电阻加热原位热脱附电力系统的制作方法

本实用新型实施例涉及污染土壤原位修复技术领域，更具体地，涉及电阻加热原位热脱附电力系统。

背景技术：

目前，原位热脱附(In situ thermal desorption，ISTD)技术主要应用于污染土壤的修复，原理是通过直接或间接热交换，将土壤或地下水中的污染介质及其所含的污染物加热至沸点以上，以改变污染介质和污染物的物化性质，通过控制电力系统温度和加热时间有选择地促使污染物气化挥发，增加气相或者液相中污染物的浓度，提高液相抽出或气相抽提对污染物的去除率。热脱附过程可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解等物理化学变化。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。相对于其它异位修复技术，原位热脱附技术具有成本低、耗时短、可同时处理多种污染物、对低渗透污染区及不均质污染区具有较强的适用性、适用土壤环境种类多、电力系统可移动、修复后的土壤可再利用等优点。

原位热脱附技术特别适合重污染的土壤区域，包括高浓度、非水相、游离的以及源头的有机污染物。目前，原位热脱附技术可用于处理的污染物主要为含氯易挥发有机化合物(CVOCs)、半挥发性有机物 (SVOCs)、石油烃类(TPH)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs) 以及农药等。特别是对于PCBs这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二恶英生成。

原位热脱附处理主要由土壤加热系统和控制系统等部分组成，其中加热系统主要包括供能和加热两部分，不同的加热方式，其供能系统也存在较大差异，根据热量传递方式及能量转化的不同，原位加热技术可分为3种，即蒸汽/热空气注入(Steam Air Injection,SAI)技术、热传导加热(Thermal Conductive Heating，TCH)技术、电阻加热 (Electrical Resistance Heating，ERH)技术。现有技术中电阻加热方法通常是将加热电极埋设在土壤的污染区域，对加热井进行通电使电流流过饱和层或非饱和层介质对地下土壤进行加热，促使污染物挥发、溶解、分解或被微生物降解，并通过抽提系统将污染物或降解产生的废物抽出后进行达标排放，从而去除污染物。

ERH电力系统通过功率变换将电力网输入的原始电能转换为电压电流可调的三相交流电输送至加热电极，以实现地下温度的控制。作为ERH的核心单元，ERH电力系统至少需要满足以下的需求：

使用成本方面，ERH技术需要地下土壤达到目标温度后持续一段时间，通常取决于初始污染物浓度、目标污染物浓度、孔隙度、地下水位、渗流速度和补给量等因素。一般持续加热时间为2-12个月，能耗极大。因此电力系统还应具备较高的电能转换效率与功率密度。除此之外，作为现场工程设备，电力系统还应具备轻量化、高功率密度的特点，以提高机动性性能。

加热效果方面，由于电阻存在趋肤效应，使得当前ERH技术在对土壤进行加热使土壤的纵向温度分布不均匀，导致电阻加热效率下降，加剧能耗损失。为此，电力系统还需能够保证地下电流的纵向均匀分布。

传统的ERH电力系统采用多抽头变压器或工频升压变压器配合斩波降压的方式进行电压调节。但是，多抽头变压器只能实现离散调压，且每次更换副边抽头需先断电，不能实现带电调压；工频升压变压器虽然能够实现带电调压，但工频变压器体积巨大。而且，二者均不具备保证地下电流纵向均匀分布的能力。

技术实现要素：

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统。

一方面，本实用新型实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元，所述供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；

所述三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；

所述三相半控整流桥电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述第一滤波网络用于滤除所述第一类直流电的噪声，所述一级逆变器用于将滤除噪声后的所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的频率且提高所述单相交流电的电压，所述不控整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述第二滤波网络用于滤除所述第二类直流电的噪声，所述二级逆变器用于将滤除噪声后的所述第二类直流电转换为第一目标三相交流电，所述第一目标三相交流电的频率可变；所述第三滤波网络用于改变所述第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，所述第二目标三相交流电用于为所述加热井供电。

优选地，所述一级逆变器具体为基于脉冲宽度调制的逆变器，所述二级逆变器为基于正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制的逆变器。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：抽提管；

所述抽提管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述抽提管的另一端与净化设备连接；

所述抽提管用于将所述目标区域的土壤内的气化污染物导出至所述净化设备。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：跨步电压检测装置；

