隧道管廊高压开关柜局放在线监测：超声波检测技术构建地下电网"听诊器"

文章由山东华科信息技术有限公司提供

在新型城镇化建设背景下，地下综合管廊作为城市生命线工程，其高压开关柜的运行安全直接影响市政供电可靠性。本文基于超声波检测原理，提出一套适用于隧道管廊环境的局放在线监测技术方案，为地下电网设备状态感知提供创新解决方案。

 

一、超声波检测技术原理

超声波检测法通过捕捉局部放电产生的机械振动波实现绝缘状态评估。当开关柜内部发生放电时，高速电子碰撞导致介质膨胀收缩，产生频率范围超声波信号。专用压电式传感器采用陶瓷材料，在中心频点处实现接收灵敏度，可有效感知纳秒级振动脉冲。

二、系统架构设计

 

非侵入式传感网络

在开关柜柜体表面对称布置多个超声波传感器，形成三维监测阵列。传感器采用磁吸式安装结构，单台设备部署时间段，具备以下特性：

特征提取算法

采用经验模态分解（EMD）进行信号处理，提取能量谱、峭度系数、脉冲重复率等18维特征参数。实验室测试表明，该方案对放电量的识别准确率高。

三、预警模型构建

 

自适应阈值机制

基于管廊环境噪声特征建立动态基线模型，采用小波阈值去噪算法，设定动态阈值系数。当连续采样周期检测到超过阈值的超声波信号时，触发分级预警机制。

劣化预测模型

构建随机森林回归模型，输入最近特征数据集，输出未来故障概率。在模拟实验中，模型对绝缘材料老化的预测误差低。

四、技术优势验证

 

抗干扰能力

通过自适应滤波技术，有效抑制管廊内通风系统、排水泵产生的机械振动干扰。

环境适应性

传感器采用特殊防潮处理，在95%相对湿度环境下仍保持正常工作。

 

五、工程应用前景

模拟测试结果表明，系统对绝缘缺陷的检出率较传统方法提升。特别适用于电缆接头、断路器触头等关键部位的隐性故障预警。

 

随着城市地下空间开发推进，该技术可无缝对接智慧管廊综合平台，通过5G专网实现监测数据实时上云。未来将探索与红外热像、气体组分检测等多模态数据融合，构建更完善的设备健康管理解决方案。在双碳目标驱动下，智能局放监测系统将成为保障地下电网安全、提升能源利用效率的重要技术支撑。