本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)中，隨著特高壓直流輸電工程的快速發(fā)展，直流系統(tǒng)受端接地極極址選擇日益困難，多個(gè)直流系統(tǒng)共用接地極的情況日趨普遍，從而導(dǎo)致接地極所流過的入地電流也不斷增大。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)處于單極大地回線運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，工作電流持續(xù)經(jīng)由接地極向周圍土壤散流，電阻熱效應(yīng)會(huì)使土壤在溢散電流的作用下發(fā)熱升溫，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊戨娏ο到y(tǒng)的正常工作，因此需要對(duì)直流系統(tǒng)的接地極的熱分布以及其它接地特性(例如：地表電位、散流分布等)進(jìn)行計(jì)算并模擬出土壤的溫升過程，從而對(duì)土壤溫升進(jìn)行控制確保電力系統(tǒng)的正常工作。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)直流系統(tǒng)的接地極的發(fā)熱分布以及其它接地特性(例如：地表電位、散流分布等)的計(jì)算，仍采用恒定的土壤熱參數(shù)及土壤電阻率，忽略了土壤溫度上升后與土壤參數(shù)的互相影響，在實(shí)際中直流系統(tǒng)的接地極溫度的變化會(huì)導(dǎo)致土壤中水分蒸發(fā)從而影響土壤的電阻率，因此如何測量土壤在不同溫度下對(duì)應(yīng)的電阻率成為待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)及方法，用于測量土壤在不同溫度下對(duì)應(yīng)的電阻率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)，包括：可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、電壓表、第一電流極板、第二電流極板、第一電壓極棒、第二電壓極棒、溫度檢測裝置以及土壤樣本裝填裝置；

土壤樣本裝填裝置為柱形結(jié)構(gòu)，土壤樣本裝填裝置的第一側(cè)面為底面且兩個(gè)端面與第一側(cè)面垂直，可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、第一電流極板、裝填于土壤樣本裝填裝置中的土壤樣本、第二電流極板可依次串聯(lián)形成回路，第一電流極板和第二電流極板均平行于端面，土壤樣本裝填于土壤樣本裝填裝置中且各個(gè)部分的裝填高度相同；

電壓表的兩端分別連接用于插入到土壤樣本中的第一電壓極棒、第二電壓極棒，第一電壓極棒和第二電壓極棒位于第一電流極板和第二電流極板之間、且與第一電流極板的距離不同，溫度檢測裝置位于土壤樣本中。

第二方面，提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量方法，用于控制第一方面所述的測量系統(tǒng)，該方法包括：

獲取第一橫截面或第二橫截面的面積，第一橫截面為土壤樣本在第一電壓極棒位置處的橫截面，第二橫截面為土壤樣本在第二電壓極棒位置處的橫截面；

獲取第一橫截面與第二橫截面之間的距離；

調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)直流電源的輸出電流；

根據(jù)每次調(diào)節(jié)的輸出電流得出土壤樣本的溫度值、流過土壤樣本的電流值以及第一電壓極棒與第二電壓極棒兩端的電壓值；

根據(jù)預(yù)設(shè)公式計(jì)算每次調(diào)節(jié)輸出電流后土壤樣本的溫度對(duì)應(yīng)的土壤樣本的電阻率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)中，通過可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、第一電流極板、裝填于土壤樣本裝填裝置中的土壤樣本、第二電流極板可依次串聯(lián)形成回路，電壓表的兩端分別連接用于插入到土壤樣本中的第一電壓極棒、第二電壓極棒，第一電壓極棒和第二電壓極棒位于第一電流極板和第二電流極板之間、溫度檢測裝置位于土壤樣本中，可以測量土壤在不同溫度下對(duì)應(yīng)的電阻率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)示意圖之一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)示意圖之二；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量方法步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中，“示例性的”或者“例如”等詞用于表示作例子、例證或說明。本發(fā)明實(shí)施例中被描述為“示例性的”或者“例如”的任何實(shí)施例或設(shè)計(jì)方案不應(yīng)被解釋為比其它實(shí)施例或設(shè)計(jì)方案更優(yōu)選或更具優(yōu)勢(shì)。確切而言，使用“示例性的”或者“例如”等詞旨在以具體方式呈現(xiàn)相關(guān)概念。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)，包括：可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、電壓表、第一電流極板、第二電流極板、第一電壓極棒、第二電壓極棒、溫度檢測裝置以及土壤樣本裝填裝置。

