CN110596623A - 一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，包括：一绝缘胶垫，所述绝缘胶垫上设置有一个长方体容器，所述长方体容器是由左面、右面、背面、底面和前表面五块钢板焊接而成，右表面内有一尺寸较小的手推置于竖直的分层夹缝内，所述右表面同时焊有接地铜棒；所述背面内有两块尺寸较大的手推板置于两个水平的分层夹缝内，通过竖直的分层夹缝和两个水平的分层夹缝，把不同参数情况的土壤混合在一起，形成一个兼有水平和竖直分层的土壤模型；所述长方体内放有接地极，将电流源与接地极和接地铜棒通过导线连接构成电流回路，通过传感器对土壤电阻率、温湿度在内的接地极环境进行监测，通过霍尔直流传感器将土壤表层电流引出并测量。

Description

一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台

技术领域

本发明属于接地系统实验领域，尤其涉及特高压直流输电接地极入地电流实验领域。

背景技术

随着现在我国电力工业的迅猛发展，特高压直流输电的等级和数量不断增加，在直流线路建设之初或直流系统故障时会采用单极运行模式，较大的直流电流会通过接地极直接流入大地，对接地极进行合理的设计变得尤为重要。当接地极以及入地电流的散流出现异常时，不仅会影响直流输电系统运行的可靠性，同时也会对附近各种电力设备及埋地金属管道造成损害，甚至威胁到人员安全。接地极在不同土壤、天气、温度、湿度等情况，不同电流种类(直流、冲击电流等)下的散流机理也会不同，为了对电力系统、电力设备以及相关人员的安全进行必要的保护措施，对接地极入地电流分布情况的研究显得至关重要。但接地极真实情况下，测量范围较大，测量设备容量受限，现场条件艰苦，对实际情况进行真型实验的难度较大，因此测量实验平台的可操作性和优势就凸显出来了，通过控制模拟实验的相关电气参数、相关物件的物理参数，可使模拟实验数据具有一定的准确性和可靠性，进而反映真实情况下的接地极散流规律。测量实验平台需要能够控制并改变不同接地极环境(包括土壤分布情况、接地极敷设类型、不同的气压、不同温湿度)，且需要操作简单、使用方便。目前，国内外的模拟平台较为庞大，不能对土壤分布模型进行直接控制，成本较高。因此，发明一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台具有重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。针对接地极敷设土壤较为复杂的情况，发明了一种移动方便、使用简单，绝缘安全性良好，能够控制并模拟实际情况下兼有水平和竖直分层土壤电阻率模型下的多种接地极类型和不同入地电流类型下的实验平台。本发明的技术方案如下：

一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其包括：一绝缘胶垫(2)，所述绝缘胶垫(2)上设置有一个长方体容器(8)，所述长方体容器(8)是由左面、右面、背面、底面和前表面五块钢板焊接而成，长方体容器的右表面内有一尺寸较小的手推板(9)置于竖直的分层夹缝(7)内，所述手推板(9)上铸有手推板把手(10)，所述右表面同时焊有接地铜棒(11)；所述背面内有两块尺寸较大的手推板(12)置于两个水平的分层夹缝(7)内，通过竖直的分层夹缝(7)和两个水平的分层夹缝(7)，把不同参数情况的土壤混合在一起，最终形成一个兼有水平和竖直分层的土壤模型；所述长方体内放有接地极(15)，将电流源(17)与接地极(15)和接地铜棒(11)通过导线(16)连接够成电流回路，通过传感器对土壤电阻率、温湿度在内的接地极环境进行监测，通过霍尔直流传感器将土壤表层电流引出并测量。

进一步的，所述长方体容器(8)的前表面与底面之间由两块双孔铰链(5)连接并固定，双孔铰链(5)上铸有双螺孔(6)，前表面与左右表面之间通过单孔铰链(3)连接并固定，单孔铰链(3)上铸有单螺孔(4)。

