氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）局部放電檢測專利技術綜述

羅敏　劉彥庭

【摘 要】本文以GIS局部放電檢測方法的專利申請作為分析對象，重點介紹了主要檢測方法的技術分支，并對全球及中國范圍內GIS局部放電檢測專利申請態勢、技術構成以及技術來源國與目標國作了研究分析，從而能夠更好地從專利申請的角度對GIS局部放電檢測技術有更加深入的認識。

【關鍵詞】氣體絕緣金屬封閉開關設備;脈沖電流;特高頻;專利

中圖分類號： TM643 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）28-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.007

隨著我國經濟的快速發展，氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）以其特有的優點在電力系統中得到了廣泛的應用。在長期的高電壓下，GIS內部絕緣存在缺陷時，將發生局部放電現象（Partial Discharge， PD），局部放電是GIS絕緣性能劣化的重要征兆和表現形式[1-5]。因此，針對GIS設備的局部放電進行檢測就顯得至關重要。本文基于中國專利檢索系統文摘數據庫（CPRSABS）和德溫特世界專利數據庫（DWPI），利用關鍵詞和分類號對涉及GIS局部放電檢測技術領域的專利文獻進行了檢索、統計和分析。

1 技術分支

根據GIS局部放電所誘發的物理及化學過程，GIS局部放電檢測大致可以分為電檢測法、非電檢測法以及聯合檢測法[6-7]（即采用兩種及以上方法進行聯合檢測）三大類。其中電檢測法又可分為脈沖電流法和特高頻法;非電檢測法又可分為超聲波法、光學法和化學法。

2 申請量的年度分布

圖1反映了全球范圍內和中國專利申請量年度變化趨勢。可以看出全球范圍內針對GIS的局部放電檢測技術的專利申請最早出現在20世紀70年代末期，這之后一直到1987年，專利申請都處于較低的水平，該階段屬于一個技術萌芽期，每年度全球范圍內僅有數件關于該領域的專利申請。這是因為GIS設備是20世紀70年代初期才出現的，而針對其運行過程中絕緣故障的檢測技術也相應地需要一段時間的發展。在1988年至2005年的時間內，全球范圍內的專利申請始終處于一個相對平緩的增長階段。在2009年左右，申請量有了快速的上升，呈現爆發式的增長，2016年達到了90項。

GIS局部放電檢測技術在中國的專利申請開始較晚，且上世紀90年代一直到2008年都處于一個相對較低的申請量水平，年度申請量僅有幾件。2009年后，中國在該領域的申請量開始呈現爆發式增長趨勢，主導了全球范圍內該技術領域內的專利申請。2016年，中國在該領域的專利申請量達到了80余件。2009年后中國專利申請數量的快速增長的原因一方面得益于中國政府大力推動科技發展和進步有關，另一方面得益于我國電網改造和升級過程中對GIS設備的大量使用以及我國GIS設備生產企業的不斷發展和壯大。

3 申請量的技術構成及特點

圖2反映了全球范圍內GIS局部放電檢測技術專利申請量的技術構成。通過對全球范圍內GIS局部放電檢測技術領域所申請的專利進行分析可以發現，采用電檢測法的專利申請占到了總申請量的75%，其中涉及利用特高頻法進行GIS局部放電檢測的專利技術占到了57%，由此可以看出目前該領域內的主流檢測方式為特高頻檢測法。此外，脈沖電流法和超聲波法也在該領域內被較多地關注，分別占比18%和11%;而聯合檢測法作為一種較新的檢測手段也逐漸被人們所重視。

GIS局部放電不同檢測技術的專利申請量的多少同該技術本身的優勢和劣勢通常緊密聯系。不同技術分支的優劣作了對比如下：

脈沖電流法：優點是方法簡單，敏感度高，缺點是不能在線監測;特高頻法：優點是靈敏度高，可在線監測，缺點是造價高;超聲波法：優點是不受電磁干擾，缺點是信號衰減大，檢測距離有限;光學法，優點是不受電磁干擾，缺點是靈敏度差，不能長期監測;化學法，優點是不受電磁干擾，缺點是靈敏度差，需要多個傳感器;聯合檢測法，優點是取長補短，相互印證，缺點是結構復雜，造價高。

由以上分析看出，特高頻法之所以專利申請量占主導地位與其所特有的檢測靈敏度高以及能夠實現在線監測的優勢密不可分，盡管其具有造價高的確定，然而可以通過資源的整合和工藝的優化等手段來逐步降低其成本。光學法和化學法優于其靈敏度差、檢測準確性差且不能用于在線檢測等缺點導致對其的研究興趣不高。而聯合檢測法由于其能兼具各檢測方法的優點也逐步成為研究的熱點。

4 專利申請技術來源國與目標國

專利申請的地域分布可以在一定的程度上反映出各個國家或地區的在該技術領域內的技術實力和市場應用預期。圖3-a和圖3-b分別給出了GIS局部放電檢測技術的專利申請的來源國和目標國的分布情況。

由圖3可以看出，中國、日本和韓國是全球范圍內GIS局部放電檢測技術的主要的技術來源國和技術目標國，三者的比重占到全球的80%以上。而其中，中國和日本在該領域的地位尤其顯得重要，無論是對于技術來源國還是技術目標國而言，中國和日本的全球占比均分別超過了50%和20%，因此表明中國和日本在該領域內具有更高的關注度和更強的技術實力。中國之所以在技術目標國中占據了絕大部分的份額，主要原因在于中國擁有巨大的GIS市場，目前在我國63-500kV電力系統中，GIS的應用已經相當于廣泛;而日本則在GIS的生產和制造上占據著主導地位。

5 結束語

本文重點對GIS局部放電檢測技術的專利申請的現狀和構成以及主要技術的來源地和應用預期地等進行了分析。通過上述的分析可以發現，目前針對GIS局部放電檢測的專利技術主要為特高頻法，其是目前全球范圍內的主流檢測技術，此外，通過結合各種檢測方法的優點并通過不同檢測方法之間的相互印證來提高檢測的準確性的聯合檢測法以及在線監測也逐漸成為未來技術發展的趨勢。同時，盡管我國在該領域的專利技術申請量占據了主導地位，然而重點的專利申請技術仍然掌握在國外。因此，未來為了進一步推進我國電網的智能化進程，減少電網的故障，提高GIS設備的可靠性，我國的GIS生產企業同樣應該對GIS設備的局部放電檢測技術進行更多的關注，并同掌握了相應的檢測技術的高校以及實際運行的電網公司一起開展相互合作進而開發出檢測速度更快、檢測精度更好的檢測技術。

【參考文獻】

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