基于CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统研究

引言

在电力系统运行中，接地导线承担着故障电流疏导、设备接地保护的重要作用，其出现腐蚀、断裂、接触不良等问题时，易引发设备损坏、停电事故甚至人身安全风险。传统接地导线监测多依赖人工巡检，存在监测周期长、实时性差、难以发现隐性故障的不足；部分自动化监测设备则依赖电池供电或外接电源，电池更换频繁、外接电源布线复杂，难以适应野外复杂的电力场景。CT 取能技术可利用接地导线自身电流感应获取电能，为监测设备提供持续供电，结合低功耗设计与多参数监测功能，能有效解决传统监测的痛点。因此，研究基于 CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统，对提升电力系统运维效率、保障电网安全具有重要现实意义。

一、基于 CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统研究背景与核心需求

（一）研究背景

当前电力系统接地导线监测面临双重挑战：一方面，接地导线多分布于户外，环境复杂（如高温、高湿、腐蚀性气体），易出现老化故障，且故障初期无明显外在特征，人工巡检难以精准识别；另一方面，传统监测设备供电方式存在局限，电池供电续航短，需频繁维护，外接电源受限于场地条件，无法广泛应用。CT 取能技术通过电磁感应原理，从接地导线的电流中获取能量，无需额外供电，可解决监测设备的供电难题；同时，低功耗技术与多参数监测结合，能在保障监测精度的同时降低能耗，实现长期稳定监测，为接地导线监测提供新的技术路径。

（二）核心监测需求

接地导线监测的核心需求体现在多参数覆盖与实时性上：一是电气参数监测，需实时采集接地导线的接地电阻、泄漏电流、故障电流等参数，判断导线是否存在电流异常、接地不良等问题；二是物理状态监测，需监测导线的温度、振动、位移等参数，识别导线因环境影响出现的腐蚀、松动、断裂等物理故障；三是环境参数监测，需采集监测点的温度、湿度、腐蚀性气体浓度等环境数据，分析环境因素对导线老化的影响，为故障预警提供环境依据。多参数协同监测可全面反映接地导线的运行状态，避免单一参数监测导致的故障误判或漏判。

（三）低功耗与供电需求

系统需满足低功耗与稳定供电的双重需求：一方面，CT 取能的能量输出受接地导线电流影响，电流较小时取能效率低，因此监测设备需采用低功耗设计，在保证监测功能的同时降低能耗，确保在取能不足时仍能正常工作；另一方面，需设计能量存储与管理模块，将 CT 取能获取的电能存储于超级电容或锂电池中，避免因导线电流波动导致的供电中断，同时实现能量的合理分配，优先保障核心监测与数据传输模块的供电，确保系统持续稳定运行。

二、基于 CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统设计与关键技术

（一）系统整体架构设计

系统整体架构分为取能模块、监测模块、数据处理与传输模块、能量管理模块四部分：取能模块由 CT 取能线圈、整流滤波电路组成，通过电磁感应从接地导线获取交流电能，经整流滤波转换为直流电能；监测模块包含各类传感器，分别采集电气参数（如接地电阻传感器、电流传感器）、物理状态参数（如温度传感器、振动传感器）、环境参数（如温湿度传感器、气体传感器）；数据处理与传输模块对传感器采集的原始数据进行滤波、校准与分析，通过无线通信技术（如 LoRa、NB-IoT）将数据传输至远程监控平台；能量管理模块负责电能存储与分配，根据取能情况与系统能耗需求，动态调节能量输出，保障各模块稳定工作。

（二）CT 取能与低功耗技术实现

CT 取能与低功耗技术是系统稳定运行的关键：在 CT 取能技术方面，需优化取能线圈的匝数、铁芯材料与结构，提升电磁感应效率，确保在接地导线电流较小时仍能获取足够电能；同时设计宽电压适应电路，应对导线电流波动导致的取能电压变化，避免电压过高损坏设备或电压过低影响供电。在低功耗技术方面，采用低功耗传感器与微控制器，通过休眠唤醒机制控制设备工作状态，非监测时段让设备进入休眠模式，降低能耗；优化数据采集与传输频率，根据监测需求动态调整采样间隔，避免不必要的数据采集与传输，进一步减少能耗。

（三）多参数监测与数据处理技术

多参数监测与数据处理技术需保障监测精度与数据有效性：一是传感器选型与校准，根据接地导线监测需求选择高精度、高稳定性的传感器，同时定期对传感器进行校准，消除测量误差；二是数据融合处理，通过数据融合算法对多参数数据进行综合分析，如结合接地电阻与泄漏电流数据判断接地是否正常，结合温度与环境湿度数据分析导线老化趋势，提升故障判断的准确性；三是故障预警算法设计，建立多参数故障判定模型，设定参数阈值，当监测数据超出阈值时，自动触发预警信号，及时通知运维人员进行检修，避免故障扩大。

三、基于 CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统应用优化策略

（一）系统适应性优化

针对不同电力场景优化系统适应性：一是根据接地导线的规格（如导线直径、电流范围）调整 CT 取能线圈的参数，确保取能效率匹配导线实际电流情况；二是设计防水、防腐、抗电磁干扰的外壳，保护内部模块免受户外复杂环境影响，提升系统的环境适应性；三是优化无线通信模块的信号传输能力，采用抗干扰技术，确保在高压电场、强电磁环境下数据传输的稳定性，避免数据丢失或传输延迟。

（二）远程监控平台优化

优化远程监控平台功能，提升运维效率：一是完善平台的数据可视化功能，将监测数据以图表形式直观展示，方便运维人员实时查看接地导线的运行状态；二是增加故障诊断与定位功能，平台根据接收的监测数据自动分析故障类型与故障位置，为运维人员提供检修指导，缩短故障排查时间；三是建立历史数据存储与分析功能，存储长期监测数据，通过数据分析挖掘接地导线的老化规律与故障趋势，为电网运维决策提供数据支持。

（三）运维与校准机制优化

建立完善的运维与校准机制，保障系统长期可靠运行：一是制定定期巡检计划，运维人员定期检查系统的物理状态（如外壳是否损坏、接线是否松动），确保设备安装牢固、无异常；二是建立传感器定期校准机制，通过标准设备对传感器进行校准，确保监测数据的准确性，避免因传感器漂移导致的监测误差；三是设计远程维护功能，通过监控平台实现对监测设备的远程参数配置与固件升级，减少现场维护工作量，提升运维效率。

结束语

综上所述，基于 CT 取能的低功耗多参数接地导线监测系统，通过 CT取能解决供电难题，结合低功耗技术与多参数监测实现接地导线的长期稳定监测，为电力系统接地导线运维提供了高效、可靠的技术方案。未来，需进一步优化 CT 取能效率与低功耗设计，提升系统在复杂场景下的适应性，同时加强多参数数据融合与智能预警算法研究，推动系统向更智能、更精准的方向发展。相信随着技术的不断完善，该系统将在电力系统安全运维中发挥更大作用，为电网的稳定运行提供有力保障。

参考文献

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