一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置的制作方法

本申请涉及实时监测，尤其是涉及一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置。

背景技术：

1、目前抽水蓄能电站是一种蓄能型水力发电站，蓄能型水力发电站用于平衡电网负荷的低谷与高峰。抽水蓄能电站是电网系统低碳、清洁、绿色和可储蓄的电源。在负荷低谷时，通过抽水将电网系统多余的电能转化为水势能加以储存；在电力负荷处于高峰时，通过水轮机发电将水势能转化为电能补充电网，是目前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的骨干电网储能和调节方式。

2、抽水蓄能电站遍布国内各地，其中大约三分之一的抽水蓄能电站分布在温度小于零下15℃摄氏度的寒带地区。

3、在冬季，寒区抽水蓄能电站库水结冰，伴随着水位大幅度变化，将产生冲撞水工建筑物、堵塞进出水口、冻胀混凝土坝面等危害。需要实时监测冰层厚度，防止威胁抽水蓄能电站安全运行。

技术实现思路

1、本申请提供一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，用于实时监测并获取准确的冰层厚度。

2、本申请提供了一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，包括监测柱体、压力传感器、温度传感器，监测柱体上设置有测压区以及测温区。测压区设置有多个压力传感器；测温区设置有多个温度传感器。当监测柱体位于水体中时，测压区的高度位置至少部分区域位于冰层中以及空气中，多个压力传感器至少位于两个高度位置，以判定冰层上表面的高度位置；测温区的高度位置至少部分区域位于水体中以及冰层中，多个温度传感器至少位于两个高度位置，以判定冰层下表面的高度位置。

3、在上述技术方案中，专利创新性发现：监测柱体表面空气层与冰层对其压力存在畸变，通过压力畸变可以判定冰层上表面。冰层内的压力大于大气压，冰面附近的压力等于大气压，通过压力传感器压力值畸变处位置，判定冰层上表面的相对位置。

4、在上述技术方案中，专利创新性发现：监测柱体表面冰层与水层的温度存在畸变，通过温度畸变可以判定冰层的下表面。监测柱体位于冰层中的温度传感器测量到的温度小于0℃，位于水体中的温度传感器测量到的温度大于0℃，冰水混合区的温度为0℃，通过温度传感器的温度畸变处位置，判定冰层下表面的相对位置。

5、在上述技术方案中，根据实时监测冰层上表面相对高度位置、冰层下表面相对高度位置，通过计算得到冰层厚度，实现冰层厚度实时监测目的。

6、在上述技术方案中，本专利创新性发现：在结冰过程中，监测柱体容易被挤压变形损坏表面，破坏设置的温度传感器和压力传感器。通过在监测柱表面设置弹性保护层，分散结冰过程对监测柱体的影响，可以解决上述问题。

7、在上述技术方案中，监测柱体表面设置有弹性保护层，弹性保护层覆盖温度传感器和压力传感器，防止结冰膨胀力破坏监测柱体、压力传感器和温度传感器。

8、在上述技术方案中，本专利创新性发现：在结冰过程中，监测柱体需要适宜的密度；当密度较轻时，监测柱体容易向空气层浮动；当密度较重时，监测柱体容易向冰下水层。

9、在上述技术方案中，本发明创新性采取二种技术方法，一是控制了监测柱体密度，二是设置了凸出棒体。监测柱体表面设置有凸出棒体，在结冰过程中，可以防止监测柱体由于密度设置过轻(≤0.88g/cm3)，被冰层推出冰表面的空气层中；也可以防止监测柱体密度过大(≥0.96g/cm3)，被冰层推入水层中；保持监测柱体的部分区域处于冰层中。

10、在上述技术方案中，本发明发现监测柱体与水平面垂直度，影响监测精度。本发明对监测装置的重心位置进行了研究，发现重心位于距离顶部高度的65％～100％处时，可以保持监测装置处于冰层垂直位置，保障冰层厚度监测精度。

11、在上述技术方案中，传输装置包括多个输入端，多个输入端与多个温度传感器和多个压力传感器一一对应的信号连接；信号传输装置可置于监测柱体的空腔内部，也可置于监测柱的表面。用于实时记录和监测冰层厚度。

12、在上述技术方案中，通过严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，实时监测冰层厚度数据变化，采用相应防冰方案包括但不限于机械碎冰法、水流除冰法或者防污拦冰法，消除冰层冲撞水工建筑物、堵塞进出水口、冻胀混凝土坝面和建筑物冰蚀等冰害发生，确保寒区抽水蓄能电站安全稳定运行。

技术特征：

1.一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，包括监测柱体、压力传感器和温度传感器；其中，

2.根据权利要求1所述一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，多个所述压力传感器中沿高度方向相邻的两个所述压力传感器之间的中心间距为0mm～5mm，且不包括0mm；

3.根据权利要求2所述一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，多个所述压力传感器沿高度位置设置5个～400个；

4.根据权利要求2所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，所述压力传感器的压力测试范围0～2.0mpa，精度0.1％fs～0.5％fs；

5.根据权利要求1所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，所述监测柱体的长度为30mm～3000mm。

6.根据权利要求1至5中任一所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，所述监测柱体包括本体以及凸出棒体，所述凸出棒体固定在所述本体外侧。

7.根据权利要求6所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，所述凸出棒体设置有9个～90个，多个所述凸出棒体在所述本体上沿高度方向排列设置，所述凸出棒体与所述本体的连接位置到所述本体顶部的最小距离为l1，所述本体长度为l2，其中，10％≤l1/l2≤50％。

8.根据权利要求1所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，沿着自上而下的高度方向，所述监测装置的重心位置，位于距离顶部高度的65％～100％处。

9.根据权利要求1所述一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，所述监测柱体表面设置有弹性保护层，所述弹性保护层覆盖所述温度传感器和所述压力传感器；

10.根据权利要求1所述的一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，其特征在于，还包括数据传输装置，所述数据传输装置包括多个输入端，多个输入端与多个所述温度传感器和多个所述压力传感器一一对应的信号连接；

技术总结
本专利涉及一种严寒区抽水蓄能电站冰层厚度监测装置，涉及测量技术领域，包括监测柱体、温度传感器、压力传感器和数据传输装置；其中，所述监测柱体上设置有测压区和测温区；所述测压区设置有多个所述压力传感器；所述测温区设置有多个所述温度传感器，当监测柱体位于水体中时，所述测压区的高度位置至少部分区域位于空气中以及冰层中；所述测温区的高度位置至少部分区域位于冰层中以及水体中。本申请通过判定空气/冰层界面压力畸变，判定冰层上表面位置；通过冰层/水层界面温度畸变，判定冰层下表面位置；通过冰层上、下表面的预设位置，实时监测冰层厚度目的。

技术研发人员：谢刚,易永杰,姚明,姚宝永,张建富,姜志国,王文博,胡五星,王嘉淳,邢珊珊,姜瑜,梁金涛,常逸夫,王春龙,张均,邱兆斌,蒋国昌
受保护的技术使用者：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5