所述跨步电压检测装置设置在所述目标区域的土壤表面，且与所述加热井的水平距离为预设距离，用于测量所述预设距离处的跨步电压。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：注水管，所述注水管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述注水管的另一端与水源连通，所述注水管上靠近所述另一端的位置安装有注水阀。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器；

所述供能单元电流检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电流值；所述供能单元电压检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电压值；

所述中央处理器分别与所述供能单元电流检测装置、所述供能单元电压检测装置、所述一级逆变器和所述二级逆变器连接，所述中央处理器用于根据所述电流值和所述电压值，调整所述一级逆变器的参数和所述三级逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与所述目标区域的土壤内的功率需求值相同。

优选地，所述中央处理器还与所述跨步电压检测装置连接，所述中央处理器用于根据所述跨步电压检测装置测量得到的跨步电压将所述电阻加热原位热脱附电力系统与所述交流电源断开。

优选地，所述注水阀为电动阀门。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：湿度传感器、所述湿度传感器设置在所述目标区域的土壤内，用于测量所述目标区域的土壤湿度；

所述中央处理器与所述湿度传感器连接，所述中央处理器用于根据所述土壤湿度控制所述注水阀开启。

优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：隔离驱动装置；

所述隔离驱动装置用于将所述中央处理器和所述供能单元隔离。

本实用新型实施例提供的电阻加热原位热脱附电力系统，系统包括：供能单元，供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络依次连接；第三滤波网络的输出端与加热井连接，加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。本实用新型实施例中提供的电阻加热原位热脱附电力系统实际上是一种系统拓扑，由于传统的ERH电力系统的主升压变压器位于380V工频三相电的输入侧，但工频变压器体积巨大，导致ERH电力系统头重脚轻、设备臃肿，增加了施工现场安放难度，降低了机动性。因此本实用新型实施例中在网络拓扑中设置了三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络，通过高频升压变压器提高频率，极大地降低了变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。所以本实用新型实施例中的系统拓扑具备轻量化、高功率密度的特点。同时，由于系统中存在二级逆变器，可以使供能单元输出的第二目标三相交流电的频率可变，进而可以通过第二目标三相交流电为加热井供电可以实现加热井对土壤的均匀加热。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

由于传统的ERH电力系统采用多抽头变压器进行电压调节时，只能实现离散调压，且每次更换副边抽头需先断电，不能实现带电调压；采用工频升压变压器配合斩波降压的方式进行电压调节时虽然能够实现带电调压，但工频变压器体积巨大，而且二者均不具备控制地下电流纵向分布的能力。所以本实用新型基于ERH电力控制系统的需求，针对现有技术方案的弊端，提出了一种改进的电阻加热原位热脱附电力控制系统，整体体积小而且能够实现地下电流纵向均匀分布的能力。

如图1所示，本实用新型一实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元1，供能单元1包括三相半控整流桥电路 11、第一滤波网络12、一级逆变器13、高频升压变压器14、不控整流电路15、第二滤波网络16、二级逆变器17和第三滤波网络18。

三相半控整流桥电路11的输入端与交流电源2连接，三相半控整流桥电路11、第一滤波网络12、一级逆变器13、高频升压变压器14、不控整流电路15、第二滤波网络16、二级逆变器17和第三滤波网络 18依次连接；第三滤波网络18的输出端与加热井3连接，加热井3 沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。

三相半控整流桥电路11用于将交流电源2提供的三相交流电转换为第一类直流电，第一滤波网络12用于滤除第一类直流电的噪声，一级逆变器13用于将滤除噪声后的第一类直流电转换为单相交流电，高频升压变压器14用于提高单相交流电的频率且提高单相交流电的电压，不控整流电路15用于将高频升压变压器14输出的单相交流电转换为第二类直流电，第二滤波网络16用于滤除第二类直流电的噪声，二级逆变器17用于将滤除噪声后的第二类直流电转换为第一目标三相交流电，第一目标三相交流电的频率可变；第三滤波网络18用于改变第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，第二目标三相交流电用于为加热井3供电。

