直流输电深井型接地极测温装置、温度在线监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及接地极测温技术领域，特别是涉及一种直流输电深井型接地极测温装置、温度在线监测系统及其监测方法。

背景技术：

我国的直流输电系统多采用双极两端中性点接地方式，采用该接地方式建设直流输电系统，需在送端和受端各建设一个直流接地极。其中常见的一种方式为垂直浅埋型接地极方案，垂直浅埋型接地极的电极埋于地面以下40m左右，电极因为入地电流的影响可能产生局部温度过高的情况，因此会在其中几口电极井内放置若干温度传感器，进行温度监测，但是传统传感器测温工艺，只能测量某个点的温度，要测试全范围的温度，需要的传感器数量多，价格昂贵，而且传感器的故障率高。另一方面，传统传感器温度测温工艺的核心部件是光纤传感器，在电极填充石油焦炭之后会承受一定的压力，一般的温度传感器环境抗压强度为1MPa,在电极井为几十米的情况下可以承受石油焦炭的压力，如果电极井很深，达到1000m左右，那么环境压强将达到10MPa，该传感器则不能正常工作，所以传统传感器测温工艺不适合于深井型接地极的温度监测。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种直流输电深井型接地极测温装置、温度在线监测系统及其监测方法，便于在相对较小的地理面积上，布置接地电极。

其技术方案如下：

一种直流输电深井型接地极测温装置，包括设置于地下的馈电棒、固定于所述馈电棒上的测温光缆以及将所述测温光缆的光信号转换为温度信号的信号解调器；所述信号调解器与所述测温光缆电性连接，所述测温光缆自所述馈电棒的底端延伸至顶端。

上述直流输电深井型接地极测温装置，使用测温光缆进行温度监测，测温光缆既作为传感器，又作为信号传输介质，光缆的任一点都能够采集数据，从而可以实现整个馈电棒上全范围的温度监测，结构异常简单，方便施工。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述测温光缆与所述馈电棒通过抱箍固定。

在其中一个实施例中，所述测温光缆包括光纤单元、包覆所述光纤单元的加强管，以及覆盖于所述加强管外的金属编织网。

在其中一个实施例中，所述加强管中填充有油膏。

在其中一个实施例中，所述金属编织网外覆盖有铁氟龙保护套。

在其中一个实施例中，所述馈电棒上间隔设置有至少二根引流电缆。

在其中一个实施例中，所述接地极测温装置还包括给信号解调器供电的无源电源组件，所述无源电源组件包括风能转换单元及光能转换单元。

本技术方案还提供了一种直流输电深井型接地极温度在线监测系统，包括上述任意一种直流输电深井型接地极测温装置，还包括监控主机以及将温度信号以无线的方式发送至所述监控主机的无线信号收发器，所述无线信号收发器与所处信号解调器电性连接。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述温度在线监测系统包括至多三个所述直流输电深井型接地极测温装置。

本技术方案还提供了一种直流输电深井型接地极温度在线监测方法，包括利用馈电棒将测温光缆置入地下；利用测温光缆感应整条所述馈电棒上各个位置的温度；使用信号解调器将所述测温光缆的光信号转换为温度信号；再通过无线信号收发器将温度信号发送至监控主机；最后所述监控主机对数据加工处理，并且监控主机实时显示、记录存储或超温报警。