土壤樣本裝填裝置為柱形結(jié)構(gòu)，土壤樣本裝填裝置的第一側(cè)面為底面且兩個(gè)端面與第一側(cè)面垂直，可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、第一電流極板、裝填于土壤樣本裝填裝置中的土壤樣本、第二電流極板可依次串聯(lián)形成回路，第一電流極板和第二電流極板均平行于端面，土壤樣本裝填于土壤樣本裝填裝置中且各個(gè)部分的裝填高度相同。

電壓表的兩端分別連接用于插入到土壤樣本中的第一電壓極棒、第二電壓極棒，第一電壓極棒和第二電壓極棒位于第一電流極板和第二電流極板之間、且與第一電流極板的距離不同，溫度檢測裝置位于土壤樣本中。

作為示例的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)，參照?qǐng)D1所示，包括：可調(diào)節(jié)直流電源11、電流表12、電壓表13、溫度檢測裝置14以及土壤樣本裝填裝置15。

土壤樣本裝填裝置15為柱形結(jié)構(gòu)，土壤樣本裝填裝置15為由自身的第一側(cè)板151、第二側(cè)板152、第三側(cè)板153以及第四側(cè)板154圍成的長方體結(jié)構(gòu)，其中第一側(cè)板151與第二側(cè)板152平行，第三側(cè)板153與第四側(cè)板154平行，且第一側(cè)板151垂直于第三側(cè)板153，土壤樣本裝填裝置15被土壤樣本填滿。土壤樣本裝填裝置15的第二側(cè)面156平行于第一側(cè)面155且未封閉，第一側(cè)面155為底面。

需要說明的是，柱形結(jié)構(gòu)為公知定義，土壤樣本裝填裝置的端面即為上述的第一側(cè)板151與第二側(cè)板152。

可調(diào)節(jié)直流電源11的第一端連接電流表12的第一端，電流表12的第二端連接土壤樣本裝填裝置15的第一側(cè)板151，電壓表13的第一端連接土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度l的第一端a，電壓表13的第二端連接土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度的第二端b，其中土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度l與土壤樣本裝填裝置15的第三側(cè)板153平行，可調(diào)節(jié)直流電源11的第二端連接土壤樣本裝填裝置15的第二側(cè)板152，溫度檢測裝置14位于土壤樣本中。

需要說明的是，可調(diào)節(jié)直流電源11的第一端為正極，可調(diào)節(jié)直流電源11的第二端為負(fù)極，電流表12的第一端為正極，電流表12的第二端為負(fù)極，電壓表13的第一端為正極，電壓表13的第二端為負(fù)極，

可選的，參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)還包括：保護(hù)電阻16，保護(hù)電阻16串聯(lián)在可調(diào)節(jié)直流電源11與電流表12之間。

具體的，保護(hù)電阻是對(duì)電路或用電器起保護(hù)作用的電阻。以防止電路出現(xiàn)意外時(shí)，用電器不至于電流過大而受損，保護(hù)電阻用于對(duì)測量系統(tǒng)進(jìn)行限流和降壓。

優(yōu)選的，電壓表13的第一端通過第一電壓極棒p1連接土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度的第一端a，電壓表13的第二端通過第二電壓極棒p2連接土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度l的第二端b。

