一种用于杂散电流研究的模拟装置的制作方法

1.本实用新型涉及杂散电流研究的技术领域，特别是涉及一种用于杂散电流研究的模拟装置。


背景技术：

2.在地铁供电系统中，理想状态下供电电流为机车提供动力，后经轨道返回至牵引变电站负极，但由于地铁轨道的电阻不可能为零，当有电流通过时就形成了电位差，并且地铁轨道对大地的泄漏电阻也不会为无穷大，就不可避免的造成了部分电流不经回流至牵引变电所，而是流入大地，然后通过大地回流至牵引变电所，这部分电流就是杂散电流。
3.当杂散电流从规定的回路以外流动，使流入埋地金属管线的地方带负电，此处成为阴极区，当阴极区的电位值过负时，金属管线表面会发生析氢反应，造成此区域防腐涂层的剥落；电流流出的部位带正电成为阳极区，阳极区域则会发生激烈的电化学反应，从而造成埋地金属管线的电化学腐蚀侵害。
4.因此非常有必要去研究土壤环境中杂散电流的相关影响因素及其分布规律，确定其大小、流动方向及其腐蚀区域，从而采取适当的防护措施，减轻杂散电流对埋地金属管线的腐蚀侵害，保障金属管线的运行安全。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是：提供一种模拟试验更接近实际情况的用于杂散电流研究的模拟装置。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于杂散电流研究的模拟装置，包括用于填充土壤介质的箱体和可控电源，所述可控电源连接有波形发生器，所述可控电源与所述波形发生器之间通过信号转换器信号连接，所述箱体内设置有模拟轨道和模拟管道，所述可控电源的两个电极分别连接于所述模拟轨道的两端。
7.作为优选方案，所述模拟管道连接有至少两个的导电线，所述导电线间隔设置，所述模拟管道设有万用电表和参比电极，所述导电线、所述万用电表和所述参比电极的数量对应设置，所述万用电表的两端分别与一个所述导电线和一个参比电极连接。
8.作为优选方案，所述模拟轨道包括至少两个定值电阻和至少两个导体，所述定值电阻与所述导体交替连接。
9.作为优选方案，所述模拟轨道包括定值电阻和碳棒，所述定值电阻与碳棒连接。
10.作为优选方案，所述箱体连接有温湿传感器，所述温湿传感器包括用于埋设于所述土壤介质中的感应探头。
11.作为优选方案，所述箱体内设有喷淋装置，所述喷淋装置位于所述模拟轨道的上方。
12.作为优选方案，所述箱体的底部设有承托板，所述模拟管道与所述模拟轨道位于所述承托板上方，所述承托板开设有流水孔，所述承托板与所述箱体的底面之间形成储水
池，所述流水孔与所述储水池连通。
13.作为优选方案，所述箱体内壁安装有加热器。
14.作为优选方案，所述箱体为密封箱。
15.作为优选方案，所述密封箱外壁包裹有保温带。
16.本实用新型实施例一种用于杂散电流研究的模拟装置与现有技术相比，其有益效果在于：在箱体内填充土壤介质，在土壤介质中埋设模拟管道，模拟管道的管道材质可根据实际研究内容而定。在土壤介质表面铺设模拟轨道，波形发生器产生的杂散电流模拟信号经信号转换器传输给可控电源，可控电源产生模拟的杂散电流的电压信号，可控电源的电极分别连接于模拟轨道的两端，使可控电源的电压信号传输至土壤介质表面的模拟轨道来模拟均匀激发电场。通过可控电源与波形发生器形成信号源，真实反映出实际情况中杂散电流的产生以及传输路径，经信号转换器可根据试验需求设置不同的电压、电流、波形、频率输出，使散杂电流的产生以及传输路径与实际情况更加接近，信号源尽可能模拟现实中杂散电流的变化特征，经模拟装置测试得到的试验数据更加精准，与现实更加接近。
附图说明
17.图1是本实用新型的整体结构示意图。
18.图2是本实用新型模拟管道、万用电表和参比电极的结构连接示意图。
19.图3是本实用新型模拟管道与模拟轨道交叉位置设置的结构示意图。
20.图4是本实用新型实际应用环境的结构示意图。
21.图中：
22.1、抽水泵；2、可控电源；3、波形发生器；4、信号转换器；5、箱体；6、保温带；7、承托板；8、储水池；9、温度传感器；10、湿度传感器；11、加热器；12、铜板；13、导电线；14、破损点；15、模拟管道；16、定值电阻；17、碳棒；18、喷淋装置；19、土壤介质；20、控制阀门；21、参比电极；22、万用电表；23、喷淋支架；24、导水管；25、模拟轨道；26、接触网；27、变电站；28、阴极区；29、阳极区；30、埋地管道；31、地铁；32、地铁轨道。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
