全息声场检测仪电力多场景应用解决方案
基于 64 元全向阵列与 AI 全景声场重建的全景声学监测方案
一、行业痛点:电力设备声学监测的共性局限
局部放电(PD)是电力设备绝缘故障最主要的早期征兆之一。当前行业常用的检测方法包括特高频法(UHF)、超声波法(AE)、高频电流法(HFCT)和暂态地电压法(TEV)等,其工作频段分别位于特高频(约 300MHz–3GHz)、超声(约 20kHz–300kHz)、高频电流(约 0.1MHz–50MHz)及暂态地电压(约 3MHz–100MHz)频段,与本方案阵列 20Hz–20kHz 的可听声监测带宽基本不重叠;这些方法在特定场景下各有技术优势。就声学监测(可听声频段)这一技术方向而言,行业通常面临以下共性局限:
■ 视场受限,易存在监测盲区——手持式设备与固定式传感器多在有限角度范围内检测,在变电站、换流站等大空间多设备场景中,单台设备较难覆盖所有方向的声学事件,可能存在漏检风险;
■ 干扰环境下微弱信号较难捕捉——现场存在较强电磁干扰、多设备混叠噪声与空间混响,传统波束形成算法在低信噪比下定位精度易下降,从背景噪声中提取微弱局放可听声分量存在一定难度;
■ 对人工经验依赖度较高——检测结果多依赖操作人员经验判断,标准化异常声识别模型的建立仍在完善中,"监测→识别→预警"的闭环智能化程度有提升空间;
■ 间歇式巡检存在"空窗期"——以手持设备巡检为主的方式存在巡检间隔期,故障可能在两次巡检之间发生并演化,与"预防为主"的运维目标存在差距。
注:本节所述行业共性局限,系基于公开技术文献与行业实践的归纳,不针对任何特定厂商的产品或方案,不构成对他人商品、服务的评价或贬低。
二、方案概述:单台设备近全向全景声学监测
全息声场检测仪以 64 元全向高信噪比传声器阵列为核心,可实现单台设备对整个球空间(水平 360°、垂直 180°)的近全向全景声场覆盖,并通过 AI 算法完成从"全景采集→ 声源分离 → 异常识别 → 风险预警"的全链路智能化监测(各环节能力均为设计目标)。相较传统技术路线,其设计差异如下:
表 1 技术路线设计差异对比
维度 | 传统技术路线(手持式/固定式) | 全息声场检测仪 |
视场覆盖 | 单视角范围有限,需扫查或转动设备 | H360°×V180° 近全向覆盖,显著减少监测盲区(设计目标) |
部署方式 | 多点位传感器网络(6–8 节点,行业常见配置) | 单站重点区域通常建议 2 台即可覆盖(设计目标,实际布设依现场规模确定) |
智能化 | 以人工经验判断为主 | 具备 AI 异常识别闭环能力(设计目标) |
监测方式 | 间歇式巡检,存在空窗期 | 支持实时在线监测(设计目标) |
技术架构:全向阵列采集 → AI 全景声场重建 → AI 多声源盲分离 → AI 异常声智能识别 → 声-光多模态融合可视化。
本方案核心技术正面向变电站、换流站、输电线路、配电站房等典型场景开展适配研究。
注:本表为技术路线层面的对比说明,基于公开资料整理,不针对任何特定厂商的产品;各场景实际应用效果须经现场适配验证后确定。
三、核心技术
3.1 64 元全向阵列:近全向全景覆盖
采用球面麦克风阵列设计,无需机械云台转动方案,实现对整个球空间的近全向覆盖,一次部署即可全景映射全局声学热点,针对传统声像仪"视场受限、易存在盲区"的问题提出改进方案(设计目标)。
3.2 AI 全景声场重建
基于层级多任务深度学习模型,为不同频率层级分配不同阶数的球谐波域特征,实现宽带全景声场的高保真重建(设计目标)。单台设备可实现中远距离声源的定位(设计目标),定位精度随频率升高而提升。
3.3 AI 多声源盲分离