进一步的，当卸下前表面上单螺孔(4)的螺丝时，前表面与左右表面实现分离，并在双孔铰链(5)以及双螺孔(6)的永久固定之下实现前表面与底面固定连接下的翻转，方便土壤的清理和取出。

进一步的，所述左右表面处焊接有装置把手(1)各一个，方便装置提携，并在右表面右下角处焊有接地铜棒，方便试验时装置有效接地。

进一步的，所述手推板(9)一端铸有手推板把手(10)，方便手推板的伸缩，另一端焊接有薄隔片(13)，可使手推板卡(9)在分层夹缝处，防止手推板被拉出长方体容器。

进一步的，所述接地极(15)包括直线形接地极、星形接地极、圆环接地极；电流源(17)包括直流电流源、冲击电流发生器，此外再通过霍尔直流传感器将土壤表层电流引出并测量，从而实现对土壤表层入地电流的散流规律的研究。

进一步的，所述传感器包括土壤电阻率传感器(20)，土壤温度传感器(22)，土壤湿度传感器(24)三种传感器对土壤情况进行实时监测，并连接至ADC模块(19)，经过单片机(26)的数据处理，将各个参数值显示在oled屏幕(18)上，对土壤进行加水、加温等操作时，便可对土壤电阻率、温度、湿度实现动态监测。使用者可以通过传感器对土壤电阻率、温湿度等接地极环境进行监测。

进一步的，混合土壤模型的制备过程是：先将背面的两块手推板拉出，使得隔片抵住背面，右表面的手推板推进去使得隔片抵住左表面，然后在手推板分离出的0.6m×0.2m×0.4m的空间内装入土壤1；由于背面有两块手推板可将剩余的0.6m×0.4m×0.4m分成三层，便将土壤2倒入下层空间出再往里推入下边的手推板，使得隔片抵住右表面的手推板，也使得下层土壤能够分布在同一水平面上，再依次把土壤2、土壤3装入中层和上层，最后将三块手推板一起拉出，使得四中类型土壤能够分层混合在一起，或者根据需要，只铺设单层均匀土壤，两层水平土壤，三层水平土壤，竖直分层土壤、混合分层土壤在内的多重组合。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明通过三块手推板，把不同参数情况的土壤混合在一起，最终形成一个兼有水平和竖直分层的土壤模型，将三种不同的传感器埋至不同参数的土壤中进行土壤参数的实时监测，并且可选不同电流发生器，不同接地极类型，实现诸多参数的真实测量实验，其优点如下：1)能够模拟真实情况的不同土壤模型，包括单层、水平分层、竖直分层以及混合分层土壤模型；2)能够通过更换电流源模拟直流入地电流以及冲击入地电流下的大地电流散布的情况；3)能够通过更换接地极模拟直线形、星形、圆环形以及各种复杂接地极类型下的大地电流散布的情况；4)该装置使用方便，只需手拉伸手推板即可实现各种复杂情况的模拟，成本较低，操作简单，占地较小，价值较大；5)土壤参数监测部分更加能够准确反映当时土壤的各个参数变化情况，当对土壤进行加水、加温等操作时，便可实现动态监测；6)土壤参数监测部分由12通道ADC，4路数据传输构成，主要针对混合分层模型下的四种不同参数的土壤进行监测。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例为本发明专利的主体立体图；

图2为本发明专利中的手推板细节俯视图；

图3为本发明专利装置的右视图；

图4为本发明专利装置的背视图；

图5为本发明专利前表面向下翻转打开后的立体图；

图6为本发明专利装置够成电流回路后的俯视图；

图7为本发明专利土壤参数实时监测部分原理图；

图中1.装置把手，2.绝缘胶垫，3.单孔铰链，4.单螺孔，5.双孔铰链，6.双螺孔，7.分层夹缝，8.长方体外壳，9.小手推板，10.手推板把手，11.接地铜棒，12.大手推板，13.小隔片，14.大隔片，15.星形接地极，16.导线，17.电流源，18.oled显示屏，19.ADC模块，20.电阻率测量传感器，21.电阻率测量传感器四根电极，22.土壤温度传感器，23.温度传感器探针，24土壤湿度传感器，25.湿度传感器探针，26.MCU单片机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

