复杂环境下输配电线路状态感知的无电池通信增强监测装置研制与应用

需求的背景和应用场景

本项目针对山区、高原、森林等复杂环境下的输配电线路运行及杆塔状态监测需求而提出。在这些环境中，输配电线路常常面临暴雪、冻雨、强风、滑坡等自然灾害的威胁，导致线路的运行状态难以持续、实时监测。当前使用的监测装置存在供能不稳、通信不畅、感知不全等三大瓶颈问题，具体表现为依赖电池供能导致续航受限，通信链路覆盖不足造成数据回传困难，以及单参量感知能力有限无法全面反映线路状态。因此，急需一款能够在复杂环境下稳定工作，实现全方位状态监测与灾害预警的无源通信增强监测终端装置，以提高输配电线路的可靠性和安全性。

要解决的关键技术问题

1. 多物理量传感接口技术：研发高精度集成的温度、湿度、压力、电流等传感接口，确保温度测量误差≤±0.1℃，相对湿度测量误差≤±0.5%RH，压力、电流测量误差均≤±1%FS，电压测量误差≤±0.5%FS，倾角测量误差≤±2%FS。同时，实现低噪声放大、宽温域补偿、自动校准功能，并支持多通道低功耗ADC，以便进行微弱信号的高保真采集。此外，还需集成低功耗处理单元，实现边端侧预处理。
2. 低功耗远距离无线增强通信技术：开发高灵敏度射频唤醒与接收技术（接收灵敏度≤-125dBm@1kbps），以及反向散射放大、可重构反向散射技术。同时，需具备高效率PA（发射功率≥+10dBm），并实现智能频谱管理、抗雨雪衰减策略、多跳组网，以确保在复杂环境下的稳定通信。
3. 多源高效取能与能量管理技术：研究弱光低压启动技术（冷启动电压≤300mV），并支持光能、射频能、振动能、热能等多种能量输入。同时，需实现智能能量调度、MPPT效率≥97%，以及全链路低功耗管理（休眠电流≤1μA），以确保装置在无源情况下的持续稳定运行。
4. 安全与系统要求：提供标准API接口，构建数据、网络、设备的安全防护体系，并确保符合国网数据安全与隐私保护要求。

效果要求

通过研制这款集成多物理量精准感知、低功耗远距离通信、多源自供能的无源通信增强监测终端装置，预期将实现以下效果：

• 提高监测精度与全面性：通过高精度传感接口和全方位感知技术，实现对输配电线路及杆塔状态的精准监测和全面覆盖。
• 增强通信稳定性与可靠性：利用低功耗远距离无线增强通信技术，确保在复杂环境下的稳定通信和数据回传。
• 提升供能稳定性与续航性：通过多源高效取能与能量管理技术，实现无源供能下的持续稳定运行和长续航。
• 保障数据安全与隐私保护：构建完善的安全防护体系，确保数据的安全性和隐私性。
• 形成竞争优势与创新性：该技术需求将推动输配电线路监测技术的革新与进步，为电力行业提供具有竞争优势和创新性的解决方案。