感器分别为：
- C1：内置UHF传感器
- C2：均压电极UHF传感器
- C3：外置UHF传感器
通过对比实验，可以评估新型传感器的检测能力。
五、三种典型GIS局放缺陷
实验中设置了三种常见GIS局放缺陷：
- 金属尖端缺陷
- 自由金属颗粒
- 悬浮电位缺陷
不同缺陷具有不同PRPD特征，例如：
1、金属尖端缺陷
局放发展过程包括：
- 负电晕阶段
- 正负电晕共存
- 正电晕主导
- “兔耳型”PRPD特征
2、自由金属颗粒
颗粒在电场中会出现三种运动状态：
- Jump（跳跃）
- Dance（跳舞）
- Shuffling（滑动）
当颗粒接触高压导体时，可能产生强烈放电。
3、悬浮电位缺陷
悬浮电位通常由：
- 松动导体
- 未接地金属件
- 接触不良导致。
该缺陷PRPD特征通常呈对称分布。
七、检测灵敏度对比
实验对比结果表明：
| 传感器 | 灵敏度 |
| 内置UHF传感器 | 最高 |
| 均压电极传感器 | 较高 |
| 外置UHF传感器 | 最低 |
结论：
均压电极UHF传感器灵敏度明显高于外置传感器，但略低于专用内置传感器。
但其优势在于：
- 不需要改变GIS结构
- 安装简单
- 成本低
- 适合在线监测
因此具有很好的工程应用前景。
总结
GIS局部放电是电力设备绝缘故障的重要前兆。通过UHF特高频检测技术，可以在设备运行过程中实时监测局放活动。
利用绝缘子均压电极提取UHF信号是一种创新的局放检测方法，该方法兼具：
- 高检测灵敏度
- 安装便利
- 成本低
未来在GIS在线局放监测系统中具有广阔的应用前景。
更多信息
-
局部放电检测装置厂家怎么选？避坑指南与核心技术详解
告别“盲目运维”：局部放电检测为何是电力系统的“听诊器”？ 在电力系统运行中，绝缘击穿往往不是一瞬间发生的，而是“蓄谋已久”。在高压电缆、变压器或开关柜内部，细微的电荷迁移——即局部放电（Partial Discharge），正是绝缘劣化的早期信号。 很多运维班组在选择局部放电检测装置时，往往面临一个困境：实验室里数据完美，一到现场杂波满天飞。这不仅是对硬件的考验，更是对后台算法的挑战。 一、 优质局部放电检测装置的“三大硬指标” 既然是找厂家，就不能只听PPT里的宣传。一套真正能打的局放设备，…
-
60秒读懂局部放电：如何识别电力设备中的“致命火花”？
“致命火花”？ 在电力系统中，有些危险是肉眼无法察觉的，却时刻威胁着昂贵资产的安全。局部放电（Partial Discharge，简称 PD）就是其中最具代表性的“隐形杀手”。 1. 什么是局部放电？ 局部放电是指绝缘系统中，连接两个导电电极之间仅局部跨越绝缘层的电放电或微小火花。 与彻底的绝缘击穿不同，PD 发生在局部，但它却是绝缘系统开始走向崩溃的早期信号。 2. PD 会出现在哪里？ 局部放电不仅隐蔽，而且分布广泛。根据电场强度与材料击穿强度的关系，它可能出现在以下位置： 3. 为什么 P…
-
局部放电超声检测技术：电气设备绝缘故障精准诊断与定位
在电力系统中，电气设备的绝缘故障是引发停电和安全事故的主要隐患之一。局部放电（Partial Discharge，简称PD）作为绝缘劣化的早期特征信号，其及时发现与准确定位对保障设备安全运行至关重要。超声波检测技术以非接触、无损伤、高灵敏度等优势，成为高压电气设备状态监测的重要手段。 一、局部放电的类型与危害 局部放电是指在强电场作用下，绝缘介质中局部区域发生的放电现象，但未完全贯穿绝缘。根据发生位置不同，可分为内部局部放电（如电缆树枝化、固体绝缘气隙）和外部局部放电（如电晕放电、沿面放电）。外…
-
电缆超声波局放检测新突破，守护电力设备隐患“零死角”
在电力系统中，电缆作为传输电能的关键通道，其绝缘状态直接决定着供电的安全与稳定。然而，电缆在长期运行过程中，受潮、老化、局部损伤等因素，极易诱发局部放电现象，导致绝缘性能逐步劣化，最终可能引发电缆故障甚至电网事故。如何精准、高效地对电缆等设备进行局放检测，成为电力运维的核心命题。 珠海华网科技自主研发的HMJ9001-QW系列无线多功能局部放电检测仪，在电缆局放检测领域带来了全新的解决方案。该系列产品集成了暂态地电波、超声波、高频电流、特高频等多种检测技术，能够针对不同类型、不同结构的电力设备，…
-
开关柜局部放电在线检测技术：近场探测法详解与应用
在电力系统中，开关柜作为核心设备，直接关系到供电的稳定性和安全性。一旦发生绝缘故障，往往会导致严重经济损失和社会影响。而局部放电（PD）是开关柜绝缘缺陷的早期信号，通过及时检测PD，可以有效评估设备状态，预防潜在故障。传统检测方法如脉冲电流法和超高频（UHF）法虽有优势，但存在信号信息不足、抗干扰差或能量衰减等问题。针对这些痛点，基于近场检测的PD新技术应运而生，它聚焦于PD信号能量集中的低频段（10-200MHz），利用小型磁场探针实现非接触在线监测。本文将基于最新研究，深入解析这项技术的原理…
-
局放监测厂家怎么选？这几点务必注意
随着电力系统安全运行要求的不断提高，越来越多的企业开始重视局部放电（Partial Discharge，简称“局放”）监测在设备状态评估中的应用。尤其在变电站、电缆线路、GIS开关等高压设备上，实时掌握局放情况，对于预防事故、延长设备寿命意义重大。 那么，市场上那么多局放监测厂家，究竟该怎么选？本文从技术、服务和案例三个方面，为大家提供一些参考。 一、核心技术能力是基础 判断一个局放监测厂家是否具备专业实力，首先要看其传感器和检测手段是否多样、适用面广。当前主流的局放检测方式包括： 厂家是否能够…