附图说明

图1为本发明所述的直流输电深井型接地极测温装置正面结构示意图；

图2为本发明所述的直流输电深井型接地极测温装置俯视结构示意图；

图3为本发明所述的测温光缆的横截面示意图；

图4为本发明所述的直流输电深井型接地极温度在线监测系统示意图；

图5为本发明所述的直流输电深井型接地极温度在线监测方法示意图。

附图标记说明：

1、馈电棒；11、沉降块；12、抱箍；13、引流电缆；14、排气管；15、石油焦炭；2、测温光缆；21、光纤单元；22、加强管；23、金属编织网；24、铁氟龙保护套；25、防高温润滑油；3、信号解调器；4、无源电源组件；41、风能转换单元；42、光能转换单元；5、无线信号收发器；51、信号发送单元；52、信号接收单元；6、监控主机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，本发明所述直流输电深井型接地极测温装置，包括竖直设置于地下的馈电棒1、固定于所述馈电棒1上的测温光缆2以及将所述测温光缆2的光信号转换为温度信号的信号解调器3，在所述直流输电深井型接地极测温装置周围填充有石油焦炭15，以将所述馈电棒1上的电流导引向大地，提高所述馈电棒1的接地效果。优选的，所述馈电棒1上还固定有排气管14，所述排气管14为无规共聚聚丙烯(PPR)材质，抗高温，所述排气管14可以将所述石油焦炭15中的气体及时排除，防止所述直流输电深井型接地极测温装置的环境压力过大。

所述馈电棒1电阻率较小，由多节柱体组合而成，在本实施例中，所述馈电棒1的直径为73mm，管壁厚度为1.8mm，并且所述馈电棒1的材料为铁，价格更为经济实惠，在其他实施例中，所述馈电棒1的材料可以为石墨、高硅铸铁、高硅铬铁、铁氧体或者铜等。优选的，所述馈电棒1上还间隔设置有至少二根引流电缆13，所述引流电缆13与所述馈电棒1电性连接，向上延伸汇聚后，连接至输电系统，所述引流电缆13可以将电流分成若干支路，并引流到馈电棒1的不同部位，再由馈电棒1将电流导入石油焦炭15，最终流入大地，避免馈电棒1上某一点的电流密度过大，引起局部温度过高，在本实施例中，所述引流电缆13的数量为三。

所述馈电棒1顶端距离地表20m，底端连接有沉降块11，使得所述馈电棒1可以稳定、准确的下沉到井底，井的深度可以为500m或者更深，以将电流导入地底深处，从而实现在较小的施工面积上，导引更多的电流，解决接地电极安装的土地资源紧缺情况。在本实施例中，所述沉降块11的材质为金属，并且与所述馈电棒1电性导通，进一步，所述沉降块11的材质为铁，以在一定程度上增强所述馈电棒1的导电性能，在其它实施例中，所述沉降块11可以为任意密度较大的材质。在所述馈电棒1上还设置有至少一个抱箍12(如图2)，以固定测温光缆2，一方面是使所述测温光缆2与所述馈电棒1一同下沉安装，另一方面可以防止所述测温光缆2安装后的随意晃动，影响所述测温光缆2的稳定性；所述引流电缆13及所述排气管14同样固定于所述抱箍12上。

所述测温光缆2自所述馈电棒1的底端延伸至顶端，最终连接至信号调解器。测温光缆2既作为传感器，又作为信号传输介质，测温光缆2上的任一点都能够采集数据，从而可以实现整个馈电棒1上全范围的温度监测，并且不用在地下给测温光缆2供电，结构异常简单，方便施工、可维护性好、可靠性高。

如图3所示，所述测温光缆2包括光纤单元21、包覆所述光纤单元21的加强管22，以及覆盖于所述加强管22外的金属编织网23，通过加强管22及金属编织网23，加强所述测温光缆2的抗压性能，使所述测温光缆2可以适应井底深处的石油焦炭15带来的压力，而不产生变形，防止光纤单元21径向受力，使对光信号衰减，造成温度无法测量，优选的，所述加强管22为无缝钢管，所述金属编织网23为钢材质。在本实施例中，所述光纤单元21的数量为二根，起到保险作用，当其中一根因为意外损坏，无法检测检测温度时，另一根光纤单元21可以临时作为备用原件，在其它实施例中，所述光纤单元21的数量可以为一根或多根。在所述金属编织网23外覆盖有铁氟龙保护套24，使得所述测温光缆2能够耐酸、耐碱、耐高温并且防水，减少光纤单元21被破坏的可能，同时，防止加强管22及金属编织网23被腐蚀。进一步的，在本实施例中，所述加强管22中还填充有防高温润滑油25，使得光纤在加强管22中始终处于自由状态，减小与加强管22发生碰撞受到的作用力。所述测温光缆2可以实现15MPa内的抗压强度，1000N内的长期允许拉伸力，1500N内的短期允许拉伸力，并且具有长期3000N/10cm的允许压扁力，短期4000N/10cm的允许压扁力，可以适应-40℃—120℃的温度变化。