24.在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.如图1至图4所示，本实用新型实施例优选实施例的一种用于杂散电流研究的模拟装置，包括用于装入土壤的箱体5和可控电源2，可控电源2连接有波形发生器3，可控电源2与波形发生器3之间通过信号转换器4信号连接，箱体5内设置有模拟轨道25和模拟管道15，可控电源2的两个电极分别连接于模拟轨道25的两端。具体的，土壤介质19选用实际研究位置的埋地管道30附近的原状土。模拟管道15选用一段实际研究位置的埋地管道30材料。具体的，箱体5的内壁四周铺设有铜板12。
27.在本实用新型的用于杂散电流研究的模拟装置，在箱体5内填充土壤介质19，在土壤介质19中埋设模拟管道15，模拟管道15的管道材质可根据实际研究内容而定。在土壤介质19表面铺设模拟轨道25，波形发生器3产生的杂散电流模拟信号经信号转换器4传输给可控电源2，可控电源2产生模拟的杂散电流的电压信号，可控电源2的电极分别连接于模拟轨道25的两端，使可控电源2的电压信号传输至土壤介质19表面的模拟轨道25来模拟均匀激发电场。通过可控电源2与波形发生器3形成信号源，真实反映出实际情况中杂散电流的产生以及传输路径，经信号转换器4可根据试验需求设置不同的电压、电流、波形、频率输出，使散杂电流的产生以及传输路径与实际情况更加接近，信号源尽可能模拟现实中杂散电流的变化特征，经模拟装置测试得到的试验数据更加精准，与现实更加接近。
28.进一步的，如图1至图2所示，模拟管道15连接有至少两个的导电线13，导电线13间隔设置，模拟管道15设有万用电表22和参比电极21，导电线13、万用电表22和参比电极21的数量对应设置，万用电表22的两端分别连接一个导电线13和一个参比电极21。具体的，导电线13引出土壤介质19表面，参比电极21竖直插入模拟管道15附近的土壤介质19中。由于万用电表22所测量的是导电线13与参比电极21的数据，测量得到的数据具有区间独立性，使模拟管道15的导电线13与导电线13之间的区间数据分别进行独立测量，从万用电表22测试得到多个信号区间杂散电流的试验数据，进而实现多个信号区间杂散电流分布规律对比研究。具体的，参比电极21选用饱和硫酸铜参比电极21。如图3所示，作为优选的，由于土壤介质19对模拟轨道25和模拟管道15进行固定，通过将模拟轨道25插入土壤介质19中，以调整模拟轨道25与模拟管道15之间的间距、夹角或交叉点等位置关系，以实现测试更多模拟管道15与模拟轨道25之间不同的位置关系的试验测试，为研究方向提供了更多的试验可能性。
29.进一步的，如图1和图3所示，模拟轨道25包括至少两个定值电阻16和至少两个导体，定值电阻16与导体交替连接，定值电阻16与导体交替连接形成的结合体用以模拟长距离的具有电位梯度的模拟轨道25，模拟轨道25与实际轨道情况更为接近，使试验得到的测量数据更加精准。
30.进一步的，如图1和图3所示，模拟轨道25包括定值电阻16和碳棒17，定值电阻16与碳棒17连接。作为优选的，模拟轨道25包括至少两个定值电阻16和至少两个碳棒17，定值电阻16与碳棒17交替连接，形成的结合体用以模拟长距离的具有电位梯度的模拟轨道25，实验中可通过测量定值电阻16的两端电压变化，计算泄露到土壤中杂散电流大小，模拟轨道25与实际轨道情况更为接近，使试验得到的测量数据更加精准。碳棒17具有耐高温，导电性良好，不易断裂的优良特性，使用碳棒17与定值电阻16连接形成模拟轨道25，能消除电流泄漏量少，发热严重和操作危险等弊端。
31.进一步的，如图1所示，箱体5连接有温湿传感器，温湿传感器包括用于埋设于土壤
介质19中的感应探头。由于模拟装置主要研究土壤中的模拟轨道25的杂散电流对模拟管道15的影响，模拟管道15埋设于土壤介质19中，杂散电流沿土壤介质19传导，将感应探头埋设于土壤介质19中，可以更为精准地测量土壤介质19中的温湿情况。具体的，温湿传感器包括温度传感器9和湿度传感器10，温度传感器9和湿度传感器10分别安装于箱体5的内壁。
32.进一步的，如图1所示，箱体5内设有喷淋装置18，喷淋装置18位于模拟轨道25的上方。具体的，喷淋装置18的喷洒口朝向土壤介质19，喷淋装置18包括喷淋支架23，喷淋支架23上开设有喷洒口，喷淋支架23通过导水管24与抽水泵1连接，抽水泵1与水池连接，喷淋支架23与导水管24的连接处设有用于控制水量的控制阀门20，通过喷淋装置18对箱体5内喷洒液体以提升箱体5内的湿度，进而模拟实际天气的湿度变化。