具体地，本实用新型实施例中采用的交流电源既可以采用工业用电电源也可以是家庭用电电源，工业用电电源具体可以输出电压为 380V、频率为50Hz的三相交流电，家庭用电电源具体可以是电网或者工频发电机组，输出电压为220V、频率为50Hz的三相交流电。三相交流电是由三个频率相同、电压振幅相等、相位差相差120°角的交流电路输出的电流。三相交流电经三相半控整流桥电路11的输入端输入至三相半控整流桥电路11内，经三相半控整流桥电路11整流后转换为直流电，这里为了与不控整流电路15输出的直流电进行区分，将经三相半控整流桥电路11整流后转换得到的直流电记为第一类直流电。三相半控整流桥电路是把三相交流电转换为直流电的电路，具体为集成半控整流模块，主要包括三个晶闸管和三个电力二极管。本实用新型实施例中不控整流电路15的作用也是将三相交流电转换为直流电的电路，不控整流电路15的结构主要包括8个电力二极管，8个电力二极管形成两路直流电路，两路直流电路串联成一路直流电路输出。

第一类直流电输入至第一滤波网络12中，由第一滤波网络12进行滤波，滤除第一类直流电中夹杂的噪声，然后将滤除噪声的第一类直流电输入至一级逆变器13内，由一级逆变器13将滤除噪声后的第一类直流电转换为单相交流电，这里需要说明的是，一级逆变器13是参数可调的逆变器，还可以通过调节参数进行一级逆变器13输出电压的调节，以实现大范围线性调压。一级逆变器13内的参数包括占空比，可以通过改变占空比的大小，调节一级逆变器13输出的单相交流电的电压。一级逆变器13调节电压时，由于占空比的取值范围为0-1，则一级逆变器13的作用实际上是在降压的基础上实现调节电压，即一级逆变器13输出的单相交流电的电压可变且小于滤除噪声后的第一类直流电的电压。

一级逆变器13输出的单相交流电输入至高频升压变压器14，高频升压变压器14提高单相交流电的频率且提高单相交流电的电压，也就是说由高频升压变压器14输出的单相交流电是高频单相交流电。本实用新型实施例中选用的高频升压变压器14可以将单相交流电的频率提高至10kHz。本实用新型实施例中提高单相交流电的频率的目的是为了减少整个供能单元的体积，进而减小整个电力系统的体积，这是因为，传统的电阻加热原位热脱附电力系统中，一般是直接将三相交流电输入至调压变压器中调节输出电压，同时保证高功率输出以为加热井供电。由于三相交流电的频率较低，为50Hz，而调压变压器在三相交流电的频率较低时实现调压功能以及高功率输出功能，则需要调压变压器具有很大的体积，例如，输出功率为100kW，则需要调压变压器的体积达到半个集装箱的大小，不仅增加了占地面积，不便于移动，而且还增加了成本。所以本实用新型实施例中在供能单元中加入高频升压变压器提高单相交流电的频率，由于高频升压变压器很小进而可缩小整个供能单元的体积。

这里需要说明的是，由于一级逆变器13具有降压的作用，降压的比例与一级逆变器13的占空比有关。所以还需要高频升压变压器14 对降压后的单相交流电进行升压，使得最后从供能单元输出的目标三相交流电的电压在0-200V范围内可调。本实用新型实施例中采用升压比固定的高频升压变压器14，作为优选方案，升压比的取值范围可以为1:2至1:5，本实用新型实施例中对此不做具体限定。由于最后从供能单元输出的第二目标三相交流电的电压在0-200V范围内可调，则最后从供能单元输出的第二目标三相交流电的电流也是可调

高频升压变压器14输出的单相交流电输入至不控整流电路15中，由不控整流电路15将高频升压变压器14输出的单相交流电转换为第二类直流电。第二类直流电输入至第二滤波网络16中，这里需要说明的是，第二滤波网络16与第一滤波网络12结构相同，作用也相同，均是用于滤除直流电的噪声，不同的是第一滤波网络12滤除的是第一类直流电的噪声，即由三相半控整流桥电路11输出的直流电的噪声，第二滤波网络16滤除的是第二类直流电的噪声，即由不控整流电路15 输出的直流电的噪声。第一滤波网络12和第二滤波网络16为可以等效为低通滤波器，实现低通滤波。

经第二滤波网络16滤除噪声的第二类直流电输入至二级逆变器 17中，经二级逆变器17后将滤除噪声的第二类直流电转换为第一目标三相交流电，二级逆变器17的作用是将频率固定的滤除噪声的第二类直流电转换为频率可变的第一目标三相交流电。第一目标三相交流电的频率变化方式是扫频，即反复取遍40-60Hz中的每一频率值。

经二级逆变器17输出的第一目标三相交流电输入至第三滤波网络 18，改变第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，第二目标三相交流电用于为加热井3供电。