面向变电站多设备同时发声的复杂场景,基于深度神经网络声源分离算法,在无需先验信息的条件下实现混合声信号中的多声源分离(设计目标),分离信干比设计值 ≥12dB(测试条件见注 3),支持不同设备异常声的分离与跟踪。
3.4 电网强电磁环境适配
针对变电站强电磁干扰、宽温域运行、户外部署等特殊需求,通过电磁屏蔽与滤波电路设计抑制电磁耦合干扰,降低工频及高频电磁干扰对声学采集链路的影响。需说明的是,变电站 50Hz 工频、100/200Hz 变压器本体振动及冷却风机噪声均落在本方案 20Hz–20kHz 工作带内,属声学干扰,由 3.3 的 AI 多声源盲分离在信号层分离(分离信干比设计值 ≥12dB),而非依靠滤波电路抑制;同时通过宽温域适应性设计,保障系统在 −20℃~50℃ 环境下的工程可靠性(设计目标,具体温度范围以实测标定为准)。
3.5 声-光多模态融合
将声场成像与全景光学图像叠加,呈现可视化声学监测画面;并支持与红外热成像等多模态数据融合,支撑电网数字孪生建设。

四、电力多场景应用
表 2 电力多场景适配说明(设计目标)
应用场景 | 场景特征 | 全息声场检测方案设计价值 |
变电站全景监测 | 设备密集、空间广阔、背景噪声复杂 | 单台设备可覆盖重点监测区域,有助于减少固定式传感器部署数量,有助于降低部署与运维成本(测算依据见注 4;实际效果因站场规模而异) |
换流站阀厅监测 | 设备密集、电磁干扰严重 | 全景声学监测可作为阀厅局放检测的辅助手段,具体可用性须经现场比对试验验证 |
输电线路巡检 | 远距离、电晕放电与绝缘子污闪 | 远场定位(中高频段)设计上可支持杆塔级、相别级声源定位需求;定位精度随距离升高而下降(设计目标) |
配电站房监测 | 空间紧凑、设备集中 | 近全向覆盖特性可用于同时监测多个柜体的异常声响(设计目标) |
注:本表为技术能力的设计说明,不构成对特定场景检测结论或工程效果的承诺;各场景实际可用性须经现场适配验证后确定。
五、典型检测对象与故障类型
表 3 典型检测对象与声学异常(检测参考价值为设计目标)
检测对象 | 典型声学异常 | 检测参考价值(设计目标) |
变压器 | 铁芯/绕组机械松动、局部放电(可听声分量) | 机械故障诊断、局放可听声分量辅助预警 |
GIS 组合电器 | 局部放电(可听声分量)、绝缘缺陷 | 局放可听声分量辅助识别绝缘隐患 |
开关柜 | 接触不良、局部放电(可听声分量) | 接触不良异响识别、柜内局放可听声分量定位 |
绝缘子 | 电晕放电、污闪 | 外绝缘状态评估辅助 |
输电线路 | 电晕放电、绝缘子污闪 | 远距离声源定位 |
输变电辅机设备 | 风机/电机机械异响 | 辅机设备状态监测 |
系统通过构建覆盖多类型故障、多工况条件、多信噪比等级的电网设备异常声特征库,支撑 AI 诊断模型的垂直迁移与跨场景泛化(设计目标)。
六、技术参数与性能指标
项目 | 设计指标 |
传声器阵列 | 64 元全向(80dB SNR) |
灵敏度 | −24dB |
频率范围 | 20Hz – 20kHz |
成像视角 | H360° × V180° |
声场重建角度分辨率 | ≤4°(高频段) |
多声源分离信干比 | ≥12dB |
全景声场成像刷新率 | ≥25Hz |
注 1 声场重建、定位、分离等为系统硬件与算法的设计规格,不构成现场保证值。其中声场重建角度分辨率、信噪比、灵敏度等指标均随频率与测试距离变化——受阵列孔径衍射限约束,频率越低分辨率越差;上表数值为指定频段与测试条件下的设计目标值,须按实际测试条件标定后使用。