33.进一步的，如图1所示，箱体5的底部设有承托板7，模拟管道15与模拟轨道25位于承托板7上方，承托板7开设有流水孔，承托板7与箱体5的底面之间形成储水池8，流水孔与储水池8连通。在箱体5内填充土壤介质19，通过承托板7对土壤介质19进行承托，土壤介质19中的水通过承托板7上的流水孔流入储水池8内，避免土壤介质19中多余水分滞留在土壤介质19底部，造成湿度过大，影响实验操作。
34.进一步的，如图1所示，箱体5内壁安装有加热器11。通过加热器11调节箱体5内的温度，以模拟实际天气温度的变化。具体的，加热器11埋设于土壤介质19中。由于模拟装置主要研究土壤中的模拟轨道25的杂散电流对模拟管道15的影响，模拟管道15埋设于土壤介质19中，杂散电流沿土壤介质19传导，将加热器11埋设于土壤介质19中，可以更为精准和快速地调节土壤介质19中的温度。
35.进一步的，如图1所示，箱体5为密封箱。由于箱体5为密封箱，进而减少外界温度和湿度对箱体5内的影响，便于对箱体5内的温度和湿度的更精准更快速地控制。同时，土壤介质19时一个多相复杂介质，温度和湿度是必须考虑的因素，在试验中做到变量的精准控制。
36.进一步的，如图1所示，密封箱外壁包裹有保温带6，使密封箱具有保温效果，使密封箱内的温度保持相对稳定，防止由于温度变化过快或变化过大而影响实验数据的采集或降低数据精准度。在保温带6密封箱中进行，实验土壤介质19采用现场管道周围的土壤，实验中土壤的温度和湿度进行可控式调节，尽可能模拟不同环境下真实土壤情况。
37.本实用新型的模拟装置的设计原理为：如图4所示，在实际环境结构示意图中，变电站27分别与接触网26和地铁轨道32连接，地铁31分别与接触网26和地铁轨道32连接，埋地管道30埋设于土壤介质19中，以箱体5为基础结构，箱体5内装填土壤介质19，土壤介质19表面铺设模拟轨道25，土壤介质19内部埋设模拟管道15，模拟管道15表面设置破损点14，模拟室外地铁31供电系统及杂散电流腐蚀情况。地铁31供电系统中，理想状态下供电电流为机车提供动力，后经轨道返回至牵引变电站27负极，但是一部分电流会从轨道中泄露出来，这部分电流就是杂散电流。当杂散电流从规定的回路以外流动，流入埋地金属管线的地方带负电，此处成为阴极区28，电流流出的部位带正电成为阳极区29。根据本实用新型的图1所示，本实用新型的模拟装置中，专有的电流回路为：
①
电源正极—模拟轨道25—电源负极，散逸出的杂散电流通过的电路为：
②
电源正极—模拟轨道25—土壤介质19—模拟管道15—土壤介质19—模拟轨道25—电源负极。
38.本实用新型的工作过程为：首先在箱体5中装填土壤介质19，将连接有导电线13的模拟管道15以一定的埋藏深度埋入土壤介质19中，导电线13引出到土壤介质19表面，通过
数字万用表与参比电极21相连，参比电极21竖直放入模拟管道15附近的土壤介质19中。将定值电阻16和碳棒17交替连接形成的模拟轨道25埋置土壤介质19表面，模拟轨道25得两端与可控电源2正负极相连。通过土壤介质19中的温湿度传感器10监测土壤介质19的信息，并调节至实验要求。接通可控电源2激发电场，等待2小时，使得模拟装置内部稳定，通过数字万用表测量测试点的管地电位。然后改变模拟轨道25与模拟管道15的位置关系，以及模拟管道15上破损点14的位置，重复以上步骤，多次测量减小误差。
39.综上，本实用新型实施例提供一种用于杂散电流研究的模拟装置，通过可控电源2与波形发生器3形成信号源，模拟出实际情况中杂散电流的产生以及传输路径，经信号转换器4根据试验需求设置不同的电压、电流、波形和频率的输出，能做到多个信号区间杂散电流分布规律比对研究。温湿度传感器10可以监测箱体5中的土壤环境，喷淋装置18和加热装置可对温湿度进行调节，模拟真实地质环境；定值电阻16和碳棒17交替连接形成结合体用来模拟长距离的具有电位梯度的模拟轨道25，相比直接用导线模拟轨道25效果更佳。通过定值电阻16和碳棒17结合形成的模拟轨道25可与土壤介质19中的模拟管道15形成交叉、平行等多种位置关系，能做到多种位置关系杂散电流分布规律对比研究。模拟管道15的破损点14大小及位置可改变，可研究管道破损点14对杂散电流的影响。用于杂散电流分布规律试验研究的模拟装置，构建了一个模拟地铁31轨道周围土壤环境的系统的试验平台，结构简单合理，能科学地研究土壤环境中地铁31的杂散电流的相关影响因素及其分布规律。
40.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。