GIS闪络定位装置的创新研制 CNR222-020

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了GIS闪络定位装置的创新研制，有效提升了作业效率与安全水平。气体绝缘开关设备（GIS）在电力系统中承担着电能传输与分配的关键功能，其运行可靠性直接影响电网安全。由于GIS采用全封闭结构，内部故障难以直接观察，尤其在耐压试验或运行中发生绝缘击穿时，故障点定位往往依赖人工经验，耗时费力且准确率不高。

GIS内部发生闪络时，会产生瞬态声波信号，该信号沿外壳传播并衰减。传统定位方法多采用电气量检测或解体检查，前者受电磁干扰影响大，后者需大面积停电拆卸，成本高、周期长。因此，开发一种能够快速、准确定位闪络点的装置，成为变电运维领域的迫切需求。

本项目旨在研制一套基于声波检测的GIS闪络定位装置，通过多点同步监测与信号分析，实现故障点的非侵入式定位，缩短停电时间，提升运维效率。

存在问题

• 定位困难：GIS全封闭结构导致闪络点无法目视发现，传统方法需逐段排查，效率低下。
• 依赖经验：现有定位手段对运维人员经验要求高，不同人员判断结果差异大，缺乏客观量化依据。
• 停电损失大：故障排查需长时间停运设备，影响供电可靠性，造成经济损失。
• 设备损伤风险：反复试送电或耐压试验可能扩大故障范围，增加修复难度。
• 缺乏实时监测：现有系统无法在试验过程中实时捕捉击穿信号，事后分析数据不完整。

创新目标

研制一套便携式GIS闪络定位装置，利用超声波传感器实时捕捉击穿产生的声波信号，通过幅值比较与脉冲时差联合分析，实现闪络点快速定位，定位误差控制在较小范围内，并具备直观显示功能，便于现场人员操作。

技术方案

装置由多个监测单元组成，每个单元包含超声波传感器、信号调理电路、处理模块及LED显示模块。传感器吸附于GIS外壳表面，捕捉闪络瞬间产生的声波信号。信号经放大、滤波去噪后，提取幅值与到达时刻等关键特征，并由LED显示幅值大小。

定位原理采用幅值比较为主、脉冲时差为辅的策略。当闪络发生时，各监测单元因距离不同接收到不同强度的声波信号，距离击穿点越近，幅值越大。操作人员通过比较各单元显示幅值，可初步判断故障方向；随后结合声波到达不同单元的时间差，计算击穿点与各单元的距离，进一步精确定位。现场操作时，将监测单元沿GIS间隔布置，加压试验中若发生击穿，观察各单元LED显示，即可快速锁定故障间隔。

创新亮点

• 非侵入式检测：无需拆卸GIS外壳，通过外置传感器即可实现内部故障定位，减少停电范围。
• 双原理融合：幅值比较与脉冲时差结合，兼顾定位速度与精度，适应不同现场条件。
• 实时直观显示：LED幅值显示使结果一目了然，降低对人员经验的依赖。
• 抗干扰能力强：信号去噪处理有效滤除环境噪声，提高检测可靠性。
• 便携易用：装置体积小、安装方便，可灵活部署于不同电压等级GIS设备。

落地应用效果

该装置已在多个变电站的GIS耐压试验及故障排查中应用，成功定位多起闪络故障，平均定位时间较传统方法大幅缩短，有效减少了停电时长。现场运维人员反馈，装置操作简单，定位结果准确，显著提升了故障处理效率。

产出物：GIS闪络定位装置样机一套，配套使用说明书及现场应用报告。

适用场景：适用于各电压等级GIS设备的耐压试验、运行中闪络故障排查及检修后的验收测试。

常见问题

Q：装置对GIS外壳材质有要求吗？

A：装置采用磁吸式传感器，适用于钢制外壳GIS；对于铝合金外壳，可选用胶粘或夹具固定方式。

Q：定位精度受哪些因素影响？

A：主要受传感器间距、声波传播路径及环境噪声影响。建议监测单元间距不超过一定范围，并避开母线拐弯处。

Q：装置能否用于运行中的在线监测？

A：目前装置主要用于试验或故障后的临时检测，若需长期在线监测，可加装数据远传模块，但需另行设计。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。