专利名称：基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用电源装置。
背景技术：
海底电缆(海缆)分海底电力电缆和海底通信电缆。随着海洋经济的日益升温，作为重要的电力传输载体，电力电缆的应用面将会日益拓广。海缆线路长，所处海底环境复杂，易受拖网渔船船锚、海洋生物乃至海底地壳活动破坏，一旦发生故障处理修复难度大，易造成电力传输中断，产生巨大的安全问题和经济损失。如何实现载流运行电力电缆故障的预诊断和故障类型的预报告及故障发生后故障位置的及时准确地判定至今仍是一个亟待解决的难题，目前常用技术是待故障发生后，依靠测量终端到短路点间电阻值估算故障距离。该传统方法存在故障报告时滞、故障定位误差大等问题。若要解决长距离海缆故障预诊断及故障准确定位必需采用多类型传感器测试技术，而各类传感器工作都离不开工作电源，但是目前一般电源难以胜任海底运行的工况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用电源装置。该电源可满足分布于电力电缆上的多节点、多类型传感器及其他相关检测诊断设备的用电，为长距离电力电缆运行状态做实时监控、故障诊断及时预警弱电系统提供永久的电能支持。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用的电源装置，它包括:传热层、隔热层、五块温差发电片、固定环、散热层和稳压电源封装电路；其中，所述传热层是中心为圆孔的正六面体金属件，五块温差发电片与加封装稳压电源电路板的一面分别贴在正六面体的一个侧面上，它们的另一面均贴有散热层，相邻温差发电片之间以及温差发电片与稳压电源封装电路之间嵌入隔热层，隔热层、温差发电片、散热层和稳压电源封装电路均由固定环固定；五块温差发电片依次串联，两端接入稳压电源封装电路。进一步地，所述稳压电源封装电路由稳压管Ul、三级管Ql、两个电容Cl、C2和三个电阻R1、R2、R3组成，由五个温差发电片3串联组成的电路的正极分别连接电容Cl的一端、电阻Rl的一端和三极管Ql的集电极、电阻Rl的另一端接分别连接电容C2的一端、三极管Ql的基极和稳压管Ul的阴极，电阻C2的另一端分别接稳压管Ul的控制极、电阻R2和电阻R3，电阻R2的另一端接三极管Ql的发射极，并作为电源装置的正极，电阻R3的另一端、稳压管Ul的阳极、电容Cl的另一端均连接由五个温差发电片3串联组成的电路的负极，并作为电源装置的负极。本发明的有益效果在于:本发明利用海底载流电力电缆与周边海水的温差产生的电能，经过适当处理获取可用于故障检测装置工作的稳定电压，解决了常规思路下故障检测设备缺电源，而不能工作的难题。进而使得复杂情况下分布系统故障预测及告警得以实现。该装置体积小、安装、维护工作简单，成本低，装置工作可靠性好等特点。
图1是基于温差发电的海底电力电缆电源获取装置的左侧视 图2是基于温差发电的海底电力电缆电源获取装置的右侧视 图3是基于温差发电的海底电力电缆电源获取装置的俯视 图4是基于温差发电的海底电力电缆电源获取装置的剖面视 图5是温差发电片串联电路示意 图6是稳压电路及封装构成示意 图中，传热层1、隔热层2、温差发电片3、固定环4、散热层5、稳压电源封装电路6。
具体实施例方式本发明基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用的电源装置，包括:传热层1、隔热层2、五块温差发电片3、固定环4、散热层5和稳压电源封装电路6。其中，传热层I是中心为圆孔的正六面体金属件，五块温差发电片3与加封装稳压电源电路板6的一面分别贴在正六面体的一个侧面上，它们的另一面均贴有散热层5，相邻温差发电片3之间以及温差发电片3与稳压电源封装电路6之间嵌入隔热层2，隔热层2、温差发电片3、散热层5和稳压电源封装电路6均由固定环4固定；五块温差发电片3依次串联，两端接入稳压电源封装电路6。传热层I和散热层5均可选用具有良好导热散热性能的金属材料(如铝合金、铜)来制备。稳压电源封装电路6由稳压管U1、三级管Q1、两个电容C1、C2和三个电阻R1、R2、R3组成，由五个温差发电片3串联组成的电路的正极(图5和图6中所示的A)分别连接电容Cl的一端、电阻Rl的一端和三极管Ql的集电极、电阻Rl的另一端接分别连接电容C2的一端、三极管Ql的基极和稳压管Ul的阴极，电阻C2的另一端分别接稳压管Ul的控制极、电阻R2和电阻R3，电阻R2的另一端接三极管Ql的发射极，并作为电源装置的正极，电阻R3的另一端、稳压管Ul的阳极、电容Cl的另一端均连接由五个温差发电片3串联组成的电路的负极(图5和图6中所示的B)，并作为电源装置的负极。电力电缆穿过传热层I的圆孔，电力电缆的外皮层与传热层I紧密接触，电力电缆载流运行时发出热量通过传热层I传递至温差发电片3与传热层I接触的面上，使得该面升温，而温差发电片3的另一面与散热层5接触，从而保持与海底环境温度相同，使得位于传热层I和散热层5之间的温差发电片3产生明显温差，该温差产生电能，经串联连接稳压处理可以获取相应电压等级的直流电源；该直流电源装置的输出与相关检测传感器等用电设备的电源输入端链接，便可检测得海底电缆上故障信息。
