本实用新型涉及一种架空线路teg能量收集器，属于能量收集器领域。
背景技术：
随着我国社会生产力飞速发展，生产活动对提高电网传输能力的需求与日俱增，基于各类传感器技术监控电网状态的在线监测装置正逐步列装，辅助施行电网安全运行的保障作业。目前输电线状态监测的解决方案依据测量方法可分为接触式测量与非接触式测量，以输电线温度为例，分为接触式热敏电阻测量与非接触式红外测量。
热敏电阻接触测量需将测温元件紧贴在线缆表面，因此通常使整套装置包括采集、通讯和供电都固定在线缆上。在线缆上固定的测量装置一般通过电流互感（ct）取电、塔装太阳能供电或使用高性能锂电池一次性供电。ct取电是一种利用电流互感器利用电磁感应从高压输电线周围获取电能的技术，目前大部分解决方案是利用耦合线圈环绕在输电线上实现取电功能，采用该方案的装置通常具有功率高、不间断供电、体积小和易安装的特点。但是输电线较大的电流突变通常会使ct取电装置的二次线圈、磁芯和泄能部件急剧发热，改变高压输电线热稳定性，破坏绝缘的潜在危害；ct取电端改变了输电线原有电磁场分布，引起涡流进而引发电网故障。塔装太阳能供电是将太阳能供电系统及通讯系统安装在铁塔上，通过线缆将电能传输前端传感器与采集单元。该方案成熟可靠，但受限于气候变化无法提供持续稳定电能；电力通讯与前端传感器采集单元间必须用线缆桥接，限制该方案只能监测近铁塔处的线缆与金具温度，而无法观测到悬空段的状态。高性能锂电池一次性供电方案主要采用低功耗采集系统加电池集成的方法，将装置挂载到输电电缆上，设计使用寿命达5年以上，具有体积小、成本低、易安装和免维护的特点。但实际应用中，受限于锂电池在低温环境下性能下降，实际使用中很难达到设计预期，失去了免维护的特点，其综合成本依然居高不下。
非接触式红外测量方案采用红外传感器遥感线缆表面温度，整套装置都安装在铁塔上，因此多使用太阳能供电，受限于红外传感器视场分辨力，其优缺点与使用太阳能供电的接触式测温方案类似，无法监测远处悬空段线缆的状态。
热电发生器（teg）是一种基于半导体温差发电技术，利用塞贝克效应将热能转换为电能的电子器件。与半导体制冷器（tec）相比，teg具有更好的热电转换效率和更高的耐温值，因此在同温差驱动下，teg输出更大的电流和较低的电压。设计用耦合电感与dc/dc控制器组合成升降压转换的能量采集电路，teg输入达到可充电阈值时，dc/dc控制器开启充电回路向备份电池充电并向系统提供电源；否则关闭teg输入，系统供电来源切换至备份电池；控制器通过检测teg输入电源电压，实现teg输入电源与备份电池电源的无缝切换，从而支撑系统稳定工作。
架空线路中高压输电线的温度根据焦耳定律与功率损耗相关，正比于工作负荷。普通钢芯铝绞线的长期工作允许温度为70℃，但随着电力负荷越来越重，实际输电线工作温度通常高于60℃，因而对超高压和特高压线路拓展了许多耐高温品种，如高强度铝合金架空导线、耐热合金架空导线、碳纤维复合架空导线、抗覆冰架空导线等工作温度均在100℃以上。因此，实际运行的架空高压线工作温度显著高于环境温度，满足温差发电所需工作条件。
技术实现要素：
为解决线载装置不间断供电同时规避危害输电线状态的问题，本实用新型提出了一种架空线路teg能量收集器，为高压输电线线载监测装置提供电能来源，具有安全可靠、轻便和免维护的特点。
