一、 作品信息

作品名称： “电眼通”——基于全向电场传感的智能电网监测

参赛单位： 红河学院

指导教师： 马超 、李东杰

团队成员： 张春元、黄海涛、左玉芳、李格、王卓

获奖信息： 第四届象新力杯－开放创新赛道自由选题类－一等奖

二、 作品介绍

在电力系统中，变电站、输电线路附近的有害电场监测极为重要。然而，当待测电场方向未知时，传统一维电场传感器由于不具有全向性，需要不断改变传感器位置来测量，这不仅操作繁琐，还会引入较大的测量误差。当前现有的智能电网监测系统，如南方电网公司牵头研制的全球首套±800kV特高压直流量子电流传感器、高灵敏度超材料传感器等，普遍存在多参数协同监测能力不足、供电与抗干扰能力差、空间感知维度局限等问题。

针对上述挑战，红河学院团队设计并制作了一款基于全向电场传感的智能电网监测系统——“电眼通”。该系统利用三个一维电场传感器，通过适当的结构改进使感应天线两两互相垂直，构成三维电场传感器，实现了对方向未知的空间电场进行全向测量，为智能电网的电场监测提供了一套高灵敏度、宽频带、抗干扰强的解决方案。

三、 核心创新

1. 三维全向电场传感技术

团队将三个一维电场传感器的感应天线两两互相垂直，构建了三维电场传感器结构，并通过CST仿真建模对传感器的方向性进行了系统分析。仿真与实测结果表明，无论入射电场角度如何变化，所设计的三维电场传感器都能对待测电场进行有效测量，最终通过电场合成便可还原不同方向的入射电场。这一设计从根本上解决了一维电场传感器方向性差、测量操作繁琐的问题，使得“电眼通”具备了对全空间电场的实时监测能力。

2. 宽频带、高灵敏度设计

团队在传感器电路设计上选用了ADA4817、OPA859等高性能芯片，分别设计了一维和三维电场传感器的接收调制电路。经测试，一维电场传感器-3dB带宽达到15kHz-100MHz，三维电场传感器-3dB带宽进一步拓展至17kHz-980MHz。在雷电脉冲测试中，传感器最大可测电场为17.2kV/m，最小可测电场仅为0.6kV/m；在纳秒脉冲测试中，最小可测电场更低至0.32kV/m。这一宽频带、高灵敏度的特性，使得“电眼通”能够有效捕捉雷电、开关操作等产生的瞬态电场信号，为电网故障预警与定位提供了可靠的数据支撑。

3. 激光供能与光纤传输方案

针对现有感知系统供电与抗干扰能力差的痛点，团队全面采用了激光供能+光纤传输方案。激光供能通过光纤从远端向传感器提供稳定电能，避免了传感器在强电场环境中取能困难或供电线路引入干扰的问题；光纤传输则将电光转换后的光信号通过光纤传送至远端光电探测器进行解调，彻底隔离了强电磁环境对信号传输的干扰。这一标准化设计显著提升了系统的抗电磁干扰能力，同时支持传感器的模块化部署与灵活组网，为智能电网中多节点、分布式的电场监测网络建设奠定了基础。

四、 应用前景

“电眼通”全向电场传感系统可广泛应用于电力设备及线路电场监测、故障定位与分析、电力电子设备监测以及电网规划与布局优化等场景。随着智能电网对状态感知能力要求的不断提升，“电眼通”有望在变电站智能化改造、输电线路在线监测等领域发挥重要作用，为推动电力系统从“被动检修”向“主动预警”转变贡献技术力量。