岩土热响应测试野外作业常见故障识别与处置技术研究

【资料简介】

岩土热响应测试野外作业常见故障识别与处置技术研究

摘要

岩土热响应测试属于野外现场连续试验，测试周期普遍48‑72h，现场电网、管路、传感器、通信环境复杂多变，各类故障频发，极易造成数十小时试验作废，增加项目工期与经济成本。北京鸿鸥成运高精度岩土热响应测试仪具备完整状态监测、异常告警功能，可对供电电压异常、流量过低、温度采集异常、加热支路故障、云端通信异常进行识别提示。本文梳理野外热响应测试高频故障类型，分析故障产生机理；结合设备告警系统，给出故障判别方法、现场快速处置流程；针对断电丢数、管路进气、加热支路损坏、传感器漂移、4G云传输中断五大典型故障开展案例解析；总结野外测试前期排查清单，形成标准化故障处置作业流程。研究成果可为现场检测人员提供作业指导，提升热响应测试一次成功率。

关键词：热响应测试；野外故障；故障告警；地埋管换热器；现场检测；状态识别

0 引言

岩土热响应测试不同于实验室条件下的仪器检测，全部作业在工程施工现场完成。施工现场供电不稳定、施工环境杂乱、管路安装操作不规范、移动通信信号强弱波动，都会给连续长时间试验带来大量不确定因素。一旦出现故障不能及时发现，会导致整套试验数据失效，需要重新开展数十小时连续测试，严重耽误项目勘察进度。

很多现场操作人员只关注仪器是否开机运行，缺少故障识别能力，等到试验结束导出数据，才发现原始数据存在失真。北京鸿鸥成运热响应测试仪集成整机状态监测模块，组态屏本地告警+云平台远程告警双重提示，能够对大部分常见故障进行提前预警。本文基于大量工程现场案例，归纳高频故障，提出识别手段与处置方案。

1 野外热响应测试主要故障分类

按照故障发生部位可以分为五大类：供电类故障、水路管路类故障、传感器采集故障、加热单元故障、云通信传输故障。

供电故障包含电压骤降、停电、供电功率不足；水路故障主要为管路进气、管路渗漏、循环泵流量不足；传感器故障包含温度漂移、流量信号丢失；加热单元故障为单路或多路加热支路损坏，实际加热功率不足；通信故障为4G信号弱，云端数据上传中断。

故障表现分为显性故障与隐性故障：显性故障设备直接弹窗告警；隐性故障设备无直接报错，但是原始数据曲线畸变，最容易被现场人员忽略，对试验危害更大。

2 设备内置故障监测与告警机制

设备本地组态触控屏实时采集整机运行参数，设置多级告警阈值。供电电压超出允许区间、循环流量低于设定阈值、温度信号断线、加热支路输出异常，本地屏幕弹出告警提示。开启云平台的工况下，异常信息同步上传云端后台，远程即可获取故障提醒，不用人员到达现场。告警仅为辅助手段，隐性故障不会触发告警，需要结合温度‑流量时序曲线人工判别。

