GIS设备UHF局放监测方案：内置传感器vs外置天线性能对比

气体绝缘开关设备(GIS)作为现代电力系统的关键设备，其绝缘状态直接影响供电可靠性。特高频(UHF)局放监测技术因其非侵入性和高灵敏度，成为GIS绝缘监测的主流方案。本文针对内置传感器和外置天线两种UHF监测方式，从原理、性能到应用场景进行全面对比，为工程选型提供技术依据。

一、技术原理与安装方式对比

1. 内置传感器方案

工作原理：

在GIS腔体内部预装UHF传感器(通常集成在盆式绝缘子或检修口)，直接耦合局部放电激发的300MHz-3GHz电磁波。

典型安装位置：

盆式绝缘子金属法兰内侧

隔离开关气室检修口

电缆终端连接处

优势：

信号传输路径短，衰减小(≤3dB)

抗外部电磁干扰能力强

监测灵敏度高(可达0.1pC)

局限性：

需设备出厂前预装，改造难度大

传感器故障需停电更换

2. 外置天线方案

工作原理：

在GIS外壳表面安装UHF天线(如贴片天线或喇叭天线)，通过金属壳体缝隙耦合内部电磁波。

典型安装位置：

盆式绝缘子外部法兰

GIS筒体焊缝处

接地开关操作机构箱

优势：

支持带电安装，适用于已投运GIS

维护方便，无需设备解体

成本较低(单点造价降低40%-60%)

局限性：

信号衰减大(10-20dB)

易受变电站通讯设备干扰(如5G/Wi-Fi)

二、典型应用场景选择

优先选择内置传感器的场景

新建GIS工程：出厂预装可实现全生命周期监测

超高压(500kV以上)GIS：对灵敏度要求极高

强电磁干扰环境：如换流站、轨道交通变电站

优先选择外置天线的场景

已投运GIS改造：无需设备停电解体

预算有限项目：成本敏感型监测需求

临时诊断检测：移动式局放巡检

三、现场测试数据对比

某550kV GIS站实测案例

内置传感器：

检测到2.3pC悬浮放电信号，定位误差12cm

信号特征清晰，无需滤波处理

外置天线：

同一放电源检测结果为9.8pC(信号衰减约8dB)

需采用小波变换降噪后才可识别

四、技术融合发展趋势

混合部署方案：

关键气室用内置传感器，普通区段用外置天线

成本与性能的平衡选择

智能诊断升级：

内置传感器作为基准，外置天线数据通过AI补偿校正

无线传输技术：

外置天线集成LoRa模块，解决布线难题

内置传感器在灵敏度、定位精度方面具有绝对优势，适合新建重要GIS节点;外置天线则以低成本、易部署特点，成为已投运设备监测的首选。未来，混合部署+智能算法将成为GIS局放监测的主流方向。