近日，美鎵傳感在國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司棗泉煤礦順利完成“棗泉煤礦氮化鎵紫外局放監(jiān)測系統(tǒng)”項目的安裝部署與驗收工作。該項目的成功投運，為煤礦電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行注入了科技新動能。
圖片來源：美鎵傳感
美鎵傳感是一家2022年成立的、聚焦氮化鎵相關傳感技術的創(chuàng)新型科技企業(yè)，在電力電網(wǎng)、新能源等領域的安全監(jiān)測領域表現(xiàn)突出。公司的核心技術圍繞第三代半導體氮化鎵，搭配微機電系統(tǒng)（MEMS）和集成電路技術展開，而且自主把控研發(fā)設計、工藝、封裝、測試等全核心環(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)測系統(tǒng)。
國家能源集團寧夏煤業(yè)公司棗泉煤礦（簡稱棗泉煤礦）是國家能源集團寧夏煤業(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柜等電力設備運行環(huán)境復雜，存在多重干擾，對設備穩(wěn)定運行構(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)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用氮化鎵材料的紫外靈敏度優(yōu)勢，能在上述環(huán)境下精準、實時地檢測電氣設備局部放電現(xiàn)象，實現(xiàn)故障早期預警，有效保障煤礦電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
氮化鎵特性契合場景，技術優(yōu)勢保障安全
具體來看，氮化鎵（GaN）之所以能夠應用于棗泉煤礦氮化鎵紫外局放監(jiān)測系統(tǒng)項目，核心源于其作為第三代半導體材料的優(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)測的場景需求高度契合。
一方面，氮化鎵是實現(xiàn)局部放電早期精準監(jiān)測的核心材料支撐。電力設備局部放電的初期階段，會伴隨波長處于200–280nm范圍的深紫外光輻射，這一特征光譜是判定設備絕緣劣化的關鍵信號。
而氮化鎵材料本身具有寬禁帶（約3.4eV）、高臨界擊穿電場、強紫外光吸收系數(shù)等特性，可直接對深紫外光實現(xiàn)高靈敏度響應，無需額外的濾光或信號放大組件即可捕捉到局部放電初期的微弱紫外信號，實現(xiàn)故障隱患的超早期識別。
相較于傳統(tǒng)硅基傳感器，氮化鎵傳感器的響應速度更快、探測精度更高，能夠有效區(qū)分局部放電紫外信號與環(huán)境雜散光，從技術底層解決了早期局放信號“捕捉難、識別難”的行業(yè)痛點。
另一方面，氮化鎵的性能優(yōu)勢完美適配煤礦復雜嚴苛的應用環(huán)境。煤礦井下存在強電磁干擾、高粉塵、高濕度、溫度波動大等多重復雜工況，傳統(tǒng)電氣類局放監(jiān)測設備易受電磁干擾產(chǎn)生誤報、漏報，而光學監(jiān)測方案雖可規(guī)避電磁干擾，但傳統(tǒng)光學傳感器的穩(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)定運行，無需頻繁維護校準；同時，氮化鎵傳感器以光信號為檢測載體，完全不受井下電力設備運行產(chǎn)生的電磁噪聲干擾，能夠保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性與可靠性，為煤礦電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測提供了穩(wěn)定的技術保障。
最后，氮化鎵在該項目的應用，推動了煤礦電力安全監(jiān)測技術的升級迭代，具有顯著的行業(yè)示范價值。長期以來，煤礦電力設備的局部放電監(jiān)測多依賴于接觸式電氣檢測或后期故障排查，不僅難以實現(xiàn)早期預警，還存在人工巡檢效率低、安全風險高等問題。
氮化鎵紫外局放監(jiān)測系統(tǒng)的落地，構(gòu)建了“非接觸式、實時化、高精度”的監(jiān)測體系，實現(xiàn)了從“事后維修”到“事前預警”的模式轉(zhuǎn)變，大幅降低了因設備絕緣劣化引發(fā)的停電、火災等安全事故風險。
與此同時，該項目的成功投運，驗證了氮化鎵傳感技術在工業(yè)級復雜場景的應用可行性，為第三代半導體材料在能源、電力、工業(yè)安全等領域的規(guī)模化應用提供了實踐范例，助力相關行業(yè)的技術升級與高質(zhì)量發(fā)展。
（集邦化合物半導體 金水 整理）
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