超声波法局部放电检测：AE传感器在GIS中的应用

不少电力运维企业近期咨询两个核心问题：一是GIS现场局部放电检测怎么匹配AE传感器参数，才能在控制成本的同时保障检测准确率；二是提交给监管部门的检测报告中，声发射检测相关内容需要满足哪些规范要求。针对这两类普遍疑问，我们结合现行技术标准与现场作业经验逐一展开说明。

首先要明确技术逻辑：GIS作为电力系统中负责电能控制、分配的核心设备，其绝缘性能直接关系到电网运行安全，而局部放电是GIS绝缘劣化的早期核心前兆信号，及时开展局部放电检测可以有效避免绝缘击穿、设备爆炸等重大事故。当前针对GIS的局部放电检测技术包含超高频法、超声波法、化学检测法等多个分支，其中超声波法属于声发射检测的常用落地路径，核心原理是捕捉局部放电过程中产生的20kHz以上频段的声波振动信号，通过分析信号的时域、频域特征判断缺陷的类型、位置与严重程度，而AE传感器也*是声发射传感器，是整个检测链路中负责信号采集的核心硬件，其性能直接决定了声发射检测的*终精度【1】。

和其他局部放电检测技术相比，超声波法适配GIS的现场作业场景优势十分明显：一是超声波信号通过GIS金属壳体传播，不需要设备内置耦合装置，便携式检测作业无需停电即可开展，不会影响正常供电；二是抗电磁干扰能力较强，GIS现场的高压电磁干扰不会影响声波信号的采集，检测结果的稳定性更高；三是定位精度较高，通过多个AE传感器的同步采集，可以将局部放电缺陷的位置误差控制在10cm以内，方便后续的检修作业。声发射检测作为成熟的无损检测技术，在电力、石化、航空等多个领域都有广泛应用，而针对GIS的局部放电检测是声发射检测在电力行业的核心应用场景之一，超声波法的普及也大幅降低了GIS局部放电检测的作业门槛。

一、AE传感器选型与超声波法检测的参数匹配要点

对于电力运维企业*关心的AE传感器选型、参数匹配与成本控制问题，我们结合DL/T 1416-2015标准的要求给出明确的选型方向。首先是谐振频率参数的匹配，GIS局部放电产生的超声波信号频段大多集中在20kHz~200kHz区间，因此用于GIS局部放电检测的AE传感器谐振频率建议选在80kHz~150kHz区间，这个频段的传感器既可以有效覆盖常见的局部放电信号频段，也能过滤掉现场大部分低于20kHz的机械振动干扰【2】。AE传感器的校准周期建议不超过12个月，每次开展局部放电检测前都要检查AE传感器的外观是否有损坏，确保设备状态正常。

其次是灵敏度与防护等级的选择，用于便携式巡检的AE传感器灵敏度建议不低于-70dB（ref 1V/μbar），用于在线监测的AE传感器灵敏度建议不低于-75dB，保证可以捕捉到GIS壳体上的微弱振动信号；防护等级方面，户外现场作业的传感器需要达到IP65及以上，避免雨天、粉尘环境下的器件损坏。针对成本控制的需求，目前国产AE传感器的性能已经可以满足绝大多数GIS局部放电检测的场景要求，批量采购成本仅为同参数进口产品的30%~50%，运维企业不需要盲目选择溢价较高的进口产品，只要传感器具备正规的校准证书即可投入使用。

不同的作业场景下的AE传感器选型也有差异：针对新建GIS场站的在线监测项目，建议选择带温度补偿功能的AE传感器，避免环境温度变化导致的信号漂移，提升长期监测的稳定性；针对老旧场站的定期巡检项目，选择便携式可插拔的AE传感器即可，搭配手持式检测终端使用，作业灵活性更高；针对GIS出厂前的耐压试验局部放电检测，建议选择多通道同步采集的AE传感器组，提升缺陷定位的效率。