实施例传热层I是一个中心为圆孔的正六面体的金属件，为便于现场施工实现，该中心为圆孔的正六面体的金属件由对角剖开的两块以正六面体面为界的等腰梯形件相合而成，正中圆心直径略小于等于电缆直径，安装时在金属铸件传热层I的内侧涂上散热性良好的导热硅胶，将两块独立金属件围绕海缆紧贴相合，并在外表面将两个独立金属件相接处衔接在一起，传热层I材料可采用导热性好、质量轻、成本低的金属，如采用铝，隔热层2材料可选用隔热效果好的材料，如橡胶包围并紧贴安装在金属件传热层I及电缆周围。防腐防水涂层可采用环氧树脂或PU涂层等。上述的温差发电片3采用TEGM温差发电片(每片发电片在温差达到50摄氏度以上时，带负载时可输出2.4V直流电压)，可根据电压需要，将温差发电片与片间以正、负极串联相接，最后正端和稳压电源电路6的A端连接，另一片的负极和稳压电源电路6的B端连接，见图5和图6。稳压电源电路6的一种构成如图6所示，由电阻(Rl、R2、R3)、电容(Cl、C2)、三极管(Ql)和稳压芯片(Ul)组成，接线方式如图6。直流电源输出正极接传感器电路正极，直流电源负极接传感器电路负极。图5和图6中主要器件选型和参数如下:
1、温差发电片
图5中的温差发电片peltier.BPB公司的TEGM，在冷热面之间建立恒定持续 温差55度(冷端5度热端60度)时测定数据如下:
尺寸:40mmx40mm,
开路电压:3.0V，
匹配负载电阻:3 匹配负载输出电压:2.4V，
输出电流:0.75A，
输出功率:2.4W，
器件最大耐温200度，内部焊接熔点温度为250度
2、稳压器件
稳压电路图6中的Ul可以使用德州仪器生产的TL431，该器件是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，在TL431中，只有当参考端的电压非常接近2.5V时，三极管中才会有一个稳定的(非饱和)电流通过。表1:TL431的推荐工作条件
务件I符号I最小值I最大值I单位
阴极至阳极电压 Vka 2.5 36_V_
阴极电流|iK |1.0 Iioo ImA
处于稳定工作状态的TL431管可以基于两个分压电阻就可以任意地设置输出电压为
从Vref (2.5V)到36V范围内的任何值。3、三极管
稳压电路图6中的Ql可以使用2N3904:
晶体管类型:NPN，电流-集电极(Ic)(最大):1A，电压-集电极发射极击穿(最大):
80V。
权利要求
1.一种基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用的电源装置，其特征在于，它包括:传热层(I)、隔热层(2)、五块温差发电片(3)、固定环(4)、散热层(5)和稳压电源封装电路(6)等；其中，所述传热层(I)是中心为圆孔的正六面体金属件，五块温差发电片(3)与加封装稳压电源电路板(6)的一面分别贴在正六面体的一个侧面上，它们的另一面均贴有散热层(5)，相邻温差发电片(3)之间以及温差发电片(3)与稳压电源封装电路(6)之间嵌入隔热层(2)，隔热层(2)、温差发电片(3)、散热层(5)和稳压电源封装电路(6)均由固定环(4)固定；五块温差发电片(3 )依次串联，两端接入稳压电源封装电路(6 )。
2.根据权利要求1所述基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用的电源装置，其特征在于，所述稳压电源封装电路(6)由稳压管U1、三级管Q1、两个电容Cl、C2和三个电阻R1、R2、R3等组成，由五个温差发电片(3)串联组成的电路的正极分别连接电容Cl的一端、电阻Rl的一端和三极管Ql的集电极、电阻Rl的另一端分别连接电容C2的一端、三极管Ql的基极和稳压管Ul的阴极，电阻C2的另一端分别接稳压管Ul的控制极、电阻R2和电阻R3，电阻R2的另一端接三极管Ql的发射极，并作为电源装置的正极，电阻R3的另一端、稳压管Ul的阳极、电容Cl的另一端均连接由五个温差发电片(3)串联组成的电路的负极，并作为电源装置的负极。
全文摘要
本发明公开了一种基于温差发电的海底电力电缆故障诊断用的电源装置，它包括传热层、隔热层、五块温差发电片、固定环、散热层和稳压电源封装电路；五块温差发电片与加封装稳压电源电路板的一面分别贴在传热层的一个侧面上，它们的另一面均贴有散热层，相邻温差发电片之间以及温差发电片与稳压电源封装电路之间嵌入隔热层，隔热层、温差发电片、散热层和稳压电源封装电路均由固定环固定；五块温差发电片依次串联，两端接入稳压电源封装电路；本发明利用海底载流电力电缆与周边海水的温差产生的电能，经过适当处理获取可用于故障检测装置工作的稳定电压；该装置体积小，安装、维护工作简单，成本低，装置工作可靠性好等特点。
文档编号G01R31/08GK103107738SQ20131002465
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者汪雄海, 何中杰, 汪昆, 陆铃霞, 张龙, 王浩 申请人:浙江大学