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7月22日，在重慶豐都的110千伏墊三線高空，一個形似橄欖的裝置正輕柔地隨導(dǎo)線擺動。這一由國網(wǎng)重慶市電力公司研發(fā)的復(fù)合振動自供能監(jiān)測裝置，成功完成了百日的帶電運(yùn)行考驗(yàn)。這標(biāo)志著我國在架空線路監(jiān)測技術(shù)上取得了突破，實(shí)現(xiàn)了從“定期維護(hù)”到“永久服役”的跨越式升級，不再依賴外部供能。

過去，架空線路上的溫度、弧垂等監(jiān)測裝置主要依賴鋰電池和太陽能供電。然而，在重慶這樣的多霧多雨地區(qū)，太陽能設(shè)備經(jīng)常失效，而鋰電池每2至3年就需要更換，維護(hù)成本高達(dá)約3000元/套。更為棘手的是，部分線路位于無人區(qū)，維護(hù)人員需要徒步數(shù)小時才能到達(dá)。

數(shù)據(jù)顯示，重慶電網(wǎng)現(xiàn)有約3萬套各類線路監(jiān)測裝置，每年因供電問題導(dǎo)致的監(jiān)測中斷超過1000次。為了解決這一問題，2023年初，該公司組建了一個10人的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，致力于開發(fā)自供能裝置。在研發(fā)初期，團(tuán)隊(duì)嘗試改造小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但導(dǎo)線微小的振動幅度使傳統(tǒng)電磁發(fā)電技術(shù)無法應(yīng)對。一次與技術(shù)專家的交流中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)技術(shù)對微幅振動的獨(dú)特敏感性。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出了“三模復(fù)合”架構(gòu)，包括捕捉微風(fēng)振動的摩擦納米模塊、轉(zhuǎn)化中頻振動的壓電陶瓷以及應(yīng)對劇烈擺動的電磁模塊。為攻克多源電能整合難題，團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了智能電源管理系統(tǒng)，通過16種能量分配策略優(yōu)化儲能效率。

到了2024年1月，首臺樣機(jī)在豐都試驗(yàn)場遇到了挑戰(zhàn)。連續(xù)陰雨導(dǎo)致裝置儲能效率降低。團(tuán)隊(duì)迅速作出反應(yīng)，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)，并采用了新的防水透氣膜和超級電容。在極端測試中，裝置的儲能效率創(chuàng)下新高，足以為監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)工作100小時。

團(tuán)隊(duì)成員蔣西平透露，團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)是如何讓三種發(fā)電模式和諧共處。經(jīng)過30余次電路板迭代，團(tuán)隊(duì)最終研發(fā)出自適應(yīng)阻抗匹配技術(shù)，使電能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80%以上。該裝置的外殼采用航空鋁材整體鑄造，既保證了防護(hù)等級，又控制了重量。

2024年5月，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型復(fù)合振動自供能線路傳感監(jiān)測裝置，由復(fù)合振動發(fā)電模塊、低功耗傳感模塊、低功耗LoRa無線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)了溫度、弧垂、振動三種傳感參量采集與取能裝置的有機(jī)統(tǒng)一。該裝置發(fā)電模塊實(shí)現(xiàn)了10毫瓦級功率發(fā)電，多源電能管理效率達(dá)80%以上，多參量傳感平均運(yùn)行功耗低至700微瓦，對比試驗(yàn)使用壽命較電池供能裝置延長了近6倍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，發(fā)電模塊持續(xù)發(fā)電10余天能滿足主流低功耗傳感監(jiān)測裝置一年的供能需求。

“2024年，新型復(fù)合振動自供能線路傳感監(jiān)測裝置獲重慶市渝電菁英科技大賽成果一等獎。”蔣西平介紹，該成果已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)、國家實(shí)用新型專利授權(quán)2項(xiàng)，先后安裝在110千伏墊三線、500千伏張馬線等10條不同電壓等級線路上。