本发明公开了一种GIS局部放电信号测量系统，能够实现同步地分别获取GIS的金属屏蔽箱内部和外部的脉冲电流局部放电信号和特高频局部放电信号。基于上述GIS局部放电信号测量系统，本发明提供了一种GIS局部放电故障诊断方法，根据获取的局部放电信号和预设的局部放电故障判据，确定GIS局部放电故障。本发明由于采用悬浮屏蔽测量，可有效抑制外部干扰，测量的脉冲电流局部放电信号和特高频局部放电信号更加准确；由于采用脉冲电流局放信号和特高频局放信号的特征值作为GIS是否存在局部放电缺陷的依据，具有现场可操作性强、判断准确、反应灵敏、可量化判断、易于实施等优点，可以广泛应用于GIS局部放电故障的诊断。