近日，美鎵傳感在國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司棗泉煤礦順利完成“棗泉煤礦氮化鎵紫外局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”項(xiàng)目的安裝部署與驗(yàn)收工作。該項(xiàng)目的成功投運(yùn)，為煤礦電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行注入了科技新動(dòng)能。
圖片來源：美鎵傳感
美鎵傳感是一家2022年成立的、聚焦氮化鎵相關(guān)傳感技術(shù)的創(chuàng)新型科技企業(yè)，在電力電網(wǎng)、新能源等領(lǐng)域的安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域表現(xiàn)突出。公司的核心技術(shù)圍繞第三代半導(dǎo)體氮化鎵，搭配微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和集成電路技術(shù)展開，而且自主把控研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝、封裝、測(cè)試等全核心環(huán)節(jié)。
其核心產(chǎn)品可分為兩類，一類是氮化鎵紫外、溫度、壓力、氣體、電流等各類傳感器芯片；另一類是基于這些芯片的模組和系統(tǒng)，比如明星產(chǎn)品氮化鎵紫外局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司棗泉煤礦（簡(jiǎn)稱棗泉煤礦）是國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司主力礦井，位于靈武礦區(qū)南部。其110kV變電站10kV總降配電室高壓開關(guān)柜等電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，存在多重干擾，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成挑戰(zhàn)。
為提升供電系統(tǒng)可靠性，在此部署了氮化鎵紫外局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用氮化鎵材料的紫外靈敏度優(yōu)勢(shì)，能在上述環(huán)境下精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地檢測(cè)電氣設(shè)備局部放電現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)警，有效保障煤礦電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
氮化鎵特性契合場(chǎng)景，技術(shù)優(yōu)勢(shì)保障安全
具體來看，氮化鎵（GaN）之所以能夠應(yīng)用于棗泉煤礦氮化鎵紫外局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目，核心源于其作為第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)異物化特性與光電性能，與煤礦電力系統(tǒng)局部放電監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景需求高度契合。
一方面，氮化鎵是實(shí)現(xiàn)局部放電早期精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的核心材料支撐。電力設(shè)備局部放電的初期階段，會(huì)伴隨波長處于200–280nm范圍的深紫外光輻射，這一特征光譜是判定設(shè)備絕緣劣化的關(guān)鍵信號(hào)。
而氮化鎵材料本身具有寬禁帶（約3.4eV）、高臨界擊穿電場(chǎng)、強(qiáng)紫外光吸收系數(shù)等特性，可直接對(duì)深紫外光實(shí)現(xiàn)高靈敏度響應(yīng)，無需額外的濾光或信號(hào)放大組件即可捕捉到局部放電初期的微弱紫外信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障隱患的超早期識(shí)別。
相較于傳統(tǒng)硅基傳感器，氮化鎵傳感器的響應(yīng)速度更快、探測(cè)精度更高，能夠有效區(qū)分局部放電紫外信號(hào)與環(huán)境雜散光，從技術(shù)底層解決了早期局放信號(hào)“捕捉難、識(shí)別難”的行業(yè)痛點(diǎn)。
另一方面，氮化鎵的性能優(yōu)勢(shì)完美適配煤礦復(fù)雜嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。煤礦井下存在強(qiáng)電磁干擾、高粉塵、高濕度、溫度波動(dòng)大等多重復(fù)雜工況，傳統(tǒng)電氣類局放監(jiān)測(cè)設(shè)備易受電磁干擾產(chǎn)生誤報(bào)、漏報(bào)，而光學(xué)監(jiān)測(cè)方案雖可規(guī)避電磁干擾，但傳統(tǒng)光學(xué)傳感器的穩(wěn)定性與耐受性難以滿足井下環(huán)境要求。
氮化鎵材料具備出色的耐高溫、抗腐蝕、抗輻射性能，基于其制備的傳感器可在惡劣工況下長期穩(wěn)定運(yùn)行，無需頻繁維護(hù)校準(zhǔn)；同時(shí)，氮化鎵傳感器以光信號(hào)為檢測(cè)載體，完全不受井下電力設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁噪聲干擾，能夠保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，為煤礦電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)提供了穩(wěn)定的技術(shù)保障。
最后，氮化鎵在該項(xiàng)目的應(yīng)用，推動(dòng)了煤礦電力安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的升級(jí)迭代，具有顯著的行業(yè)示范價(jià)值。長期以來，煤礦電力設(shè)備的局部放電監(jiān)測(cè)多依賴于接觸式電氣檢測(cè)或后期故障排查，不僅難以實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警，還存在人工巡檢效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題。
氮化鎵紫外局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的落地，構(gòu)建了“非接觸式、實(shí)時(shí)化、高精度”的監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)了從“事后維修”到“事前預(yù)警”的模式轉(zhuǎn)變，大幅降低了因設(shè)備絕緣劣化引發(fā)的停電、火災(zāi)等安全事故風(fēng)險(xiǎn)。
與此同時(shí)，該項(xiàng)目的成功投運(yùn)，驗(yàn)證了氮化鎵傳感技術(shù)在工業(yè)級(jí)復(fù)雜場(chǎng)景的應(yīng)用可行性，為第三代半導(dǎo)體材料在能源、電力、工業(yè)安全等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了實(shí)踐范例，助力相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)與高質(zhì)量發(fā)展。
（集邦化合物半導(dǎo)體 金水 整理）
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