本實用新型涉及一種高壓直流輸電系統(tǒng)接地極狀態(tài)監(jiān)測裝置。

背景技術：

直流接地極作為直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，主要作用是為直流電流提供低阻通路，限制中性點電位及流過兩極的不平衡電流。它的安全可靠運行對直流輸電系統(tǒng)起著至關重要的作用。目前國內高壓直流輸電工程接地極多為淺埋型陸地接地極。對于該類型的接地極，極址土壤保持良好的導電和導熱性能、較大的熱熔系數(shù)和足夠的濕度，才能保證接地極在運行中有良好的熱穩(wěn)定性能。由于不同土壤電阻率的接地極呈現(xiàn)出不同的電阻率值，在直流電流的作用下，接地電極溫度將升高，當溫度升高到一定程度是，土壤中的水分將可能被蒸發(fā)掉，土壤的導電性能將會變差，接地電極將出現(xiàn)熱不穩(wěn)定，嚴重時將可使土壤燒結成幾乎不導電的玻璃狀體，電極將喪失運行功能。而反映接地電極溫升的主要土壤參數(shù)有接地極水溫、水位及環(huán)境土壤的溫濕度等。為能夠掌握接地極水溫、水位及環(huán)境土壤的溫濕度等數(shù)據(jù)，接地極一般設有監(jiān)測井，分別用于測量水位、水溫和環(huán)境土壤溫濕度。由于接地極一般選址在具換流站較遠，地勢開闊處，考慮防盜措施，監(jiān)測井上方均附有鋼筋混凝土結構的蓋板。

傳統(tǒng)方法測量接地極水位、水位及環(huán)境溫濕度需要運維人員現(xiàn)場將監(jiān)測井蓋板抬起后開展手動測量、記錄等工作，由于每個蓋板重量較重，需多名運維人員采用特殊工具才能抬起，測量采集接地極全部監(jiān)測井信息需 耗費大量的用工及時間成本。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場急需一種能夠實時準確的測量接地極水溫、水位及環(huán)境土壤溫濕度的裝置，在不減少工作項目及內容得基礎上，即能減少運維人員工作時間及工作量，同時又能掌握接地極的運行情況，以此來提高接地極設備的精益化水平，達到接地極管理提升的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)接地極狀態(tài)監(jiān)測裝置，能夠對高壓直流輸電系統(tǒng)接地極進行實時準確的測量接地極水溫、水位及環(huán)境土壤溫濕度工作。

一種高壓直流輸電系統(tǒng)接地極狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特別之處在于：包括微處理器，該微處理器分別與數(shù)字溫濕度傳感器、數(shù)字水溫傳感器、水位傳感器、天線、晶體振蕩器和電池連接。

其中微處理器通過無線外設外圍電路與天線連接。

其中電池采用鋰亞硫酰氯電池。

還包括金屬外殼，在該金屬外殼內安裝有所述的微處理器、晶體振蕩器和電池；

其中在該金屬外殼上固定安裝有射頻同軸連接器，在該射頻同軸連接器上安裝有天線，該射頻同軸連接器的外導體與金屬外殼之間直接接觸，從而使兩者之間電位相等，而該射頻同軸連接器的內導體與微處理器連接；其中在金屬外殼上固定安裝有數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度探頭，在該溫濕度探頭內安裝有數(shù)字溫濕度傳感器；其中在金屬外殼上固定安裝有電纜防水接頭，該電纜防水接頭通過防水電纜與水位及水溫探頭連接，在該水位及水溫探頭內安裝有數(shù)字水溫傳感器和水位傳感器。

本實用新型的有益效果是：1、有效減少高壓直流輸電系統(tǒng)接地極運 維的人員、時間及工作量，減輕了一線生產(chǎn)人員的工作強度，提高了工作效率，節(jié)約用工成本。2、高度集成化、結構簡單的設計，使裝置具有環(huán)境適應性好、安全可靠性高、長期免維護的特點、同時易于安裝和使用。3、超低功耗的設計，使裝置設計使用壽命可達10年以上。4、可以采用采用間歇工作的方式，或者采用基于藍牙4.0BLE無線通信技術，可通過支持藍牙4.0的Android、IOS等手機、平板電腦等智能移動終端實時的查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)，做到了便攜化巡視。

附圖說明

附圖1為本實用新型的邏輯原理框圖；

附圖2為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，本實用新型提供了一種高壓直流輸電系統(tǒng)接地極狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括微處理器，該微處理器分別與數(shù)字溫濕度傳感器、數(shù)字水溫傳感器、水位傳感器、天線1、晶體振蕩器和電池連接。其中微處理器通過無線外設外圍電路與天線1連接。其中電池采用鋰亞硫酰氯電池。

