GIS能够有效缓解变电站建设运维中土地、人力等资源日益紧缺的现状,因而获得了广泛的应用。然而,GIS的高度紧凑化和封闭化导致其绝缘缺陷难以被发现,并且绝缘故障极易扩大化,因此有必要对GIS进行有效的状态监测。相比传统的GIS有线监测系统,无线监测系统结构简单、安装便捷、可扩展性高,能够进行复杂的计算分析,但同时其对数据同步性提出了极高的要求。如果能够解决无线监测系统中高精度时间同步和工频相位同步的难题,就能实现便捷化的GIS局部放电无线监测,促进GIS运行维护水平的提高。首先,本文对高精度时间同步进行了研究。无线网络节点的时间是以软、硬件时钟的形式表达的,这为节点时间的调整方式提供了依据。通过对无线消息传输路径的分解,确定了无线网络时间同步误差的关键来源。在此分析的基础上,提出了基于物理层时间捕获的无线网络时间同步方案。该方案通过在物理层上确定时间戳的方法,消除了物理层之上的各项不确定性延时,避免其对同步精度的影响。在基于CC2530搭建了硬件实验平台后,通过实验手段确定了物理层时间捕获的响应延时,据此对时间同步进行修正,可进一步提高同步精度。实验结果表明本方案满足GIS无线监测系统的时间同步精度要求。然后,本文对工频相位同步进行了研究。针对单相工频电压信号,使用正交变换构造两个正交的工频电压信号,并与dq变换构成单相数字锁相环的鉴相器。然后,对单相数字锁相环进行数学建模,分别从稳定性能、响应速度和抗干扰性三个方面对其进行了理论分析,并确定了锁相环的各项参数。在此基础上,使用Simulink软件搭建了仿真模型并进行了验证分析。仿真结果表明,本方案在稳定性能、响应速度和抗干扰性上都能很好地满足GIS无线监测系统的要求。最后,基于本文提出的时间同步和工频相位同步方案,设计和实现了GIS局部放电无线监测系统。该系统的监测终端采用的特高频和超声波传感器,并通过WiFi和ZigBee与后台系统通信,后台软件实现对监测数据的显示和分析。为验证系统的可行性,分别对其进行了实验室测试和现场应用测试,测试取得了预期的理想结果,证明该系统可以进行广泛的实际应用。