这里需要说明的是，由于供能单元中存在第一滤波网络和第二滤波网络，使得经过二级逆变器17后得到的第一目标单相交流电的波形为方波，这种波形并不适用与为加热井3提供电能，所以本实用新型实施例中提供了第三滤波网络18，将第一目标三相交流电的波形由方波变为正弦波，得到可以为加热井3供电的呈正弦波形的第二目标三相交流电。第三滤波网络18可以等效为截止频率为100Hz的低通滤波器，实现低通滤波。

加热井3沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内，加热井3用于为目标区域的土壤进行加热，使土壤内的污染物气化排出，达到去除污染物清理土壤的作用，这里的目标区域是指需要去除污染物的区域。

由于电流存在趋肤效应，会使加热井在一定土壤内某一固定深度处的温度较高，而在其他深度处的温度较低，导致加热井对土壤加热不均匀。由于固定深度与施加在加热井上的第二目标三相交流电的频率有关，所以本实用新型实施例中通过二级逆变器将第二类直流电转换为频率可变的第一目标三相交流电，然后再经第三滤波网络调整波形得到第二目标三相交流电，通过第二目标三相交流电为加热井供电可以实现加热井对土壤的均匀加热。

本实用新型实施例中提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元，供能单元包括：三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；所述三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。本实用新型实施例中提供的电阻加热原位热脱附电力系统实际上是一种系统拓扑，由于传统的ERH电力系统的主升压变压器位于380V工频三相电的输入侧，但工频变压器体积巨大，导致ERH 电力系统头重脚轻、设备臃肿，增加了施工现场安放难度，降低了机动性。因此本实用新型实施例中在网络拓扑中设置了三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络，通过高频升压变压器提高频率，极大地降低了变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。所以本实用新型实施例中的系统拓扑具备轻量化、高功率密度的特点。同时，由于系统中存在二级逆变器，可以使供能单元输出的第二目标三相交流电的频率可变，进而可以通过第二目标三相交流电为加热井供电可以实现加热井对土壤的均匀加热。

本实用新型实施例提供的电阻加热原位热脱附电力系统采用双交直整流电路(即三相半控整流桥电路和不控整流电路)+两级三相逆变拓扑电路(即一级逆变器和二级逆变器)，该系统具有前后两级逆变器，一级逆变器负责实现大范围线性调压，二级逆变器负责实现变频输出，两级逆变器分工明确，各司其职，同时采用高频开关(即高频升压变压器)的使用能够大幅降低系统的体积重量，提高系统的功率密度。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中采用的一级逆变器和二级逆变器均为基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM) 的逆变器，其中一级逆变器采用移相控制和辅助桥臂的方式实现软开关。基于PWM的一级逆变器和二级逆变器能够实现大范围线性调压。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的电阻加热原位热脱附电力系统中还包括接触器，接触器用于控制电力系统与交流电源的接通与断开。

如图2所示，交流电源2为发电机组或电网，产生的三相交流电具有A、B和C三相，均分别经过接触器4、供能单元1中的三相半控整流桥电路11、第一滤波网络12、一级逆变器13、高频升压变压器 14、不控整流电路15、第二滤波网络16、二级逆变器17和第三滤波网络18后转换为第二目标三相交流电，第二目标三相交流电具有三个供电级，分别为供电级U、供电级V和供电级W，分别对应目标三相交流电三相中的一相。供电级U、供电级V和供电级W分别与一加热井连接，其中与供电级U连接的加热井设置在目标区域的土壤内的加热井31内，与供电级V连接的加热井设置在目标区域的土壤内的加热井32内，与供电级W连接的加热井设置在目标区域的土壤内的加热井33内。

在上述实施例的基础上，如图2所示，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：抽提管；抽提管的一端设置在目标区域的土壤内的抽提井8内，抽提管的另一端与净化设备9连接；抽提管用于将目标区域的土壤内的气化污染物导出至净化设备9。通过净化设备9对气化污染物进行转化或消除，防止气化污染物直接进入大气造成二次污染。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：跨步电压检测装置；

