一种地线网络支路电阻测量方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种地线网络支路电阻测量方法和装置，对地线网络系统的直流电阻特性进行整体测试，以矩阵形式完整表征整个地线网络系统的直流电阻特性，并实现了对地线网络直流电阻特性矩阵参数的测量，进而求得地线网络各个支路的电阻值，从而为检验地线网络的铺设质量，为给地线网络的设计仿真提供可靠的数据支持。本发明的装置包括标准直流电流源、数字nV表、电流切换开关矩阵、电压切换开关矩阵和控制计算机；地线网络为包括一个参考节点以及n个独立节点的n节点地线网络；电流切换开关矩阵具有1个输入端和n个输出端，电压切换开关矩阵具有n个输入端1个输出端。
【专利说明】一种地线网络支路电阻测量方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天、航空、计量领域以及金属结构接地网络，特别是涉及一种地线网 络支路电阻测量方法和装置。

【背景技术】
[0002] 地线网络，是大型装备的重要的组成部分，是保障装备安全稳定运行的重要设施。 地线网络一般由结构、母线、铜箔、连接器、接地桩等组成，为各个负载提供电流回路，实现 电能供给，为测量设备提供统一的基准地电位，为负载之间信号传输提供回路，为设备静电 释放提供通道，存在电源地、信号地、参考地、屏蔽地等回路。根据负载和信号特点，大多数 地线网络采用低频单点接地和高频多点接地以及"柔性接地"等混合式接地方案，是一个复 杂的立体网络，其直流电阻特性是地线网络的重要指标，直接影响大型装备的工作状况与 性能，影响大型装备的各个负载的工作性能。例如，由于某个部位的地线所用电缆型号差 错、或者插接件接触不良、或者地线铜箔的铺设缺陷等，造成该部位的地线电阻增大，而由 于其它支路的并联，简单的测试难以发现；较大电流将改变正常的流向，或者局部损坏地线 结构，造成增加其它支路电流负载，损坏其它支路的恶性连锁反应；另外，当电源地、信号地 和屏蔽地等不同网络在不该短路的地方短路，也将严重影响测量和控制的性能。这些都是 严重威胁大型装备正常工作的重要因素。
[0003] 在地线网络的设计、性能校准及其质量评估中，不但需要确定地线网络系统直流 电阻特性矩阵，还需要确定地线网络系统各个支路的直流电阻，之前一般采用下述方案：
[0004] 一、独立测量方案
[0005] 在铺设地线网络后，随机抽取若干个节点，在现场断开相关连接后，对每根导线进 行独立测量，测量结果与设计值进行比较完成质量评估。该方案的优点是由于独立测量导 体电阻的测量准确度较高，接地系统的特性测量更加准确。但是，该技术方案存在以下缺 点：a.不能暴露地线的铺设质量；b.不能暴露连接带来的接触电阻；c.不能反映插接件的 接触性能；d.工作量大，效率低；等等。
[0006] 二、用ι?Ω表在现场进行混合测量方案
[0007] 在铺设地线网络后，在现场用Π 1Ω表测量出所有节点之间的电阻值，以此校准接 地系统的直流特性。该方案的优点是包含了部分铺设质量因素，如接触电阻。但是，该技 术方案存在以下缺点：a.由于地线系统复杂的拓扑结构，不能反映并联在节点之间故障通 路；b.不能暴露地线材料的误用问题；c.工作量大，η个节点需要测量

【权利要求】
1. 一种地线网络支路电阻测量方法，其特征在于，包括： 1) 将整个地线网络作为一个多端纯电阻无源线性网络，包括一个参考节点匕以及η个 独立节点，称为η节点地线网络； 2) 以Ρ。点为参考，在η个独立节点施加电流，则在η个独立节点形成唯一的一组节点 电压： 'UA (rn rn . . r, V/^ r2\ r22 r2n '2 \^n) V?1 · · · rnn)\^n) 矩阵[R]: rn ru r2l r22 r2n [i?]= .. r"X Tnl · Tnn (2) 表征了 n节点地线网络的阻抗特性，称为直流电阻特性矩阵，反映了地线网络节点注 入电流与各节点电压之间的关系； 4) 通过注入到地线网络的各个节点的直流电流，测量在各个节点上产生的节点电压， 通过计算实现对所述直流电阻特性矩阵[R]参数的测量； 5) 通过高斯一约当消去法求得[R]的逆矩阵[G]，即电导矩阵[G]; 6) 通过电导矩阵[G]，求取地线网络各个支路的电阻值。
