科技日报记者 雍黎 通讯员 林熙熙
7月22日，在重庆丰都的110千伏垫三线高空，一个形似橄榄的装置正轻柔地随导线摆动。这一由国网重庆市电力公司研发的复合振动自供能监测装置，成功完成了百日的带电运行考验。这标志着我国在架空线路监测技术上取得了突破，实现了从“定期维护”到“永久服役”的跨越式升级，不再依赖外部供能。
过去，架空线路上的温度、弧垂等监测装置主要依赖锂电池和太阳能供电。然而，在重庆这样的多雾多雨地区，太阳能设备经常失效，而锂电池每2至3年就需要更换，维护成本高达约3000元/套。更为棘手的是，部分线路位于无人区，维护人员需要徒步数小时才能到达。
数据显示，重庆电网现有约3万套各类线路监测装置，每年因供电问题导致的监测中断超过1000次。为了解决这一问题，2023年初，该公司组建了一个10人的攻关团队，致力于开发自供能装置。在研发初期，团队尝试改造小型风力发电机，但导线微小的振动幅度使传统电磁发电技术无法应对。一次与技术专家的交流中，团队发现了摩擦纳米发电机技术对微幅振动的独特敏感性。
团队创新地提出了“三模复合”架构，包括捕捉微风振动的摩擦纳米模块、转化中频振动的压电陶瓷以及应对剧烈摆动的电磁模块。为攻克多源电能整合难题，团队还开发了智能电源管理系统，通过16种能量分配策略优化储能效率。
到了2024年1月，首台样机在丰都试验场遇到了挑战。连续阴雨导致装置储能效率降低。团队迅速作出反应，改进了结构，并采用了新的防水透气膜和超级电容。在极端测试中，装置的储能效率创下新高，足以为监测系统连续工作100小时。
团队成员蒋西平透露，团队面临的最大挑战是如何让三种发电模式和谐共处。经过30余次电路板迭代，团队最终研发出自适应阻抗匹配技术，使电能转换效率达到80%以上。该装置的外壳采用航空铝材整体铸造，既保证了防护等级，又控制了重量。
2024年5月，团队研发出新型复合振动自供能线路传感监测装置，由复合振动发电模块、低功耗传感模块、低功耗LoRa无线通讯模块，实现了温度、弧垂、振动三种传感参量采集与取能装置的有机统一。该装置发电模块实现了10毫瓦级功率发电，多源电能管理效率达80%以上，多参量传感平均运行功耗低至700微瓦，对比试验使用寿命较电池供能装置延长了近6倍。经实验室验证，发电模块持续发电10余天能满足主流低功耗传感监测装置一年的供能需求。
“2024年，新型复合振动自供能线路传感监测装置获重庆市渝电菁英科技大赛成果一等奖。”蒋西平介绍，该成果已获得国家发明专利授权1项、国家实用新型专利授权2项，先后安装在110千伏垫三线、500千伏张马线等10条不同电压等级线路上。