本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种架空线路teg能量收集器，包括上下两部分，所述上半部分包括上导热夹具1、下导热夹具2、teg3、散热石墨膜4和金属外壳上体8；teg3的热端紧贴在上导热夹具1的上平整面，teg3的冷端隔着散热石墨膜4紧贴在金属外壳上体8的顶部内侧的平整面，由上导热夹具1连接teg3固定在金属外壳上体8上；所述下半部分包括能量收集模块5、传感器测量模组6、射频天线7、金属外壳下体9和天线罩10；金属外壳上体8与金属外壳下体9对接端面内嵌密封圈11；能量收集模块5安装在金属外壳下体9内腔一侧，传感器测量模组6固定在金属外壳下体9内腔底部；射频天线7固定在传感器测量模组6上，其天线引出至天线罩10内；天线罩10固定在金属外壳下体9的下部，与内腔连通；金属外壳下体9与金属外壳上体8连接，对接端面各有线圈槽。
所述上导热夹具1与下导热夹具2之间根据规定的线缆直径各开半圆型线槽，用于将收集器装置的上半部分固定在输电线上；上导热夹具1与下导热夹具2根据线缆规格进行替换。
所述上导热夹具1由良好的导热金属制成。
所述金属外壳上体8呈流线型。
所述能量收集模块5包括顺序连接的耦合电感、dc/dc控制器和低温锂电池。
本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型根据架空输电线工作发热的特点设计使用teg将热能转换成电能，利用能量收集电路收集，实现了供给传感测量系统工作和补充蓄能电池电能。该方案相比于现有方案，具有安全可靠、不间断供电、轻便和免维护的显著特点。
2、teg收集热能转换电能的供电方式，相比于ct取电不会产生强电磁场，引发输电线内部产生涡流；同时由于无源集热消耗内能的工作方式，不会产生额外的热量导致输电线温度升高，破坏绝缘层，具有安全可靠的特点。相比于使用大容量高性能锂电池一次供电的方式，teg能量收集方案显著降低了对蓄电电池的选型要求，提供了不间断电源，实现了免维护的优势。相比于原有方案，teg能量收集方案仅需要在原有金属装置内部加装teg片和一块收集电路，相比于ct取电以更轻的重量换得了不间断供电的功能，很容易满足小于2.5kg输电线挂载负荷的要求，具有轻便的优势；同时由于所有装置可集成在金属壳体内部，保留了金属壳体无锋边缘的圆润设计，避免了电晕放电现象，保障了输电线及装置的安全，具有安全可靠的特点。
附图说明
图1为架空线teg能量收集器装置组成示意图。
图2为架空线teg能量收集器装置原理框图。
其中：1、上导热夹具；2、下导热夹具；3、teg；4、散热石墨膜；5、能量收集模块；6、传感测量模组；7、射频天线；8、金属外壳上体；9、金属外壳下体；10、天线罩；11、密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型设计将teg热端贴合在输电线表面导热夹具表面，冷端贴合在金属外壳的导热端；由热端接收自输电线传导来高于环境的温度，冷端由接触端热承传导热量通过金属外壳利用外界对流散热，从而在teg两端形成稳定温度差，驱动teg产生电能。在金属外壳上盖内部覆有导热石墨膜，用于增大teg冷端热承在金属外壳上的散热面积，能量采集电路接收teg产生的电能，通过耦合电感倍压转换，经过dc/dc电路控制器对低温锂电池进行充电或供给传感测量模组。金属外壳设计分上下两部分，上部分由线缆夹具、teg模组组成，下部分由能量采集电路与传感器测量模组放置腔体和天线罩组成；外壳整体圆润接近球体，与输电线等电位，可避免电晕放电现象。
如图1所示，收集器装置主体由上下两部分组成。上半部分包括上导热夹具1、下导热夹具2、teg3、散热石墨膜4和金属外壳上体8；下半部分包括能量收集模块5、传感器测量模组6、射频天线7、金属外壳下体9和天线罩10；金属外壳上体8与金属外壳下体9连接端面内嵌密封圈11。