跨步电压检测装置设置在目标区域对应的土壤表面，且与加热井的水平距离为预设距离，用于测量预设距离处的跨步电压。

具体地，如图2所示，由于ERH电力系统的施工面积大，人员流动密集，而ERH电力系统在工作时需要将电极插入地下，通以低压大电流，土壤作为导电介质被加热发热。在这一过程中，土壤不可避免的会带电，若设备在工作时，有人或者动物误入工作区域，有可能会由于跨步电压过大而触电。相比与传统的ERH电力系统，本实用新型实施例在系统中加入了跨步电压检测装置10；跨步电压检测装置10 设置在目标区域对应的土壤表面，且与加热井的水平距离为预设距离，用于测量预设距离处的跨步电压。同时系统中还加入了跨步电压保护电路，跨步电压保护电路中设置有预设跨步电压，当测量得到的跨步电压低于预设跨步电压时说明人处于系统内时是安全的，当测量得到的跨步电压高于预设跨步电压时说明人处于系统内时是危险的，此时系统将紧急停机，提高了施工安全系数。预设跨步电压可以根据需要进行设定，本实用新型实施例中预设跨步电压的取值满足如下公式：

Es＝50+0.2ρ

其中，ρ为当地土壤电阻率，单位为Ωm，即目标区域内各地区的预设跨步电压的取值可能是不同的。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：注水管，所述注水管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述注水管的另一端与水源连通，所述注水管上靠近所述另一端的位置安装有注水阀。

具体地，由于介质电阻率是影响ERH系统处理效果的最重要的因素，如果ERH系统安装在地下水位以上或者低渗透性土壤中，加热期间需要将水通过注射井注射到加热井附近的土壤内，以防止毗邻加热井的土壤被烘干。因此，本实用新型实施例中在电力系统中加入注水管。

如图2所示，注水管5的一端具体是设置在目标区域的土壤内的注射井7内，注水管5的另一端与水源连通，在注水管5上靠近水源的位置还设置有注水阀51。注水阀51用于在目标区域的土壤内湿度较低时开启，通过注水管5向目标区域的土壤注入水流，以保证目标区域的土壤具有足够的湿度。需要说明的是，注水阀51并不是时时打开的，只有在需要时才打开，也就是说，只有在目标区域的土壤内的湿度较低时才需要打开注水阀51，以防止土壤被烘干。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统，还包括：供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器；

所述供能单元电流检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电流值；所述供能单元电压检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电压值；

所述中央处理器分别与所述供能单元电流检测装置、所述供能单元电压检测装置、所述一级逆变器和所述二级逆变器连接，所述中央处理器用于根据所述电流值和所述电压值，调整所述一级逆变器的参数和所述二级逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与所述目标区域的土壤内的功率需求值相同。

具体地，传统的ERH电力系统地下土壤的电性随着加热时间的增加会出现变化，造成负载的波动。因此传统的ERH电力系统每隔一段时间需要人工校准。本实用新型实施例中在电力系统中引入供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器。通过中央处理器根据电压值和电流值动态的调节一级逆变器的参数和二级逆变器的参数，使供能单元输出的功率值与目标区域的土壤内的功率需求值相同。

本实用新型实施例中采用电压、电流双闭环电力系统，能够在负载波动的情况下实现恒功率输出，在此过程中由于引入中央处理器，并不需要人工参与，增加了系统的灵活性，同时降低了人力物力的消耗，而且可以增加整个电力系统的调节精度。

如图3所示，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：供能单元电流检测装置20、供能单元电压检测装置21和中央处理器22。供能单元电流检测装置20与第三滤波网络的输出端连接，用于测量供能单元输出的电流值；供能单元电压检测装置21与第三滤波网络的输出端连接，用于测量供能单元输出的电压值。

中央处理器22分别与供能单元电流检测装置20、供能单元电压检测装置21、一级逆变器和二级逆变器连接，中央处理器22用于根据供能单元电流检测装置20测量得到的电流值和供能单元电压检测装置 21测量得到的电压值，调整一级逆变器的参数和二级逆变器的参数，直至供能单元输出的功率值相同且与目标区域的土壤内的功率需求值相同。当供能单元电流检测装置20测量得到的电流值大于第二预设电流值，和/或供能单元电压检测装置21测量得到的电压值大于第二预设电压值时，例如出现输出端短路时，电流值会突增至无穷大，电压值会突减至零，则中央处理器控制关闭一级逆变器和二级逆变器的输出，达到保护电力系统的目的。一级逆变器的参数包括占空比，通过调节一级逆变器的占空比可以控制一级逆变器的输出功率；二级逆变器的参数包括占空比，通过调节二级逆变器的占空比可以控制二级逆变器的输出频率。