注 2 关于局部放电检测的适用范围说明——局部放电声发射的主要能量集中于超声频段(约 20kHz–300kHz),而本方案阵列带宽上限为 20kHz。因此,本方案覆盖的是 PD 的可听声与低超声边界声学分量,在声学监测层面可提供辅助判据;建议与 AE 超声波法、UHF 特高频法、TEV 等方法协同使用,不替代超声局放检测。各设备类型的实际可用性,须经现场比对试验验证。
注 3 分离信干比、阵列信噪比、灵敏度、角度分辨率等指标的实际数值随频率、距离、声源类型及现场信噪比条件变化,上表数值为特定测试条件下的设计目标值,建议由具备资质的检测机构出具测试报告后引用,并标注报告编号及出具机构。
注 4 关于成本测算——"减少传感器部署数量""降低运维成本"等表述,系基于典型场景的内部测算模型(测算依据:【待填:测算方法、假设条件、报告编号】),为内部测算结果,实际效果因站场规模、监测范围与验收要求而异,不构成承诺。
本方案属可听声状态监测技术路线,可参照 T/CEC 1207-2025《变电设备可听声状态监测技术导则》(中国电力企业联合会,2025-08-15 发布、2025-11-30 实施)开展可听声监测能力的评价与验证(标准现行状态及适用版本请以正式发布文本为准;本方案不对该标准作出符合性声明)。
七、应用价值
7.1 经济价值:有助于降低全站级监测总体拥有成本
全息声场检测仪单台可实现水平360° 覆盖,一座变电站重点监测区域通常建议布设 2 台设备(互为冗余)即可实现全景监测;具体布设数量可根据站场规模、监测范围与重点区域划分灵活确定。相较固定式多点位局放监测系统通常需部署 6–8 个节点,经内部测算,长期运维成本具有下降空间(测算依据见注 4,实际效果因站场而异,不构成承诺)。
7.2 预警价值:从"事后抢修"向"提前预警"
全景实时在线监测可显著缩短巡检间隔期、减少故障空窗期,通过 AI 异常识别,设计上支持故障的早期预警(设计目标:提前 2–4 周,非现场保证值),有助于减少非计划停机带来的经济损失。
7.3 效率价值:从"人工经验"向"智能闭环"
建立从"全景采集 → 盲源分离 → 异常识别 → 风险预警"的全链路智能化监测范式,将较多依赖人工经验的巡检升级为标准化智能监测,提升运维效率与一致性(设计目标)。
八、总结
全息声场检测仪以"全向阵列 + AI 全景声场重建 + 多声源盲分离 + 异常智能识别"为核心技术路线,针对电力设备全景声学监测的应用需求,为变电站、换流站、输电线路、配电站房等多类场景提供单台设备近全向覆盖、强干扰解耦、智能预警的全景声学监测方案(设计目标)。
本方案核心技术正面向变电站、换流站、输电线路、配电站房等典型场景开展适配研究,从"视场受限"向"近全向覆盖"、从"人工经验"向"智能闭环"、从"间歇巡检"向"实时在线"演进,为电网设备状态智能监测与数字化运维提供技术路径参考,在新型电力系统建设中具有应用前景。
听细微,见知著
北京群核声学技术有限公司
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合规声明
1. 本资料为产品技术宣传资料,所载技术指标、性能数据及效益测算均为设计规格或内部测算结果,不构成现场保证值、产品承诺或合同条款;
2. 本资料中的技术路线对比基于公开资料整理,不针对任何特定厂商的产品,不构成对他人商品或服务的评价;
3. 本资料涉及的检测方法说明仅用于技术交流,实际检测应遵循相应国家标准、行业标准并由具备资质的机构实施;
4. 本资料中引用标准的现行状态请以正式发布文本为准,本方案不对任何标准作出符合性声明;
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