土壤樣本中放置有至少兩個(gè)溫度檢測裝置14，其中至少有一個(gè)溫度檢測裝置14放置于第一電壓極棒p1與第二電壓極棒p2之間。

示例性的，參照?qǐng)D2所示，該土壤樣本裝填裝置15可以為電解槽19，電解槽19由自身的第一側(cè)板151、第二側(cè)板152、第三側(cè)板153以及第四側(cè)板154圍成的長方體結(jié)構(gòu)，其中第一電流極板c1與第二電流極板c2分別作為土壤樣本裝填裝置15的兩個(gè)端面，即第一側(cè)面151與第二側(cè)面152，第一電流極板c1與第二電流極板c2通過土壤樣品與可調(diào)節(jié)直流電源11、電流表12、電壓表13形成回路，溫度檢測裝置14可以為溫度傳感器，土壤樣品均勻盛放在電解槽19中，且土壤樣本各個(gè)部分的裝填高度相同，其中，土壤樣本為直流系統(tǒng)的接地極的土壤中為了檢測土壤電阻率而選取的部分土壤，同時(shí)電解槽19的側(cè)板與端面均設(shè)置有刻度線，該刻度線用于計(jì)算電解槽19第一側(cè)板151的面積s以及預(yù)設(shè)長度l，由于在實(shí)際操作中需考慮土壤升溫后含水量的變化，因此電解槽19未進(jìn)行密封，便于使土壤中的水分隨溫度的變化而自然蒸發(fā)。

需要說明的是，電解槽由槽體、陽極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。電解槽按電極的連接方式，可分為單極式和復(fù)極式兩類電解槽。本發(fā)明實(shí)施例提供的電解槽可以為復(fù)極式電解槽，復(fù)極式電解槽兩端的電極分別與直流電源的正負(fù)極相連，成為陽極或陰極。電流通過串聯(lián)的電極流過電解槽時(shí)，中間各電極的一面為陽極，另一面為陰極,具有雙極性。

可調(diào)節(jié)直流電源11用于提供當(dāng)前的輸出電流，電流表12用于提供當(dāng)前流過土壤樣本的電流值i，電壓表13用于提供當(dāng)前土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度l兩端的電壓值u，溫度檢測裝置14用于提供當(dāng)前土壤樣本的溫度值t；土壤樣本裝填裝置15用于裝填土壤樣本并提供第一側(cè)板151的面積s。

可選的，可調(diào)節(jié)直流電源11還用于調(diào)節(jié)輸出電流的大小，根據(jù)實(shí)際情況，需要調(diào)節(jié)輸出電壓的大小使第一電流極板c1與第二電流極板c2通過土壤樣品與可調(diào)節(jié)直流電源11、電流表12、電壓表13形成回路并使電解槽19進(jìn)行升溫。

具體的，調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)直流電源輸出電流逐漸增大從而模擬直流系統(tǒng)的接地極溫升過程，觀察溫度傳感器檢測的溫度變化，可調(diào)節(jié)直流電源開始改變當(dāng)前的輸出電流后，溫度傳感器每升高固定溫度，對(duì)當(dāng)前電壓表的讀數(shù)以及電流表的讀數(shù)進(jìn)行記錄。

示例性的，為了對(duì)土壤電阻率進(jìn)行精確的計(jì)算，回路中測量電流的電流表12為精度0.5級(jí)的c65型直流微安表，電解槽19第一側(cè)板151與第二側(cè)板152采用0.002m銅制的電流極板，需要說明的是，土壤樣本中的預(yù)設(shè)長度l為第一橫截面157與第二橫截面158之間的距離，其中第一橫截面157與第二橫截面158均與第一側(cè)板151平行，該預(yù)設(shè)長度l可由第一電壓極棒p1與第二電壓極棒p2的位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)預(yù)設(shè)長度l的大小不做限定。

本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)中，通過可調(diào)節(jié)直流電源、電流表、第一電流極板、裝填于土壤樣本裝填裝置中的土壤樣本、第二電流極板可依次串聯(lián)形成回路，電壓表的兩端分別連接用于插入到土壤樣本中的第一電壓極棒、第二電壓極棒，第一電壓極棒和第二電壓極棒位于第一電流極板和第二電流極板之間、溫度檢測裝置位于土壤樣本中，可以測量土壤在不同溫度下對(duì)應(yīng)的電阻率。

示例性的，參照表1-1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量系統(tǒng)中土壤樣本在20℃至74℃范圍內(nèi)溫度逐漸上升時(shí)土壤電阻率的變化情況。為了對(duì)土壤電阻率的變化原因作進(jìn)一步的了解，本發(fā)明實(shí)施例還提供了水分測定儀用于測定在不同溫度下土壤的含水量，其中t為溫度值，m為土壤中的含水量，ρ為土壤樣品的電阻率。