需要说明的是，本实用新型实施例中采用现有技术中已知的中央处理器实现本实用新型实施例中的处理和控制功能。能够实现本实用新型实施例中处理和控制功能的中央处理器有多种，本实用新型实施例中仅以型号为TMS320F28335的数字信号处理器与控制器(Digital Signal Processing，DSP)为例，但并不用此来限定本实用新型实施例中采用的中央处理器的具体型号。

在上述实施例的基础上，中央处理器22还与跨步电压检测装置10 和跨步电压保护电路连接，中央处理器22获取跨步电压检测装置10 测量得到的跨步电压，将测量得到的跨步电压与跨步电压保护电路中设置的预设跨步电压进行比较，中央处理器22根据跨步电压检测装置 10测量得到的跨步电压确定是否将电阻加热原位热脱附电力系统与交流电源断开。当测量得到的跨步电压低于预设跨步电压时说明人处于系统内时是安全的，此时中央处理器不做操作。当测量得到的跨步电压高于预设跨步电压时说明人处于系统内时是危险的，此时中央处理器控制跨步电压保护电路切断系统与交流电源的连接，将系统紧急停机，提高了施工安全系数。

在上述实施例的基础上，中央处理器22还与上位机23通信连接，中央处理器22与上位机23之间具体可通过WIFI模块24实现通信连接，将中央处理器22得到的数据实时传递至上位机23，使上位机23 对数据进行存储，同时将实时数据与历史数据进行图形化显示。另外，上位机23还可以根据目标区域内的不同位置的土壤电阻率ρ个性化的存储有预设跨步电压，有效保护进入目标区域内的人员安全。

本实用新型采用无线上位机对系统进行监控，使用GPS进行时钟授时，上位机具备实时数据与历史数据的图形化显示功能，增加了系统的安全系数与便捷性；除此之外，温升信息与电力信息作为重要的原始数据，对于后续的工程优化具有重要意义。

在上述实施例的基础上，由于中央处理器22的工作电压很小，通常为几伏，而供能单元的工作电压通常为380V或220V左右，二者相差悬殊，为了实现中央处理器22对一级逆变器和二级逆变器的调节作用，本实用新型实施例中在中央处理器22与一级逆变器之间还设置有隔离驱动装置，在中央处理器22与二级逆变器之间同样设置有隔离驱动装置，隔离驱动装置用于将中央处理器和供能单元隔离，即将低压区和高压区分离，防止相互影响，实现独立工作。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统中的注水阀为电动阀门，电动阀门可以通过中央处理器控制开启和关闭，实现自动控制。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：湿度传感器、所述湿度传感器设置在所述目标区域的土壤内，用于测量所述目标区域的土壤湿度；

所述中央处理器与所述湿度传感器连接，所述中央处理器用于根据所述土壤湿度控制所述注水阀开启。当土壤湿度高于第一预设值时说明此时土壤较潮湿，不利于加热井的加热，所以此时中央处理器控制注水阀关闭，当土壤湿度低于第二预设值时说明此时土壤干燥需要补充水份，所以此时中央处理器控制注水阀开启。

本实用新型实施例中利用湿度传感器测量土壤湿度，并由中央处理器控制是否开启注水阀，形成湿度闭环回路，保证土壤湿度在一个合理的范围，不至因水分蒸发过多导致了土壤干燥或因水分补充过多导致土壤潮湿泥泞，不易加热。

ERH电力系统运行的安全性尤为重要，气候原因(天气变化和季节变化导致的温度变化)会对土壤电阻率产生较大的影响，从而直接影响到ERH电力系统中供能单元的输出电流、输出电压的变化。因此本实用新型实施例中中央处理器22与接触器4连接，如图3所示，当供能单元电流检测装置20测量得到的电流值大于第一预设电流值和/ 或供能单元电压检测装置21测量得到的电压值大于第一预设电压值，则中央处理器22控制调整一级变压器的占空比实现参数调整，将电流值调整至小于第一预设电流值，和/或将电压值调整至小于第一预设电压值，当供能单元电流检测装置20测量得到的电流值大于第二预设电流值和/或供能单元电压检测装置21测量得到的电压值大于第二预设电压值，则中央处理器22控制接触器4断开，使交流电源停止为供能单元供电，以避免极端情况下因过压过流导致的设备损坏。其中，第一预设电流值小于第二预设电流值，第一预设电压值小于第二预设电压值。也就是说，当电流值或电压值在一定范围内偏离可以通过调整一级逆变器的占空比实现调节，当大于这个范围，则触发接触器断开，并且关闭一级逆变器和二级逆变器的输出。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。