主体为一个由左面、右面、背面、底面四块块钢板焊接而成的长方体容器，该容器置于一块绝缘胶垫之上；其前表面与底面之间由两块双孔铰链连接并固定，双孔铰链上铸有双螺孔，前表面与左右表面之间通过单孔铰链连接并固定，单孔铰链上铸有单螺孔；左右表面上对称地焊有装置把手各一；右表面内有一铸有手推板把手的尺寸较小的手推板置于分层夹缝内，右表面同时焊有接地铜棒；背面上内有两块铸有手推板把手的尺寸较大的手推板置于分层夹缝内，长方体内放有接地极，这一装置将电流源与接地极和接地铜棒通过导线连接够成电流回路。可通过装置把手移动平台，通过手推板把手拉伸手推板，使用非常灵活，操作十分方便。

本发明中尺寸较小的手推板和尺寸较大的手推板一端铸有把手，方便手推板的伸缩，另一端焊接有较小的薄隔片和较大的薄隔片，可使手推板卡在分层夹缝处，防止手推板被拉出长方体容器。这三块手推板是为了在模拟混合分层土壤模型时对不同电阻率、湿度等参数情况的土壤进行隔离先装入，后等装置内土壤装满，再拉出手推板使其隔片抵在装置右表面和背面，使不同参数土壤得以水平、竖直分层混合，最大程度的模拟真实情况下的土壤分布情况。

本发明中该装置前表面与左右表面之间通过单孔铰链并使用单螺孔固定，当卸下前表面上的螺丝时，前表面与左右表面实现分离，并在双孔铰链以及双螺孔的永久固定之下实现前表面与底面固定连接下的翻转，将前表面翻转后大大的方便了土壤的清理和取出，而不需要将装置提起将土壤倾倒出来。

本发明中该装置左右表面处焊接有装置把手各一个，方便装置提携，并在右表面右下角处焊有接地铜棒，方便试验时装置有效接地。

本发明中该装置右表面开有竖直方向的分层夹缝，在背面则开有两条分层夹缝，这三条夹缝达到了使尺寸较小的手推板和尺寸较大的手推板能够伸缩的效果。

本发明中接地极电流通过电源、导线、接地极、土壤和接地铜棒够成回路时，接地极包括但不仅限于直线形接地极、星形接地极、圆环接地极；电流源包括但不仅限于直流电流源、冲击电流发生器，通过霍尔直流传感器等将土壤表层电流引出并测量，从而实现对土壤表层入地电流的散流规律的研究。。

本发明中土壤电阻率传感器(20)，土壤温度传感器(22)，土壤湿度传感器(24)三种传感器能够对土壤情况进行实时监测，并连接至ADC模块(19)，经过单片机(26)的数据处理，将各个参数值显示在oled屏幕(18)上，使用者可以通过传感器对土壤电阻率、温湿度等接地极环境进行监测。

以下是具体实施例一：

一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其主体为一个由左面、右面、背面、底面四块块钢板焊接而成的长方体容器，大小为0.6m×0.6m×0.4m，钢板厚度为5mm，该容器置于一块厚度为5mm，面积为一平米的绝缘胶垫之上；其前表面与底面之间由两块双孔铰链连接并固定，双孔铰链上铸有双螺孔，两块双孔铰链位置距左右边缘均为20cm，前表面与左右表面之间通过单孔铰链连接并固定，单孔铰链上铸有单螺孔，两块单孔铰链距上边缘均为20cm；左右表面上对称地焊有装置把手各一；右表面内有一铸有手推板把手的尺寸较小的手推板置于分层夹缝内，右表面同时焊有接地铜棒(直径4mm，长5cm)；背面上内有两块铸有手推板把手的尺寸较大的手推板置于分层夹缝(3mm)内，长方体内放有接地极，这一装置将电流源与接地极和接地铜棒通过导线连接够成电流回路。

