在全球进入第四次工业革命至今，中国在新一代半导体和能源创新技术的发展上取得了显著的成就。美镓传感（Megasensing）正是科技驱动创新时代中起步的半导体芯片公司，在自主研发的路径上探索第三代半导体GaN材料、MEMS及IC技术在能源和电力领域的广阔应用。作为氮化镓传感器芯片的领航者，美镓传感于2024年6月正式发布公司首款产品——氮化镓紫外局放传感器及监测系统（MGM-ZW-300）系列，开创了氮化镓紫外传感器技术应用于电力安全监测的新时代。本产品依托于美镓传感自主研发的氮化镓紫外传感器芯片，具备极高的灵敏度，能够实现对电缆绝缘老化所产生的早期局部放电活动的实时监测，为电力设备如开关柜、配电柜等运营状况提供精准预警。
GaN紫外传感器芯片 GaN紫外局放传感器
氮化镓紫外局放传感器集成了第三代半导体氮化镓（GaN）材料、微机电系统（MEMS）技术和集成电路技术，颠覆了传统局部放电监测的技术路径。这款局放传感器的核心是美镓传感自主研发的氮化镓紫外传感器芯片，利用GaN对紫外光感知灵敏特性可感知局部放电初期发出的紫外光子数，相比传统局放监测技术，具有极高的灵敏度——1.6×104 A/W和抗干扰性，不受电磁和噪声干扰。监测原理是基于紫外光电效应和氮化镓材料的特性：当电力设备内部出现局部放电现象时，在初期阶段会产生深紫外辐射，GaN材料是一种宽禁带半导体，对紫外光具有高度敏感性，能有效屏蔽可见光的干扰。而在设备绝缘恶化发展过程中，绝缘材料的绝缘能力越来越弱，电流逐步增大，会分阶段发射出紫外光、紫光、蓝光、可见光、红外光，并伴随着温度的逐渐升高。当发射出红外光时，温度会急剧上升，可能会导致设备故障或引起火灾。氮化镓紫外传感器通过感知采集早期阶段的紫外光信号，能够实时监测电力设备的局部放电和绝缘状况活动，及时识别潜在故障，实现早期预警和预防性维护。
局部放电过程图（深紫外为GaN紫外传感器的监测阶段）
开关柜局部放电是一种在绝缘系统中未形成贯穿性放电通道的局部性放电现象。在开关柜中，当某个区域的电场强度达到其击穿场强时，该区域就会出现这种放电。在实际运行中，可能由于多种原因导致局部电场强度超过其击穿场强，从而引发放电。如运行状态的影响、过电压或雷电波冲击、设备本身的绝缘材料不均匀或绝缘强度不足，或者高压母线连接处、开关电路触头或断路器触头接触不良等情况，都有可能导致局部放电。同时，受潮湿和过热的环境条件因素的影响，会加速绝缘材料的老化、降低其绝缘性能，从而增加局部放电的风险。局部放电一般表现为持续时间小于1μs的脉冲，当绝缘发生局部放电时，会伴随产生电脉冲、超声波、电磁辐射、光、化学反应，并引起局部发热等现象。局部放电会对开关柜内部的绝缘材料造成严重损害。
长期的局部放电会使绝缘材料逐渐老化、破损，降低设备的绝缘性能。据统计，局部放电会使绝缘材料的老化速度加快数倍甚至数十倍。当绝缘性能下降到一定程度时，就可能引发火灾、爆炸等严重事故。例如，在一些实际案例中，由于开关柜局部放电未得到及时处理，最终导致了火灾的发生，给企业带来了巨大的经济损失和安全隐患。因此，对于开关柜的局部放电问题进行早期监测和预防处理是一项至关重要的工作。
为了解决这一问题，美镓传感的氮化镓紫外局放传感器监测系统是直接面向开关柜的系统级产品，为电力行业局部放电监测提供完整的综合解决方案。该系统主要包括传感器、监测主机以及后台软件三个部分。传感器除了采集紫外信号之外，还可监测红外、温度、湿度及压力等信号，可最大程度确保预警的精准度。信号采集之后转换成数字信号，传至监测主机或后台软件，可24小时在线监测设备紫外光强度；监测主机接收传感器信号后进行快速处理，显示局部放电的强度和位置，提供直观的监测界面和报警功能；后台软件则远程监控并实时显示数据，进行数据存储和数据分析，帮助优化设备运维策略，向用户反馈电力设备的绝缘隐患或异常情况，以解决行业内无法监测早期局放、数据不精准、易误报漏报等问题，提升运维效率，确保电力系统的安全稳定运行。
氮化镓紫外局放传感器监测系统
由于这是一款系统级产品，用户可直接安装在开关柜内使用。应用场景覆盖了电力行业从发电、输电、变电、配电及用电的多个环节，如发电站、变电站、煤矿、钢铁、石油、化工等多个领域。目前已经与国网、南网建立了创新项目和试点合作，并与多个工矿企业进行销售签约。
局放传感器安装位置示意图
2024年7月，美镓传感在常州东方特钢高压开关柜改造项目中完成氮化镓紫外局放传感器的安装施工。成立于2010年的常州东方特钢成功应用氮化镓紫外局放监测系统。
东方特钢开关柜改造项目氮化镓紫外局放传感器安装实拍
美镓传感成立于2022年，是专注于第三代半导体及智能感知技术的创新型科技公司，自主研发高性能GaN传感器芯片，已有产品包括GaN紫外、温度、压力、气体、电流等传感器芯片及模组系统，应用于电力电网、新能源、工业等领域，致力于能源及工业安全管理，旨在成为全球高性能传感解决方案的领军企业，为客户提供优质的产品和服务。美镓传感将打造智能感知系统“Megasensys”，集“感”“存”“算”为一体，实现对数据的全面感知、可靠存储和智能运算。
美镓传感的氮化镓紫外局放传感器开启了电力行业局放监测领域的新一代芯片级技术潮流，以更安全、更智能、更高效为目标协助推动新型电力系统的发展。
