随着输电线路长度日益增加,电力杆塔将越来越普遍的分布在人群密集的区域,发生输电线路杆塔接地故障时周围地表电位剧增,这在很大程度上增加了由于跨步电压触电所造成的人身安全隐患。因此需要监测预警设备在存在跨步电压时能及时可靠地发出预警信号,而供电方式经济可靠是实现监测预警准确有效的保障。目前监测预警设备的主要供电方法是提供外部电源,或者使用太阳能电池、采用取能线圈从地线导线取能的方式等。但是杆塔数量多,且地处环境复杂,使用传统供电方式存在维护成本高、可靠性低等问题。因此,研究专门针对跨步电压的监测预警,采用地表电位差的一体化取能方式,既经济又能对故障快速响应,具有重要意义。本文首先提出了基于故障电流的一体化取能方法,通过对电力系统单相故障的序网分析,推导了地上地下故障电流与取能电压联合的计算模型,利用Simulink和COMSOL软件对该模型进行验证,相对误差小于5%,在允许范围内。在此基础上研究了取能电路的存在对取能电压的影响规律,定义一个取能影响系数,推导该系数的计算公式。该系数可用于取能电压计算式的修正。然后基于计算模型仿真分析了不同取能电极状态参数、土壤环境与杆塔参数、接地装置型式以及取能电极间距对取能电压的影响,同时分析了取能电阻对取能功率的影响。研究不同影响因素下取能电压与跨步电压之间的联系,给出了在每个影响因素下能获得较大取能电压和功率且不会增大跨步电压的建议值,可对取能装置设计提供数据参考。最后搭建了杆塔接地故障下取能电压比例试验平台,开展了取能电压试验,验证了基于故障电流取能的可行性和仿真模型的正确性,研究不同电极间距下的土壤等效电阻和取能电压的变化。研究了无源自启动监测预警设备能够正常启动的取能电压阈值。介绍了无源自启动监测预警流程,分析了取能电极与跨步电压监测设备中测量电极的相对位置对跨步电压测量的影响。所得结果可为跨步电压监测提供参考依据。