本发明中尺寸较小的手推板(厚度2mm，0.6m×0.4m)和尺寸较大的手推板(厚度2mm，0.6m×0.6m)一端铸有把手(长20cm)，方便手推板的伸缩，另一端焊接有较小的薄隔片(厚度1mm，0.4m×0.5cm)和较大的薄隔片(厚度1mm，0.6m×0.5cm)，可使手推板卡在分层夹缝处，防止手推板被拉出长方体容器。

本发明中该装置左右表面处焊接有装置把手各一个(把手位置位于中间20cm处，把手长度20cm)，方便装置提携，并在右表面右下角处焊有接地铜棒(铜棒位置距右边缘和下边缘均为10cm)，方便试验时装置有效接地。

在图1中，双孔铰链位于前表面和底面上，左铰链距左边缘20cm，右铰链距右边缘20cm；单孔铰链位于前表面和左右侧面上，左铰链距上边缘20cm，右铰链距右边缘20cm。

在图2中，隔片焊接于手推板一端，另一端中间位置处焊有手推板把手，位于右表面的手推板尺寸为0.6m×0.4m，厚5mm，位于背面的两块手推板尺寸为0.6m×0.6m，厚5mm；右表面的手推板隔片尺寸为0.4m×0.5cm，厚1mm，位于背面的两块手推板尺寸为0.6m×0.5cm，厚1mm；三块手推板把手长度均为20cm。

在图3-4中，右表面和背面的夹缝宽度均为3mm，右表面的夹缝距左边缘20cm，背面夹缝一条距上边缘10cm，另一条距下边缘15cm，夹缝中间均装有手推板上边缘中间20cm处焊有长度20cm的装置把手，在其对称面，即在表面同样位置处有同样大小的把手，接地铜棒位于右表面右下角距右边缘10cm，距下边缘10cm处。

其工作过程如下：先将背面的两块手推板拉出，使得隔片抵住背面，右表面的手推板推进去使得隔片抵住左表面，然后在手推板分离出的0.6m×0.2m×0.4m的空间内装入土壤1；由于背面有两块手推板可将剩余的0.6m×0.4m×0.4m分成三层，便将土壤2倒入下层空间出再往里推入下边的手推板，使得隔片抵住右表面的手推板，也使得下层土壤能够分布在同一水平面上，这样依次把土壤2、土壤3装入中层和上层。最后将三块手推板一起拉出，使得四中类型土壤能够分层混合在一起。当然，也可以根据需要，只铺设单层均匀土壤，两层水平土壤，三层水平土壤，竖直分层土壤、混合分层土壤等多重组合。

在图5中，可将前表面上的单螺孔铰链拧开，这样便可将前表面翻转放到地上，这样就可以将装置内的土壤卸下，更换不同参数的土壤，可以自由更换组合不同参数的土壤模型，而不需要将装置倾倒。

在图6中，接地极右两块长20cm，直径4mm的圆柱体钨铜电极焊接而成，敷设于土壤之下5cm处，并通过导线与电流源正极连接，电流源负极则通过导线连接至接地铜棒上。

其工作过程如下：根据具体需要，选择不同尺寸的接地极(包括但不限于直线形、星形、圆环形)，自由选择敷设接地极的深度，自由选择电流源(包括但不限于直流电流源、冲击电流源)，按图示连接好线路后，通电即可模拟相应的实验，通过霍尔直流传感器等将土壤表层电流引出并测量，从而实现对土壤表层入地电流的散流规律的研究。

在图7中，土壤电阻率传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器这三种传感器构成一个单独模块，同时该监测部分有四个这样单独的模块，这四个模块同时连接至ADC模块，再与单片机相连，单片机上有oled显示屏。