3 典型故障机理、识别与现场处置

3.1意外断电故障

故障机理：施工现场临时供电跳闸、线路接触不良造成整机断电。本设备具备硬件断电记忆，恢复供电后接续试验；老旧设备断电后全部数据丢失。

识别方式：设备断电停机，云端数据曲线直接中断。

处置：恢复供电，检查断电记忆功能是否正常，确认历史数据完整，仪器自动接续试验，无需从头复测；若断电记忆失效，则需要重新启动整套热响应试验。

3.2管路进气，流量跳变（高频隐性故障）

故障机理：管路内部残留气体，气体随循环水流扰动，流量传感器读数高频上下跳动。传感器硬件本身完好，不会触发设备告警，属于典型隐性故障。进气严重时流量直接归零。

识别：查看流量曲线，短时间剧烈震荡、无稳定数值。

处置：多次循环排气，反复开关循环泵，将管路内部气体排出；检查管路接头是否漏气吸入空气；排气完成后观察流量曲线平稳后方才正式启动加热试验。

3.3加热支路部分失效，实际热功率不足

故障机理：六档加热模块某一路加热元件损坏，操作人员屏幕显示开启档位，实际输出总功率低于设定值，单位孔深热负荷不满足规范。

识别：屏幕显示加热支路状态，对比实时电功率读数和设定功率；进出水温长时期提升缓慢。

处置：关闭设备，排查故障加热支路，切换其余完好加热支路组合，重新核算总加热功率，保证50‑80W/m单位孔深热负荷。

3.4传感器信号漂移、信号断线

故障机理：接线松动、传感器进水损坏，温度、流量采集失真。

识别：温度数值不变或者跳变至不合理区间；流量长期为0。设备会弹出传感器异常告警。

处置：停机检查传感器接线；传感器损坏则更换经过计量标定的传感组件，重新开展试验。第三方检测场景，优先使用带有检定证书的传感器。

3.5云平台4G通信中断

故障机理：工地移动通信信号弱、流量卡欠费，云端不再接收新数据。

识别：本地设备正常采集存储，但是云端后台曲线停止更新。

处置：云传输中断不会破坏本地U盘存储的原始数据，不影响试验本体；改善天线位置，更换信号更好位置，或者关闭云传输，仅依靠本地U盘存储。

4 工程案例解析

案例1：山东某地源热泵项目，195m双U钻孔，试验运行26h，现场临时电网跳闸。设备断电记忆模块保存全部历史时序数据，来电后自动接续，完整完成72h试验，无需重新测试。

案例2：河北项目，230m钻孔，操作人员排气不充分，试验全程流量曲线剧烈抖动，设备无告警。导出数据后发现数据失真，只能重新开展试验。该案例说明排气作业是现场重中之重。

5 热响应测试前期标准化排查清单

试验启动之前逐项确认：

1）供电线缆、空开容量满足设备满负荷功率，电压处于额定区间；

2）循环管路充分排气，流量读数稳定无跳动；

3）所有传感器接线牢固，读数处于合理物理区间；

4）加热各支路投切测试，核对实际输出电功率；

5）确认U盘存储、断电记忆功能正常；

6）开启云平台模式时，确认工地移动通信信号达标。

6 结论

野外岩土热响应测试工况复杂，故障类型多，隐性故障隐蔽性强，容易造成试验失效。鸿鸥成运热响应测试仪集成本地+云端双重告警体系，可以对大部分显性故障进行预警。但设备告警不能替代人工对原始时序曲线的研判。现场作业应严格执行前期排查清单，掌握典型故障识别和处置方法，能够显著提高热响应测试一次试验成功率，节约勘察工期与项目成本。

参考文献

[1] JGJ/T 438‑2018，地源热泵热响应测试标准[S].

[2] 刁乃仁,方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京：高等教育出版社，2006.

岩土热响应测试仪器全套行业关键词整理

一、核心设备关键词

岩土热响应测试仪；岩土热物性测试仪；地埋管热响应试验设备；鸿鸥成运；六档可调热响应主机；浅层地热能原位测试设备；地源热泵现场测试仪器

二、硬件技术参数关键词

加热功率六档可调；加热功率测量误差≤1%；流量测量误差≤±1%；温度测量误差≤±0.2℃；设备承压≥0.6MPa；最大测试深度300m；积算仪热量计算；组态触控屏；断电记忆；本地U盘存储；云平台数据远传；多时间间隔采集；计量检定证书；De25/De32地埋管适配；单U埋管；双U埋管

