1. 背景與需求

氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS)因其高可靠性、緊湊結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代變電站。然而，GIS設(shè)備內(nèi)部可能因絕緣缺陷、金屬顆?；蜓b配問(wèn)題引發(fā)局部放電(PD)，長(zhǎng)期發(fā)展將導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿，威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的局放檢測(cè)方法(如脈沖電流法、超聲波法)存在靈敏度低、抗干擾能力弱等不足，而特高頻(UHF)局放監(jiān)測(cè)技術(shù)(300MHz-3GHz)具有頻帶寬、抗干擾強(qiáng)、可定位等優(yōu)勢(shì)，成為GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段。

本方案結(jié)合UHF傳感技術(shù)、信號(hào)處理算法及智能評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備局放的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷及狀態(tài)評(píng)估，提升變電站運(yùn)維的智能化水平。

2. 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 硬件組成

UHF傳感器陣列

內(nèi)置/外置式UHF傳感器，覆蓋GIS各關(guān)鍵氣室(如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn))。

頻段300MHz-1.5GHz，靈敏度≤1pC，適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境。

數(shù)據(jù)采集單元

高速AD采樣(≥1GS/s)，支持多通道同步采集。

嵌入式FPGA/DSP實(shí)時(shí)信號(hào)處理，降低數(shù)據(jù)冗余。

通信與供電

工業(yè)以太網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)LoRa傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

支持POE供電或太陽(yáng)能+蓄電池(戶(hù)外安裝場(chǎng)景)。

2.2 軟件平臺(tái)

數(shù)據(jù)預(yù)處理

小波變換/EMD去噪，抑制變電站背景干擾(如電暈、通信信號(hào))。

局放特征提取

提取PRPD(相位分辨局放圖譜)、脈沖波形、頻域特征等參數(shù)。

智能診斷與評(píng)估

基于機(jī)器學(xué)習(xí)(SVM、隨機(jī)森林)或深度學(xué)習(xí)(CNN、LSTM)的缺陷分類(lèi)(如懸浮放電、顆粒放電)。

結(jié)合IEC 62478標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估局放嚴(yán)重等級(jí)(正常/注意/警告/危險(xiǎn))。

變電站GIS設(shè)備特高頻局放監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估解決方案

3. 核心功能

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

24/7在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示局放幅值(dBm)、脈沖數(shù)、相位分布等數(shù)據(jù)。

閾值預(yù)警(可自定義)，支持短信/APP推送告警信息。

3.2 局放源定位

時(shí)差定位法(TDOA)：通過(guò)多傳感器信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，定位缺陷位置(精度≤0.5m)。

信號(hào)強(qiáng)度分析法：輔助識(shí)別鄰近氣室的局放源。

3.3 狀態(tài)評(píng)估與決策支持

結(jié)合歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)絕緣劣化速率。

生成PDF報(bào)告，推薦檢修策略(如帶電檢測(cè)、停電處理)。

4. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高靈敏度與抗干擾

UHF頻段有效避開(kāi)常規(guī)噪聲，檢測(cè)下限達(dá)0.1pC(優(yōu)于超聲波法)。

多維度數(shù)據(jù)分析

時(shí)域、頻域、相位域聯(lián)合診斷，提升缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率(>90%)。

靈活部署方案

支持固定式安裝(長(zhǎng)期監(jiān)測(cè))或便攜式檢測(cè)(巡檢應(yīng)用)。

5. 應(yīng)用案例

某500kV智能變電站：部署UHF監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，成功預(yù)警一起隔離開(kāi)關(guān)懸浮放電缺陷，避免非計(jì)劃停電。

海上風(fēng)電GIS平臺(tái)：通過(guò)抗鹽霧UHF傳感器，實(shí)現(xiàn)潮濕環(huán)境下的局放監(jiān)測(cè)。

6. 總結(jié)

本方案通過(guò)“UHF監(jiān)測(cè)+AI評(píng)估”技術(shù)體系，為GIS設(shè)備提供從數(shù)據(jù)采集到智能決策的全鏈條解決方案，助力變電站運(yùn)維從“定期檢修”轉(zhuǎn)向“狀態(tài)檢修”，提升電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟(jì)性。未來(lái)可結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)測(cè)性維護(hù)能力。