局部放電(Partial Discharge, PD)是高壓電氣設備絕緣劣化的重要征兆，實時監測對預防故障至關重要。目前，超聲(AE)和特高頻(UHF)是兩種主流的局部放電檢測技術，各具優勢與局限性。本文將對比兩種傳感器的性能差異，并探討多傳感器融合方案如何提升檢測可靠性。

一、超聲與UHF傳感器的原理差異

1. 超聲傳感器(AE)

原理：通過壓電陶瓷或MEMS元件捕獲局部放電產生的機械振動波(頻率范圍20-200kHz)。

信號來源：放電過程中絕緣材料振動或氣泡破裂產生的聲波。

適用場景：變壓器、GIS(氣體絕緣開關設備)、電纜接頭等密閉或油浸設備。

2. 特高頻傳感器(UHF)

原理：檢測局部放電激發的電磁波(頻段300MHz-3GHz)。

信號來源：放電過程中瞬間產生的電磁脈沖。

適用場景：GIS、高壓開關柜等金屬屏蔽環境，可穿透絕緣介質。

超聲VS特高頻（UHF）局部放電檢測：傳感器性能對比與融合方案

二、融合方案：超聲+UHF協同檢測

單一傳感器易受環境干擾或檢測盲區限制，多傳感器融合可優勢互補：

1. 數據融合策略

時空同步：通過時間戳對齊超聲與UHF信號，排除偶發干擾。

特征互補：

超聲：識別放電類型(如氣泡放電、表面放電)。

UHF：量化放電強度(如視在電荷量pC)。

AI算法輔助：基于深度學習的多源信號分類(如CNN+LSTM模型)。

2. 典型應用案例

GIS設備監測：

UHF傳感器檢測電磁脈沖，超聲傳感器定位放電部位(如絕緣子缺陷)。

某變電站案例顯示，融合方案將誤報率降低60%。

變壓器在線監測：

超聲傳感器監測油中放電，UHF傳感器捕捉繞組局部放電。

三、未來發展趨勢

微型化集成傳感器：如MEMS超聲+UHF天線一體化設計，降低成本與體積。

邊緣智能分析：在傳感器端嵌入AI芯片，實現實時診斷(如放電類型識別)。

標準統一化：推動IEC/IEEE制定超聲-UHF聯合檢測標準。

超聲與UHF傳感器在局部放電檢測中各具優勢：超聲擅長定位與類型識別，UHF長于靈敏度和抗介質衰減。通過多傳感器融合與智能算法，可顯著提升監測系統的可靠性與精度。未來，隨著物聯網(IoT)與AI技術的發展，協同檢測方案將成為高壓設備狀態監測的主流方向。