一种垂直接地极温升特性的检测系统的制作方法

本实用新型涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种垂直接地极温升特性的检测系统。

背景技术：

接地极是指埋入大地以便与大地连接的电极，接地极是直流输电工程中的重要组成部分。传统的接地极大多为圆环形，水平埋设在土壤浅层，这种接地极称为水平接地极，水平接地极不但占地面积较大，还要求极址具有广阔且平坦的地带，然而随着直流输电技术的迅速发展，水平接地极选址难、征地难的问题日益突出。为克服上述问题，垂直接地极就得到了广泛应用。与水平接地极相比，垂直接地极是垂直插入土壤中，不仅可将入地电流导入地下深处，还具有占地面积小、有效降低接地电阻和跨步电压的优势。

然而，对于垂直接地极来说，也具有一些难以克服的缺陷，例如，由于端部效应的存在，电流沿垂直接地极的分布是不均匀的，这就导致垂直接地极端部的电流密度和温升较高，若设计不当，温升过高时将严重影响垂直接地极的热稳定性。并且，针对目前已投运的直流输电系统来说，绝大多数直流输电系统采用两端直流输电方式，在直流工程建设初期，因检修导致一极须退出运行时，垂直接地极将会工作在大地回线方式下，此时经垂直接地极入地的电流为系统额定电流。强大的入地电流引起馈电棒及附近土壤的发热。土壤温度升高引起水分蒸发，严重时可能因高温而硬化结块，导致垂直接地极无法正常工作。因此准确评估垂直接地极的温升特性对直流输电系统的安全运行非常重要。

在现有技术中，通常采用模拟仿真的方式对垂直接地极温升特性进行研究，但模拟仿真并无法准确体现出垂直接地极在实际土壤中温升特性。若想在实际土壤中对垂直接地极的温升特性进行测试，就需采用针对圆环形电极设计的温升试验装置，但是该装置也无法对垂直接地极的电流分布进行准确的模拟，因而无法满足垂直接地极温升特性研究的需要。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种垂直接地极温升特性的检测系统，可真实反映垂直接地极在实际土壤中的温升情况，进而用于垂直接地极的温升特性评估。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种垂直接地极温升特性的检测系统，包括：

导电容器；所述导电容器内容纳有回填料层和土壤样品；所述土壤样品位于所述导电容器的容器壁与所述回填料层的外壁之间；

金属电极，所述金属电极的第一端从所述导电容器的中心垂直插入，所述金属电极的第二端通过串联的电流测量装置和供电装置与所述导电容器的容器壁相连；所述金属电极的第二端还通过电压测量装置与所述导电容器的容器壁相连；

所述回填料层的内壁接触所述金属电极插入所述导电容器的部分；

至少一个温度信号采集装置，所述温度信号采集装置设于所述金属电极位于所述导电容器内的部分的表面和/或设于所述土壤样品中。

在本实用新型所提供的垂直接地极温升特性的检测系统中，用导电容器模拟回流极，进而模拟垂直接地极的散流情况，用土壤样品模拟真实大地，用垂直插入到导电容器内的金属电极模拟垂直接地极，并且通过温度信号采集装置，采集对应位置处的金属电极的温度信号和/或对应位置处的土壤样品的温度信号。其中，金属电极的第二端通过串联的电流测量装置和供电装置与导电容器的容器壁相连，供电装置向金属电极供电，模拟向垂直接地极持续通入直流电流信号，进而根据电流测量装置所测量的直流电流信号的大小、以及所采集的各测点的温度信号，获取在一定的直流电流信号下的各测点的温度变化情况。为了获取土壤电阻率，金属电极的第二端还通过电压测量装置与导电容器的容器壁相连，进而根据电压测量装置所测量的金属电极与导电容器的容器壁之间的电极电压信号的大小、以及所采集的各测点的温度信号，获取在一定土壤电阻率下的各测点的温度变化情况。此外，还可获取在一定的金属电极长度、金属电极埋深、以及回填料层截面积下的各测点的温度变化情况，进而根据所获取的各测点的温度变化情况，对金属电极的暂态温升特性进行分析与研究。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统的结构示意图二。

附图标记说明：

1-导电容器； 2-金属电极；

3-电流测量装置； 4-供电装置；

5-电流测量装置； 6-温度信号采集装置；

7-回填料层； 8-土壤样品；

9-温度信号接收装置。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，以下实施例结合的附图中所示出的温度信号采集装置的具体数量仅仅为示意说明，并不构成对其实际数量的限定。

如图1所示，本实施例提供了一种垂直接地极温升特性的检测系统，该垂直接地极温升特性的检测系统具体包括导电容器1、金属电极2、电流测量装置3、供电装置4、电压测量装置5、以及至少一个温度信号采集装置6。

其中，导电容器1内容纳有回填料层7和土壤样品8，土壤样品8位于导电容器1的容器壁与回填料层7的外壁之间。金属电极2的第一端从导电容器1的中心垂直插入，金属电极2的第二端通过串联的电流测量装置3和供电装置4与导电容器1的容器壁相连，金属电极2的第二端还通过电压测量装置5与导电容器1的容器壁相连；回填料层7的内壁接触金属电极2插入导电容器1的部分。温度信号采集装置6设于金属电极2位于导电容器1内的部分的表面和/或设于土壤样品8中。