三、采集存储参数关键词

实时流量；埋管进水温度；埋管出水温度；平均加热功率；实时电功率；累积耗电量；原始试验数据集；数据导出；远程监测

四、输出热物性参数关键词

岩土综合导热系数；岩土容积比热容；岩土质量比热容；岩土热扩散率；岩土初始温度；单位延米换热量；钻孔热阻

五、软件算法关键词

线热源模型；圆柱热源模型；热响应解析软件；硬件加密锁；开源不可修改软件；四算法并行解析；延米换热量推演；数据反演计算

六、工程应用场景关键词

地埋管地源热泵；浅层地热能勘察；竖直U型地埋管；第三方检测；岩土原位热试验；钻孔换热试验；地源热泵系统设计；不同地层热物性测试；野外现场测试

七、论文/标书长尾关键词

热响应测试误差分析；大深度钻孔热响应试验；野外设备抗干扰；热响应测试施工工艺；传感器精度影响；国产化地热测试装备

推荐产品如下：

地源热泵温度监控系统/地源热泵测温／多功能钻孔成像分析仪／井下电视／钻孔成像仪／地热井钻孔成像仪／井下钻孔成像仪/数字超声成像测井系统/多功能超声成像测井系统/超声成像测井系统/超声成像测井仪/成像测井系统/多功能井下超声成像测井仪/超声成象测井资料分析系统/超声成像

关键词：地热水资源动态监测系统／地热井监测系统／地热井监测／水资源监测系统／地热资源回灌远程监测系统／地热管理系统／地热资源开采远程监测系统／地热资源监测系统／地热管理远程系统／地热井自动化远程监控／地热资源开发利用监测软件系统／地热水自动化监测系统／城市供热管网无线监测系统／供暖换热站在线远程监控系统方案／换热站远程监控系统方案/干热岩温度监测/干热岩监测/干热岩发电／干热岩地温监测统／地源热泵自动控制／地源热泵温度监控系统／地源热泵温度传感器／地源热泵中央空调中温度传感器/地源热泵远程监测系统/地源热泵自控系统/地源热泵自动监控系统/节能减排自动化系统/无人值守地源热泵自控系统/地热远程监测系统

地热管理系统（geothermal management system）是为实现地热资源的可持续开发而建立的管理系统。

我司深井地热监测产品系列介绍：

1.0-1000米单点温度检测（普通表和存储表）／0-3000米单点温度检测（普通显示，只能显示温度，没有存储分析软件功能）

2.0-1000米浅层地温能监测（采集器采用低功耗、携带方便；物联网NB无线传输至WEB端B/S架构网络；单总线结构，可扩展256个点；进口18B20高精度传感器，在10-85度范围内，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米分布式多点深层地温监测（采用分布式光纤测温系统细分两大类：1.井筒测试 2.井壁测试）

4.0-2000米NB型液位／温度一体式自动监测系统（同时监测温度和液位两个参数，MAX耐温125摄氏度）

5.0-7000米全景型耐高温测温成像一体井下电视（同时监测温度和视频图片等）

6. 微功耗采集系统／遥控终端机——地热资源监测系统浅层／地热管理系统（可在换热站同时监测温度／流量／水位／泵内温度／压力／能耗等多参数内容，可实现物联网远程监控，24小时无人值守）

有此类深井地温项目，欢迎新老客户朋友垂询！北京鸿鸥成运仪器设备有限公司

关键词：地热井分布式光纤测温监测系统／分布式光纤测温系统／深井测温仪／深水测温仪／地温监测系统／深井地温监测系统／地热井井壁分布式光纤测温方案／光纤测温系统／深孔分布式光纤温度监测系统/深井探测仪/测井仪/水位监测/水位动态监测/地下水动态监测/地热井动态监测/高温水位监测/水资源实时在线监控系统/水资源实时监控系统软件/水资源实时监控/高温液位监测/压力式高温地热地下水水位计/温泉液位测量/涌井液位测量监测/高温涌井监测水位计方案/地热井水温水位测量监测系统/地下温泉怎么监测水位/ 深井水位计/投入式液位变送器 /进口扩散硅/差压变送器