還包括金屬外殼3，在該金屬外殼3內安裝有所述的微處理器、晶體振蕩器和電池；其中在該金屬外殼3上固定安裝有射頻同軸連接器2，在該射頻同軸連接器2上安裝有天線1，該射頻同軸連接器2的外導體與金屬外殼3之間直接接觸，從而使兩者之間電位相等，而該射頻同軸連接器2的內導體與微處理器連接；其中在金屬外殼3上固定安裝有數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度探頭5，在該溫濕度探頭5內安裝有數(shù)字溫濕度傳感器；其中在金屬外殼3上固定安裝有電纜防水接頭4，該電纜防水接頭4通過防水電纜6與水位及水溫探頭7連接，在該水位及水溫探頭7內安裝有數(shù) 字水溫傳感器和水位傳感器。

進一步的，本實用新型提供了一種高壓直流輸電系統(tǒng)接地極狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括數(shù)字溫濕度傳感器、數(shù)字水溫傳感器、水位傳感器、微處理器、電池、無線外設外圍電路、晶體振蕩器、天線1設備。

1、所述的數(shù)字溫濕度傳感器對于濕度的測量主要依靠電容性聚合體濕敏感元件，吸收水分后其介電常數(shù)明顯改變，隨著水分子增多，溫濕度傳感器的電容量增加，根據(jù)電容量的變化測得相對濕度。數(shù)字溫度傳感器采用高精度數(shù)字式溫濕度傳感器芯片，具有自動校準、測量準確度高、響應速度快的特點，其溫度測量范圍：-40℃～+85℃；溫度測量精度：±1℃(0℃～+50℃)；

2、所述的數(shù)字溫濕度傳感器對于溫度的測量主要依靠能隙材料的測溫元件，由溫度傳感器產(chǎn)生溫度信號，經(jīng)過放大，送至A/D轉換進行轉換、校準、糾錯，生成數(shù)據(jù)。相對濕度測量范圍：0～100％RH；相對濕度測量精度：±3％RH(20％RH～80％RH@25℃)。

3、所述的數(shù)字水溫感器采用接觸式測溫方式，將溫度探頭完全浸沒于被測介質中，可測量各種液體、氣體等流體的溫度，溫度探頭采用耐侵蝕性能良好的316L不銹鋼材質。數(shù)字水溫感器溫度測量范圍：-40℃～+85℃，溫度測量精度：±1℃(0℃～+50℃)。

4、所述的水位傳感器核心是一個擴散硅壓力敏感元件，在硅基片上采用離子注入并經(jīng)激光修正制成惠斯登電橋，過程壓力作用于傳感器的隔離膜片上使膜片產(chǎn)生位移，通過膜盒內的硅油壓力傳遞到硅基片上，同時參考端的壓力(如大氣壓)作用于硅片的另一測，這樣在硅片的兩邊就加上了一個差壓，差壓在硅片上產(chǎn)生了一個應力場，使惠斯登電橋失去平衡而產(chǎn)生了一個與壓力成正比的電壓輸出信號。水位傳感器液位測量范圍：0～10m，液位測量精度：±1％±0.02m(0℃～+40℃)。

5、所述的傳感器滿足多種環(huán)境下的監(jiān)測需求，主控器防護等級為IP66以上，探頭防護等級可達到IP68。

6、所述的微處理器為功能強大、高靈活性的多協(xié)議SoC(芯片級系統(tǒng))，支持藍牙和2.4GHz超低功耗無線應用，具有高集成度、低成本、處理能力強、低功耗和小體積等特點。

7、所述的電池采用鋰亞硫酰氯電池，為長壽命一次性電池，自放電率低、工作電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍廣，電池電量耗盡后可更換電池繼續(xù)使用。

8、所述的無線外設外圍電路是微控制器實現(xiàn)無線通信功能所必須的電路。

9、所述晶體振蕩器為微處理器的無線收發(fā)模塊提供基準時鐘，確保無線通信頻率在額定誤差范圍之內。

10、所述天線1用于輻射和接收無線信號。

實施例1：

1、硬件電路結構：

如圖1所示，一種接地極水井狀態(tài)監(jiān)測裝置的硬件電路主要由微處理器、晶體振蕩器、無線外設外圍電路、天線1、電池、數(shù)字溫濕度傳感器、數(shù)字水溫傳感器、壓力傳感器組成。