其工作过程如下：使用时将四个单独模块(由三种传感器组成)分别埋至不同分层的土壤中，包括一层竖直分层和三层水平分层共四种分层，每一传感器上均有探针或者电极，只要打开单片机开关使其工作，便可在oled屏幕上实时监测每一块土壤的电阻率、温度、湿度变化情况，当使用者对土壤进行加水、加温等操作时，便可实现动态监测。当然也可以根据选定的土壤分层模型自由选择使用的传感器模块数量。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，包括：一绝缘胶垫(2)，所述绝缘胶垫(2)上设置有一个长方体容器(8)，所述长方体容器(8)是由左面、右面、背面、底面和前表面五块钢板焊接而成，长方体容器的右表面内有一尺寸较小的手推板(9)置于竖直的分层夹缝(7)内，所述手推板(9)上铸有手推板把手(10)，所述右表面同时焊有接地铜棒(11)；所述背面内有两块尺寸较大的手推板(12)置于两个水平的分层夹缝(7)内，通过竖直的分层夹缝(7)和两个水平的分层夹缝(7)，把不同参数情况的土壤混合在一起，最终形成一个兼有水平和竖直分层的土壤模型；所述长方体内放有接地极(15)，将电流源(17)与接地极(15)和接地铜棒(11)通过导线(16)连接够成电流回路，通过传感器对土壤电阻率、温湿度在内的接地极环境进行监测，通过霍尔直流传感器将土壤表层电流引出并测量。

2.根据权利要求1所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，所述长方体容器(8)的前表面与底面之间由两块双孔铰链(5)连接并固定，双孔铰链(5)上铸有双螺孔(6)，前表面与左右表面之间通过单孔铰链(3)连接并固定，单孔铰链(3)上铸有单螺孔(4)。

3.根据权利要求2所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，当卸下前表面上单螺孔(4)的螺丝时，前表面与左右表面实现分离，并在双孔铰链(5)以及双螺孔(6)的永久固定之下实现前表面与底面固定连接下的翻转，方便土壤的清理和取出。

4.根据权利要求1-3之一所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，所述左右表面处焊接有装置把手(1)各一个，方便装置提携，并在右表面右下角处焊有接地铜棒，方便试验时装置有效接地。

5.根据权利要求1-3所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，所述手推板(9)一端铸有手推板把手(10)，方便手推板的伸缩，另一端焊接有薄隔片(13)，可使手推板卡(9)在分层夹缝处，防止手推板被拉出长方体容器。

6.根据权利要求1-3所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，所述接地极(15)包括直线形接地极、星形接地极、圆环接地极；电流源(17)包括直流电流源、冲击电流发生器，此外再通过霍尔直流传感器将土壤表层电流引出并测量，从而实现对土壤表层入地电流的散流规律的研究。

7.根据权利要求1-3所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，所述传感器包括土壤电阻率传感器(20)，土壤温度传感器(22)，土壤湿度传感器(24)三种传感器对土壤情况进行实时监测，并连接至ADC模块(19)，经过单片机(26)的数据处理，将各个参数值显示在oled屏幕(18)上，对土壤进行加水、加温等操作时，便可对土壤电阻率、温度、湿度实现动态监测。使用者可以通过传感器对土壤电阻率、温湿度等接地极环境进行监测。

8.根据权利要求1-3所述的基于混合土壤模型的接地极环境与入地电流测量平台，其特征在于，混合土壤模型的制备过程是：先将背面的两块手推板拉出，使得隔片抵住背面，右表面的手推板推进去使得隔片抵住左表面，然后在手推板分离出的0.6m×0.2m×0.4m的空间内装入土壤1；由于背面有两块手推板可将剩余的0.6m×0.4m×0.4m分成三层，便将土壤2倒入下层空间出再往里推入下边的手推板，使得隔片抵住右表面的手推板，也使得下层土壤能够分布在同一水平面上，再依次把土壤2、土壤3装入中层和上层，最后将三块手推板一起拉出，使得四种类型土壤能够分层混合在一起，或者根据需要，只铺设单层均匀土壤，两层水平土壤，三层水平土壤，竖直分层土壤、混合分层土壤在内的多重组合。