在本实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统中，用导电容器1模拟回流极，进而模拟垂直接地极的散流情况，用土壤样品8模拟真实大地，用垂直插入到导电容器1内的金属电极2模拟垂直接地极，并且通过温度信号采集装置6，采集对应位置处的金属电极2的温度信号和/或对应位置处的土壤样品8的温度信号。其中，金属电极2的第二端通过串联的电流测量装置3和供电装置4与导电容器1的容器壁相连，供电装置4向金属电极2供电，模拟向垂直接地极持续通入直流电流信号，进而根据电流测量装置3所测量的直流电流信号的大小、以及所采集的各测点的温度信号，获取在一定的直流电流信号下的各测点的温度变化情况。为了获取土壤电阻率，金属电极2的第二端还通过电压测量装置5与导电容器1的容器壁相连，进而根据电压测量装置5所测量的金属电极2与导电容器1的容器壁之间的电极电压信号的大小、以及所采集的各测点的温度信号，获取在一定土壤电阻率下的各测点的温度变化情况。此外，还可获取在一定的金属电极2长度、金属电极2埋深、以及回填料层7截面积下的各测点的温度变化情况，进而根据所获取的各测点的温度变化情况，对金属电极2的暂态温升特性进行分析与研究。

可以理解的是，当采用本实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统对温升进行检测时，通过改变金属电极2长度和/或金属电极2埋深，就可分析出金属电极2长度和/或金属电极2埋深对金属电极2的暂态温升特性的影响。通过更换不同截面积的回填料层7，就可分析出回填料层7截面积对金属电极2的暂态温升特性的影响。通过利用供电装置4为金属电极2提供不同的直流电流信号，就可分析出直流电流信号对金属电极2的暂态温升特性的影响。以及通过更换不同质地、不同含水量的土壤样品8，即可改变土壤电阻率，就可分析出土壤电阻率对金属电极2的暂态温升特性的影响，以及分析出实际土壤参数的分散性对温度场分布和变化规律的影响。

需要说明的是，采用本实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统，虽然无法完全复原实际垂直接地极长度、垂直接地极埋深以及土壤环境，但其是基于场的相似原理进行，该垂直接地极温升特性的检测系统的电流场和温度场的分布与实际情况具有一定的相似性，因此，本实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统是可以真实反映垂直接地极在实际土壤中的温升情况的。并且，利用该垂直接地极温升特性的检测系统，易于改变土壤条件和金属电极2的结构参数，可进行多次试验，具有很强的实用性。

此外，为了更加接近模拟真实大地的土壤情况，应将土壤样品8均匀压实的放置在导电容器1内。并且，当需要模拟的真实大地的土壤具有分层结构时，放置在导电容器1内的土壤样品8也应具有分层结构。为了使所采集的土壤样品8的温度信号更具代表性，优选的，可在每一个土壤分层中放置至少一个温度信号采集装置6。

此外，请再次参见图1，本实施例所提供的垂直接地极温升特性的检测系统还可包括与至少一个温度信号采集装置6相连的温度信号接收装置9，在温度信号采集装置6采集到对应位置处的金属电极2的温度信号和/或对应位置处的土壤样品8的温度信号后，可将其传输至温度信号接受装置，以便工作人员更方便、直观的进行读取。具体的，如图2所示，温度信号接收装置9可为温度巡检仪。

优选的，可采用焦炭层作为回填料层7。焦炭是将金属电极2金属电子导电转化为土壤离子导电的一种中间介质，一方面，焦炭可以保护金属电极2在插入至土壤样品8时不受损伤，另一方面，基于焦炭低电阻率和高热导率的特性，焦炭还可以促进金属电极2散热，降低金属电极2温升。

可选的，导电容器1可为金属桶，例如圆筒状的钢桶。

可选的，金属电极2可为大小适中的钢筋。

可选的，金属电极2的第二端顺次通过电流测量装置3和供电装置4与导电容器1的容器壁相连。

其中，请再次参见图2，电流测量装置3具体可为电流表，供电装置4具体可为直流恒定电流源。直流恒定电流源的正极与电流表的正极相连，电流表的负极与金属电极2的第二端相连，直流恒定电流源的负极与导电容器1的容器壁相连。直流恒定电流源用于向金属电极2提供稳定持续的直流电流信号，即电极注入电流，电流表用于实时测量直流恒定电流源所提供的直流电流信号的大小，以便后续分析直流电流信号对金属电极2暂态温升特性的影响。电压测量装置5具体可为电压表，电压表的正极与金属电极2的第二端相连，电压的负极与导电容器1的容器壁相连。电压表用于实时测量金属电极2与导电容器1的容器壁之间的电极电压信号的大小，以便后续分析土壤电阻率对金属电极2暂态温升特性的影响。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。