近期，在上海慕尼黑電子展上，一項源自"兆易創(chuàng)新"杯全國研究生電子設計競賽的創(chuàng)新成果——《高可靠鐵路電網故障檢測系統》引發(fā)行業(yè)關注。該系統憑借顯著的低功耗性能及廣闊的應用前景，吸引了大量專業(yè)人士駐足交流。該方案在設計中深度融合了兆易創(chuàng)新Flash、MCU、Analog等多條產品線的技術優(yōu)勢，為方案的技術實現與產品可靠應用提供了有力支撐。

隨著社會經濟的迅速發(fā)展和人口流動性的增加，不斷發(fā)展的高鐵已成為城市間重要的交通方式，這也對高鐵線路中電力供應的穩(wěn)定性和安全性提出了更高要求。伴隨高鐵網絡的擴展和使用頻率的增加，用電負荷也不斷增大，甚至超負荷運行，加速了輸電線路的老化，對電力系統的穩(wěn)定性帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

在鐵路電力系統中，輸電線路和配電設備之間的連接點是關鍵組成部分。隨著時間推移，線路老化等原因導致連接點松動的問題日益突出，不僅影響列車正常運行，造成經濟損失，還可能導致嚴重安全事故。連接點松動會導致電阻增加，進而引發(fā)過熱和設備損壞，甚至火災。及時發(fā)現和修復連接點松動對于確保電力系統穩(wěn)定和鐵路安全運行至關重要。

檢測痛點：

傳統的人工巡檢和手持紅外熱成像設備效率較低，無法實時連接點狀態(tài)

高鐵線路分布廣泛，部分連接點偏遠，檢測難度大，運維成本高

運行期間禁止巡檢人員操作無人機靠近檢測，連接點相互遮擋，遠距離檢測困難

為此，2024年中國研究生電子設計競賽參賽隊伍——西安電子科技大學的溫差能源創(chuàng)新小隊針對上述難題，開發(fā)了一套高可靠性鐵路電網故障檢測系統，能夠在連接點尚未完全松動時發(fā)出警報，有效解決高鐵、發(fā)電廠、化工廠電網中的高壓輸電連接點松動檢測不便的痛點。

“自發(fā)電”黑科技解決檢測難題

自發(fā)電智能感知終端設備通過5℃溫差閾值觸發(fā)能量收集進行自發(fā)電，為監(jiān)測設備供電；

設備僅在發(fā)熱時激活溫差供電，非工作時段全芯片斷電休眠，延長產品使用壽命。報警頻率與發(fā)熱程度相關，支持監(jiān)測設備短時間內運行，進行無線信號報警；

通過網關節(jié)點進行遠距離組網，實現監(jiān)測數據的遠程傳輸，網關節(jié)點采用低功耗和FreeRTOS設計，提高任務實時性，休眠電流僅40uAh；

無線組網傳輸系統采用低功耗無線射頻芯片實現鏈式組網，解決了山區(qū)、隧道和無人區(qū)等移動網絡無法覆蓋的問題，實現系統的遠程監(jiān)控和管理；

云服務器對報警結果進行匯總處理，開發(fā)基于Qt框架的PC端軟件，實現監(jiān)測數據的可視化顯示。

Flash+MCU+Analog高效融合

保證功耗與性能要求

智能感知終端與地面無線節(jié)點均基于GD32L233系列MCU的低功耗特性進行模塊化設計，最大程度降低工作功耗；

地面無線節(jié)點外部Flash使用GD25Q128E，通過SPI通信接口與MCU進行數據交互；

手持設備選用GD32F303系列MCU作為主控，兼顧性能與成本優(yōu)勢；

方案使用2顆GD30DC110X系列DC-DC降壓轉換器芯片和1顆GD30LD2000 LDO芯片分別為地面無線節(jié)點、手持設備和智能感知終端進行更為精細的電壓調節(jié)；

手持設備充電采用GD30BC2416電池管理芯片，保證充電效率的同時對電池提供全面保護。

研電賽點亮未來廣闊應用

截至2024年底，全國鐵路營業(yè)里程已達16.2萬公里，含4.8萬公里高鐵，根據《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》，2035年鐵路網將擴展至20萬公里以上，其中高鐵7萬公里。當前高可靠性鐵路電網故障檢測系統已在多地高鐵線路開展批量測試，并通過多場景模擬驗證。該系統不僅適用于高鐵電網運維，其應用場景還可延伸至發(fā)電廠、化工廠等工業(yè)電網的故障檢測領域，展現出跨行業(yè)應用的巨大潛力。

未來，兆易創(chuàng)新將持續(xù)通過中國研究生電子設計競賽這一競賽平臺，將公司全產品線的先進技術賦能至競賽支持，通過協同創(chuàng)新孵化前瞻性技術成果。為參賽隊伍提供從原型驗證到產業(yè)轉化的全流程技術支撐，一同為行業(yè)挖掘具備商業(yè)化潛力的高價值創(chuàng)新方案。