气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）局部放电检测专利技术综述

申请作为分析对象，重点介绍了主要检测方法的技术分支，并对全球及中国范围内GIS局部放电检测专利申请态势、技术构成以及技术来源国与目标国作了研究分析，从而能够更好地从专利申请的角度对GIS局部放电检测技术有更加深入的认识。

【关键词】气体绝缘金属封闭开关设备;脉冲电流;特高频;专利

中图分类号： TM643 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）28-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.007

随着我国经济的快速发展，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）以其特有的优点在电力系统中得到了广泛的应用。在长期的高电压下，GIS内部绝缘存在缺陷时，将发生局部放电现象（Partial Discharge， PD），局部放电是GIS绝缘性能劣化的重要征兆和表现形式[1-5]。因此，针对GIS设备的局部放电进行检测就显得至关重要。本文基于中国专利检索系统文摘数据库（CPRSABS）和德温特世界专利数据库（DWPI），利用关键词和分类号对涉及GIS局部放电检测技术领域的专利文献进行了检索、统计和分析。

1 技术分支

根据GIS局部放电所诱发的物理及化学过程，GIS局部放电检测大致可以分为电检测法、非电检测法以及联合检测法[6-7]（即采用两种及以上方法进行联合检测）三大类。其中电检测法又可分为脉冲电流法和特高频法;非电检测法又可分为超声波法、光学法和化学法。

2 申请量的年度分布

图1反映了全球范围内和中国专利申请量年度变化趋势。可以看出全球范围内针对GIS的局部放电检测技术的专利申请最早出现在20世纪70年代末期，这之后一直到1987年，专利申请都处于较低的水平，该阶段属于一个技术萌芽期，每年度全球范围内仅有数件关于该领域的专利申请。这是因为GIS设备是20世纪70年代初期才出现的，而针对其运行过程中绝缘故障的检测技术也相应地需要一段时间的发展。在1988年至2005年的时间内，全球范围内的专利申请始终处于一个相对平缓的增长阶段。在2009年左右，申请量有了快速的上升，呈现爆发式的增长，2016年达到了90项。

GIS局部放电检测技术在中国的专利申请开始较晚，且上世纪90年代一直到2008年都处于一个相对较低的申请量水平，年度申请量仅有几件。2009年后，中国在该领域的申请量开始呈现爆发式增长趋势，主导了全球范围内该技术领域内的专利申请。2016年，中国在该领域的专利申请量达到了80余件。2009年后中国专利申请数量的快速增长的原因一方面得益于中国政府大力推动科技发展和进步有关，另一方面得益于我国电网改造和升级过程中对GIS设备的大量使用以及我国GIS设备生产企业的不断发展和壮大。

3 申请量的技术构成及特点

图2反映了全球范围内GIS局部放电检测技术专利申请量的技术构成。通过对全球范围内GIS局部放电检测技术领域所申请的专利进行分析可以发现，采用电检测法的专利申请占到了总申请量的75%，其中涉及利用特高频法进行GIS局部放电检测的专利技术占到了57%，由此可以看出目前该领域内的主流检测方式为特高频检测法。此外，脉冲电流法和超声波法也在该领域内被较多地关注，分别占比18%和11%;而联合检测法作为一种较新的检测手段也逐渐被人们所重视。

GIS局部放电不同检测技术的专利申请量的多少同该技术本身的优势和劣势通常紧密联系。不同技术分支的优劣作了对比如下：

脉冲电流法：优点是方法简单，敏感度高，缺点是不能在线监测;特高频法：优点是灵敏度高，可在线监测，缺点是造价高;超声波法：优点是不受电磁干扰，缺点是信号衰减大，检测距离有限;光学法，优点是不受电磁干扰，缺点是灵敏度差，不能长期监测;化学法，优点是不受电磁干扰，缺点是灵敏度差，需要多个传感器;联合检测法，优点是取长补短，相互印证，缺点是结构复杂，造价高。

由以上分析看出，特高频法之所以专利申请量占主导地位与其所特有的检测灵敏度高以及能够实现在线监测的优势密不可分，尽管其具有造价高的确定，然而可以通过资源的整合和工艺的优化等手段来逐步降低其成本。光学法和化学法优于其灵敏度差、检测准确性差且不能用于在线检测等缺点导致对其的研究兴趣不高。而联合检测法由于其能兼具各检测方法的优点也逐步成为研究的热点。

4 专利申请技术来源国与目标国

专利申请的地域分布可以在一定的程度上反映出各个国家或地区的在该技术领域内的技术实力和市场应用预期。图3-a和图3-b分别给出了GIS局部放电检测技术的专利申请的来源国和目标国的分布情况。

由图3可以看出，中国、日本和韩国是全球范围内GIS局部放电检测技术的主要的技术来源国和技术目标国，三者的比重占到全球的80%以上。而其中，中国和日本在该领域的地位尤其显得重要，无论是对于技术来源国还是技术目标国而言，中国和日本的全球占比均分别超过了50%和20%，因此表明中国和日本在该领域内具有更高的关注度和更强的技术实力。中国之所以在技术目标国中占据了绝大部分的份额，主要原因在于中国拥有巨大的GIS市场，目前在我国63-500kV电力系统中，GIS的应用已经相当于广泛;而日本则在GIS的生产和制造上占据着主导地位。

5 结束语

本文重点对GIS局部放电检测技术的专利申请的现状和构成以及主要技术的来源地和应用预期地等进行了分析。通过上述的分析可以发现，目前针对GIS局部放电检测的专利技术主要为特高频法，其是目前全球范围内的主流检测技术，此外，通过结合各种检测方法的优点并通过不同检测方法之间的相互印证来提高检测的准确性的联合检测法以及在线监测也逐渐成为未来技术发展的趋势。同时，尽管我国在该领域的專利技术申请量占据了主导地位，然而重点的专利申请技术仍然掌握在国外。因此，未来为了进一步推进我国电网的智能化进程，减少电网的故障，提高GIS设备的可靠性，我国的GIS生产企业同样应该对GIS设备的局部放电检测技术进行更多的关注，并同掌握了相应的检测技术的高校以及实际运行的电网公司一起开展相互合作进而开发出检测速度更快、检测精度更好的检测技术。

【参考文献】

[1]樊宇璐.GIS状态检测技术综述[J].电气开关，2011，02：1-6.

[2]汲胜昌，等.GIS局部放电检测用特高频天线研究现状及发展[J].高压电气，2015，04：163-172.

[3]王建，等.GIS设备局部放电分析及对策研究[J].电力讯息，2017，06：221.

[4]化晨冰，等.GIS带电测试技术的现状与发展[J].电气开关，2013，06：8-10.

[5]肖燕，等.GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望[J].高电压技术，2010，01：47-49.

[6]陈敏，等.GIS超声波/超高频局部放电检测技术研究[J].湖北电力，2011，12：40-41.

[7]孙德兴，等.GIS绝缘缺陷局部放电的联合检测研究[J].贵州电力技术，2014，02：46-48.