上导热夹具1与下导热夹具2之间根据规定的线缆直径各开半圆型线槽，用于将收集器装置的上半部分固定在输电线上；上导热夹具1与下导热夹具2可根据线缆规格进行替换。teg3的热端紧贴在上导热夹具1的上平整面，teg3的冷端隔着散热石墨膜4紧贴在金属外壳上体8的顶部内侧的平整面，由上导热夹具1连接teg3固定在金属外壳上体8上；上导热夹具1由良好的导热金属制成，能以较小的热阻迅速将高压线缆的温度传导至teg3的热端，金属外壳上体8呈流线型，有助于利用环境对流与空气完成热交换，维持teg3的冷端处于较低的温度；散热石墨膜4用于减小横向热阻，将teg3冷端的热能迅速扩散到金属外壳上体8，效果等同于获得更大的散热面积。
能量收集模块5安装在金属外壳下体9内腔一侧，传感器测量模组固定在金属外壳下体9内腔底部；射频天线7固定在传感器测量模组6上，其天线引出至天线罩10内；天线罩10固定在金属外壳下体9的下部，与内腔连通。金属外壳下体9与金属外壳上体8连接，对接端面各有线圈槽，内嵌密封圈11提供密封防水功能。
如图2所示，能量收集模块5包含耦合电感、dc/dc（直流升压）控制器和低温锂电池。耦合电感收集teg3的电能，经一定比例升压后传送给dc/dc控制器，dc/dc控制器通过buck-boost变换输入电压至工作电压，如dc3.3v、dc4.7v、dc5v、dc12v等；通过功率监测，dc/dc控制器将电能输送给传感测量模组6，同时将部分电能涓充低温锂电池，当功率不足时，dc/dc控制器将输送给传感测量模组6的供能电路切换至低温锂电池，由后者提供电能支撑传感测量模组6继续工作；dc/dc控制器同时还具备输出短路保护、过热保护等自主保护功能，以避免损害输电线。
1.一种架空线路teg能量收集器，其特征在于包括上下两部分，所述上半部分包括上导热夹具（1）、下导热夹具（2）、teg（3）、散热石墨膜（4）和金属外壳上体（8）；teg（3）的热端紧贴在上导热夹具（1）的上平整面，teg（3）的冷端隔着散热石墨膜（4）紧贴在金属外壳上体（8）的顶部内侧的平整面，由上导热夹具（1）连接teg（3）固定在金属外壳上体（8）上；所述下半部分包括能量收集模块（5）、传感器测量模组（6）、射频天线（7）、金属外壳下体（9）和天线罩（10）；金属外壳上体（8）与金属外壳下体（9）对接端面内嵌密封圈（11）；能量收集模块（5）安装在金属外壳下体（9）内腔一侧，传感器测量模组（6）固定在金属外壳下体（9）内腔底部；射频天线（7）固定在传感器测量模组（6）上，其天线引出至天线罩（10）内；天线罩（10）固定在金属外壳下体（9）的下部，与内腔连通；金属外壳下体（9）与金属外壳上体（8）连接，对接端面各有线圈槽。
2.根据权利要求1所述的一种架空线路teg能量收集器，其特征在于，所述上导热夹具（1）与下导热夹具（2）之间根据规定的线缆直径各开半圆型线槽，用于将收集器装置的上半部分固定在输电线上；上导热夹具（1）与下导热夹具（2）根据线缆规格进行替换。
3.根据权利要求1所述的一种架空线路teg能量收集器，其特征在于，所述上导热夹具（1）由导热金属制成。
4.根据权利要求1所述的一种架空线路teg能量收集器，其特征在于，所述金属外壳上体（8）呈流线型。
5.根据权利要求1所述的一种架空线路teg能量收集器，其特征在于，所述能量收集模块（5）包括顺序连接的耦合电感、dc/dc控制器和低温锂电池。
技术总结