二、超声波法局部放电检测的现场作业常见问题解决

很多运维企业在现场开展局部放电检测时会遇到信号干扰、缺陷判定不准等实际问题，结合多年的现场作业经验，我们整理了几个常见问题的解决方法。首先是机械干扰的处理，GIS现场的散热风机振动、人员作业敲击、外部施工振动都会产生声波信号，容易和局部放电信号混淆，此时可以通过超声波法的频域分析功能区分：局部放电产生的超声波信号多为连续的脉冲信号，频率稳定在20kHz~200kHz区间，而机械干扰信号多为离散的大振幅信号，频率大多低于20kHz，通过频谱滤波功能即可过滤掉大部分干扰信号【3】。GIS设备的运行环境大多比较复杂，户外场站的温差、湿度、粉尘都会影响检测结果，超声波法的环境适应性更强，更适合复杂环境下的GIS局部放电检测。

其次是AE传感器与GIS壳体的耦合问题，耦合效率不足会导致信号衰减超过30%，直接影响检测结果的准确性。作业时建议选用硅脂类耦合剂，涂抹在AE传感器的感应面之后，将传感器垂直按压在GIS壳体上，用固定夹具夹紧，保证耦合层没有气泡，耦合效率可以达到90%以上。如果GIS壳体表面有较厚的油漆层，建议先打磨掉检测点的油漆，露出金属壳体之后再开展检测，避免油漆层导致的信号衰减。

检测点的布置也会影响局部放电检测的准确率，一般情况下GIS母线筒部位每隔1.5米布置一个检测点，断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等关键部件的每个法兰位置都要布置检测点，对于疑似缺陷部位可以缩小检测点间距到0.5米，配合时差定位法确定缺陷的具体位置。在东南沿海某220kV变电站的巡检作业中，运维人员*是通过加密布置AE传感器，成功将隔离开关部位的局部放电缺陷定位误差控制在8cm以内，为后续的检修作业节省了大量时间。

三、声发射检测的规范要求与报告合规要点

针对政府监管机构、电网管理部门关心的标准规范、报告合规、运维管理问题，我们结合*能源局发布的《电力设备状态检修管理办法》整理了相关要求。首先是检测依据的标准，当前国内针对GIS超声波法局部放电检测的现行标准主要有GB/T 39615-2020《气体绝缘金属封闭开关设备局部放电超声检测技术导则》、DL/T 1416-2015《超声波法局部放电检测技术导则》，开展检测作业时要严格按照标准要求的流程执行，检测结果的判定也要符合标准中的缺陷分级要求【4】。

其次是检测机构与人员的资质要求，出具给监管部门的局部放电检测报告，需要由具备CMA或CNAS资质的机构出具，现场作业人员需要持有电力行业认可的带电检测资质证书，所用的AE传感器需要持有在有效期内的校准证书，校准机构需要具备相关的计量校准资质。

检测报告的内容也需要满足合规要求，其中声发射检测相关的内容需要包含：AE传感器的型号、参数、校准证书编号，检测点的布置示意图，超声波法检测的时域波形图、频谱图，局部放电缺陷的判定依据、等级划分，后续的运维处理建议等。按照监管要求，GIS设备的局部放电检测报告需要留存3年以上，监管部门开展电力安全检查时会对报告的真实性、合规性进行核查，对于不符合要求的检测结果会要求运维单位重新开展检测，情节严重的会予以通报批评。

四、不同运维场景下的方案选择建议

针对不同电压等级、不同运行年限的GIS设备，我们可以结合超声波法与声发射检测的技术特点选择适配的运维方案。对于110kV及以下电压等级的GIS设备，运行年限在10年以内的，建议每12个月开展一次便携式声发射检测，搭配红外测温、SF6气体成分检测共同开展状态评估；对于220kV及以上电压等级的GIS设备，运行年限超过10年的，建议每6个月开展一次局部放电检测，同时搭建在线监测系统，预埋AE传感器实现实时监测，及时发现早期绝缘缺陷。

对于政府监管机构而言，建议逐步建立区域内GIS设备的声发射检测数据共享平台，统一局部放电检测的技术标准、报告模板，实现检测数据的跨单位共享，提升区域电网的整体运行可靠性，同时可以定期组织开展检测机构的能力核验，保证超声波法检测结果的准确性，避免因检测结果失准导致的电力安全事故。

参考文献

【1】 GB/T 39615-2020 气体绝缘金属封闭开关设备局部放电超声检测技术导则

【2】 DL/T 1416-2015 超声波法局部放电检测技术导则

【3】 JJF 1735-2019 声发射传感器校准规范

【4】 电力设备状态检修管理办法（*能源局2022版）