所述信号调解器接收来自所述测温光缆2的光信号，并将光信号转换为温度信号，以供统计、观测。可选的，所述信号调解器使用无源电源组件4进行供电，以解决偏僻山区的供电难问题，所述无源电源组件4包括风能转换单元41及光能转换单元42，使用风能和光能同时为信号调解器供电，以避免断电情况，风能转换单元41将风能转换为电能和光能转换单元42将光能转换为电能的具体工作方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述。

如图4所示，本发明所述一种直流输电深井型接地极温度在线监测系统，包括上述任意一种的直流输电深井型接地极测温装置，还包括监控主机6以及将温度信号以无线的方式发送至所述监控主机6的无线信号收发器5，所述无线信号收发器5与所处信号解调器3电性连接。

所述直流输电深井型接地极测温装置的数量最多为三个，减小占地面积，所述直流输电深井型接地极测温装置共用一个信号调解器和无线信号收发器5，以节约成本。

所述无线信号收发器5包括信号发送单元51与信号接收单元52，所述信号发送单元51与所述信号调解器电性连接，以将所述信号调解器转换得到的温度信号以无线信号的形式发送出去，所述信号发送单元51同样由无源电源供电；所述信号接收单元52与所述监控主机6电性连接，所述信号接收单元52接收所述信号发送单元51发送出来的无线信号，并发送给监控主机6，从而实现接地极温度的远程在线监控功能。

所述监控主机6将自所述信号接收单元52接收到的信号进行存储，并且在屏幕上显示实时温度信号，绘制温度变化曲线。用户可以设置报警温度值和报警模式，报警模式包括超温报警，即超过设定的温度值报警；差温报警，即达到设定的温升值报警；温升速率报警，即达到设定的温升速率报警，所述各报警模式可单独或组合使用。对于存储的温度数据，监控主机6将提供自动和手动报表(日/月/年)，并允许使用者按具体日期生成报表，方便历史数据的查询、对比和分析。

如图5所示，本发明所述一种直流输电深井型接地极温度在线监测方法，可应用于图4中所述的直流输电深井型接地极温度在线监测系统，包括以下步骤：

S01：利用馈电棒1将测温光缆2置入地下井底，并与所述馈电棒1固定在一起；

S02：利用测温光缆2感应整条所述馈电棒1上各个位置的温度，而不是点式的温度检测；

S03：使用信号解调器3将所述测温光缆2的光信号转换为温度信号，并发送至无线信号收发器5；

S04：无线信号收发器5接受来自所述信号解调器3发送过来的信号，再将温度信号发送至监控主机6；

S05：监控主机6对数据加工处理，并且监控主机6实时显示、记录存储或超温报警。具体的，所述监控主机6将自所述信号接收单元52接收到的信号进行存储，并且在屏幕上显示实时温度信号，绘制温度变化曲线。用户可以设置报警温度值和报警模式，报警模式包括超温报警，即超过设定的温度值报警；差温报警，即达到设定的温升值报警；温升速率报警，即达到设定的温升速率报警，所述各报警模式可单独或组合使用。对于存储的温度数据，监控主机6将提供自动和手动报表(日/月/年)，并允许使用者按具体日期生成报表，方便历史数据的查询、对比和分析。

该方法使用测温光缆2对整条馈电棒1的温度进行监测，相对于点式的监测更为全面和准确，也不用在地下为测温光缆2供电，更加的方便；使用无线信号收发器5进行信号发送，可以进行远距离的通讯，方便远程在线观测。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。