表1-1

具體的，由上表可知，土壤電阻率的變化呈現(xiàn)出平穩(wěn)階段與急劇增大階段，其中平穩(wěn)階段為溫度在20℃至50℃，急劇增大階段為溫度在50℃以上，在平穩(wěn)階段，初期溫度升高既增加了土壤溶液中電解質(zhì)的溶解度與電離度，又促進(jìn)了土壤中水分的蒸發(fā)，雖然前者促使土壤電阻率降低，后者促使土壤電阻率增大。但在該階段，由于土壤溫度不太高其含水量只稍有下降，溫度上升對(duì)土壤溶液中電解質(zhì)的作用略大于水分減少給土壤電阻率帶來的影響，土壤電阻率處于平穩(wěn)階段。而在急劇增長階段，隨著溫度的持續(xù)升高，土壤中水分蒸發(fā)量逐漸增大，使土壤導(dǎo)電通道中電解溶液的含量大大降低，降低了土壤溶液中離子的遷移，使由離子運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)的離子電導(dǎo)逐漸消失，只剩下由土壤顆粒吸附電荷所構(gòu)成的膠體電導(dǎo)作用，對(duì)比溫升對(duì)土壤溶液中電解質(zhì)溶解度與電離度的作用而言，此作用已不占主導(dǎo)影響，因此該階段土壤電阻率急劇增大。

通過上述在溫度變化過程中土壤電阻率的變化可知，當(dāng)溫度處于急劇增大階段時(shí)，需要在對(duì)直流系統(tǒng)的接地極的熱分布以及其它接地特性(例如：地表電位、散流分布等)考慮土壤電阻率的變化，并且直流系統(tǒng)的接地極的溫升應(yīng)盡量控制在平穩(wěn)階段以保持電力系統(tǒng)的正常工作。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量方法，用于控制上述實(shí)施例所述的測量系統(tǒng)，參照?qǐng)D3所示，該方法包括：

s11、獲取第一橫截面或第二橫截面的面積，第一橫截面為土壤樣本在第一電壓極棒位置處的橫截面，第二橫截面為土壤樣本在第二電壓極棒位置處的橫截面。

s12、獲取第一橫截面與第二橫截面之間的距離。

s13、調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)直流電源的輸出電流。

s14、根據(jù)每次調(diào)節(jié)的輸出電流得出土壤樣本的溫度值、流過土壤樣本的電流值以及第一電壓極棒與第二電壓極棒兩端的電壓值。

s15、記錄第一橫截面或第二橫截面的面積、第一橫截面與第二橫截面之間的距離、每次調(diào)節(jié)的輸出電流得出土壤樣本的溫度值、流過土壤樣本的電流值以及第一電壓極棒與第二電壓極棒兩端的電壓值。

需要說明的是，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)第一電壓極棒與第二電壓極棒的位置進(jìn)行調(diào)整。

s16、根據(jù)預(yù)設(shè)公式計(jì)算每次調(diào)節(jié)輸出電流后土壤樣本的溫度對(duì)應(yīng)的土壤樣本的電阻率。

通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)直流電源的輸出電流使溫度逐漸升高，并通過土壤樣本溫度的變化以及記錄的數(shù)據(jù)對(duì)每次調(diào)節(jié)輸出電流后土壤樣本的溫度對(duì)應(yīng)的土壤樣本的電阻率進(jìn)行計(jì)算，具體的，根據(jù)公式計(jì)算每次調(diào)節(jié)輸出電流后土壤樣本的溫度對(duì)應(yīng)的土壤樣本的電阻率，其中ρ為土壤樣本的電阻率，s為第一橫截面或第二橫截面的面積，u為第一電壓極棒與第二電壓極棒兩端的電壓值，i為流經(jīng)土壤樣本的電流值，l為第一橫截面與第二橫截面之間的距離。

本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤電阻率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的測量方法中，通過獲取第一橫截面或第二橫截面的面積，第一橫截面與第二橫截面之間的距離，流過土壤樣本的電流值以及第一電壓極棒與第二電壓極棒兩端的電壓值，根據(jù)預(yù)設(shè)公式計(jì)算每次調(diào)節(jié)輸出電流后土壤樣本的溫度對(duì)應(yīng)的土壤樣本的電阻率，可以測量土壤在不同溫度下對(duì)應(yīng)的電阻率。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。