上述微處理器為無線多協(xié)議SoC(芯片級系統(tǒng))，支持藍牙和2.4GHz超低功耗無線應用，具有高集成度、低成本、處理能力強、低功耗和小體積等優(yōu)勢。微處理器用于無線通信、控制外備、處理數(shù)據(jù)等工作。上述晶體振蕩器為微處理器的無線收發(fā)模塊提供基準時鐘，確保無線通信頻率在額定誤差范圍之內。上述無線外設外圍電路是微控制器實現(xiàn)無線通信功能所必須的電路。上述天線1用于輻射和接收無線信號。上述電池為微處理器提供工作所需的電源。電池采用大容量的鋰亞硫酰氯電池，該種電池為 低功耗系統(tǒng)的優(yōu)選電池。

上述數(shù)字溫濕度傳感器用于測量水井內空氣的溫度、相對濕度，所述數(shù)字溫濕度傳感器連接到微處理器的I/O，微處理器通過I/O控制數(shù)字溫濕度傳感器工作并為其供電。

上述數(shù)字溫度傳感器用于測量水井的水溫，所述數(shù)字溫度傳感器連接到微處理器的I/O，微處理器通過I/O控制數(shù)字溫度傳感器工作并為其供電。

上述壓力傳感器用于測量水井的水位。壓力傳感器由擴散硅壓力敏感元件、數(shù)模轉換器組成。所述擴散硅壓力敏感元件用于檢測水壓相對于大氣壓的壓力差，它輸出一個與壓力差成正比的電壓信號，該電壓信號通過模數(shù)轉換器的放大、模-數(shù)轉換后成為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過運算處理后得到水位數(shù)據(jù)。微處理器通過I/O控制水位傳感器工作并為其供電。

2、外形結構：

如圖2所示，接地極水井狀態(tài)監(jiān)測裝置的外形結構包括天線1、射頻同軸連接器2、金屬外殼3、電纜防水接頭4、溫濕度探頭5、防水電纜6、水位及水溫探頭7。

金屬外殼3內部安裝控制電路板和電池，數(shù)字溫濕度傳感器、數(shù)字溫度傳感器、壓力傳感器通過導線與控制電路板連接。

天線1安裝在射頻同軸連接器2上，天線1采用可更換設計，可根據(jù)實際需求更換不同尺寸、類型、增益的天線1，還可以使用天線延長線來轉接天線1。

射頻同軸連接器2固定在金屬外殼3上，射頻同軸連接器2的外導體與金屬外殼3短路，兩者之間電位相等。射頻同軸連接器2的內導體連接到硬件電路的天線1端口。

溫濕度探頭5固定在金屬外殼3上，其內部安裝數(shù)字溫濕度傳感器， 數(shù)字溫濕度傳感器通過導線與控制電路板連接。溫濕度探頭5具備良好的防護及防水透氣性能，它能阻值液態(tài)水進入內部，但允許氣態(tài)水分子通過，因此對空氣濕度的測量結果值影響很小。

電纜防水接頭4固定在金屬外殼3上，防水電纜6通過電纜防水接頭4固定在金屬外殼3上。防水電纜6為柔性屏蔽電纜，具備良好的耐油性、耐磨損性能、耐高低溫性能。

水位及水溫探頭7內部裝配數(shù)字溫度傳感器和水位傳感器，傳感器電路通過防水電纜6與控制電路板連接。水位及水溫探頭7需要投入水中用于測量水位、水溫，其內部用環(huán)氧樹脂或硅橡膠灌封，可確保不因浸水而造成硬件電路的損壞。

3、工作原理：

接地極水井狀態(tài)監(jiān)測裝置采用間歇工作的方式：微處理器定時啟動測量空氣溫度、空氣相對濕度、水位、水溫、電池電壓等參數(shù)，將數(shù)據(jù)匯總處理后通過無線信道發(fā)送出去，完成一次工作后便關閉所有外圍設備的電源，然后進入超低功耗的休眠狀態(tài)。很明顯，對于本領域技術人員而言，上述微處理器的工作程序屬于現(xiàn)有常規(guī)技術手段。

接地極水井狀態(tài)監(jiān)測裝置支持低功耗藍牙協(xié)議(BLE)和自定義2.4G無線協(xié)議，通過支持BLE的手機、平板電腦等移動設備在現(xiàn)場查看接地極水井狀態(tài)，也可以通過專用的無線傳感器網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)接地極水井狀態(tài)實時在線監(jiān)測功能。