2. 根据权利要求1所述的地线网络支路电阻测量方法，其特征在于，所述步骤4)中，采 用线性电路的叠加原理，对地线网络轮流施加激励标准电流，遍历各节点，即： [0 _ 〇 /,2 0 . . * . ? · 〇 〇 L, '― -1 > 匕 -1 Λ ...... 分别测量各节点电压： ^21 U21 Uln > > ...... 分别代入以下公式 'UA Γγπ r12 . . rt V/^ Γ21 Γ22 * * Γ2η Λ Vrtl * * * }nn)\^nj 得到[R]矩阵各参数： 闺 间 7;νι 卜〕乙2 (ru λ ISn ^21 r21 r2n ='SI 二 IS2 - Isn \rn\J UH] V?2 J Un2 Vn/i J Unn v ^si ) V ^S2 ) V ^Sn J Λ ......... 也即： 'Un 广11 广12 ， · ^[n I si I s.2. I sn r r r U2l U22 U2n [i?]=.....=八1 7*2 lr〇i r?2 υ,Λ U,g ' ' U"" /,2 ' hn)a
3. 根据权利要求2所述的地线网络支路电阻测量方法，其特征在于，所述步骤5)中，运 用高斯一约当消去法求得[R]的逆矩阵[G]为 Gll Gl： _ · Gln r -, G91 G" · · G2n [〇]= .... Gnl G11： ·· Gm_ [G]为电导矩阵，i行j列参数为Gijt)
4. 根据权利要求3所述的地线网络支路电阻测量方法，其特征在于，所述步骤6)中，对 于任意一个节点Pi，节点Pi与参考节点P〇之间的支路电阻为R n，节点Pi与节点Pi之间的 支路电阻为Rn，节点Pi与节点P2之间的支路电阻为R i2，节点Pi与节点&之间的支路电阻 为氏」，节点Pi与节点Pn之间的支路电阻为R in;当i尹j时， Gn = - - 3 K 得节点Pi与节点h之间的支路电阻为： R：i =-- 7 % (3) 当i = j时， R..=^- it n J-1 〇 (4)
5. -种地线网络支路电阻测量装置，其特征在于，包括标准直流电流源、数字nV表、电 流切换开关矩阵、电压切换开关矩阵和控制计算机；所述地线网络除一个参考节点外还具 有η个独立节点，称为η节点地线网络；所述电流切换开关矩阵具有1个输入端和η个输 出端，所述电压切换开关矩阵具有η个输入端1个输出端；所述标准直流电流源输出高端与 电流切换开关矩阵的输入端相连，电流切换开关矩阵的η个输出端按顺序分别与被测地线 网络的η个节点相连；所述电压切换开关矩阵的η个输入端按顺序分别与被测地线网络的 η个节点相连，电压切换开关矩阵的输出端与数字nV表的输入高端相连；标准直流电流源 输出低端和数字nV表输入低端同时与被测地线网络的参考节点相连；所述标准直流电流 源、数字nV表、电流切换开关矩阵、电压切换开关矩阵均通过程控接口和控制计算机相连 接；所述控制计算机用于控制电流切换开关矩阵的开关通断，控制电压切换开关矩阵的开 关通断，控制标准直流电流源的输出状态，设置标准直流电流源的输出电流幅值，获取数字 nV表的测量数据。
6. 根据权利要求5所述的地线网络支路电阻测量装置，其特征在于，所述电流切换开 关矩阵采用大电流程控开关矩阵。
7. 根据权利要求5所述的地线网络支路电阻测量装置，其特征在于，所述电压切换开 关矩阵采用低热电势程控开关矩阵。
8. 采用所述地线网络直流电阻特性测试装置求取地线网络各个支路的电阻值的方法， 包括以下步骤： 1) 首先，所述控制计算机设置i计数器和j计数器参数初始值均为1 :i = 1，j = 1 ; 2) 控制电流切换开关矩阵的第i个输出端与被测地线网络的第i个节点相连，i = 1，2, 3...，η ; 3) 控制标准直流电流源输出测试电流Ip i = 1，2, 3···，η ; 4) 控制电压切换开关矩阵的第j个输入端与被测地线网络的第j个节点相连，j = 1，2, 3...，η ; 5) 控制数字nV表测量直流电压，读取数字nV表的测量结果Uu，并将测试结果以矩阵 方式保存在计算机的内部寄存器中； 6) 若j关n，j计数器加1后重复4?6步骤； 7) 若j = n，若i关n，j计数器重新置1，i计数器加1后重复2?7步骤； 8) 当i = n，j = n，完成测试，根据公式（5)计算得到[R]矩阵的各个参数： li (5) 9) 根据矩阵[R]采用高斯一约当消去法求得[R]的逆矩阵[G]依据公式（6)、（7)可 计算得到各个支路电阻Rij。 当i = j时， K=^- j=1 (6) 当i关j时， R..:_丄 (?) 17 (;丨丨。
【文档编号】G01R27/14GK104267263SQ201410469919
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】王斌, 陈阿琴, 李树明, 冯文武, 梅高峰, 李政 申请人:北京东方计量测试研究所