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一種地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法和裝置，對地線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的直流電阻特性進(jìn)行整體測試，以矩陣形式完整表征整個(gè)地線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的直流電阻特性，并實(shí)現(xiàn)了對地線網(wǎng)絡(luò)直流電阻特性矩陣參數(shù)的測量，進(jìn)而求得地線網(wǎng)絡(luò)各個(gè)支路的電阻值，從而為檢驗(yàn)地線網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)質(zhì)量，為給地線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)仿真提供可靠的數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明的裝置包括標(biāo)準(zhǔn)直流電流源、數(shù)字nV表、電流切換開關(guān)矩陣、電壓切換開關(guān)矩陣和控制計(jì)算機(jī)；地線網(wǎng)絡(luò)為包括一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)以及n個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的n節(jié)點(diǎn)地線網(wǎng)絡(luò)；電流切換開關(guān)矩陣具有1個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端，電壓切換開關(guān)矩陣具有n個(gè)輸入端1個(gè)輸出端。
【專利說明】一種地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天、航空、計(jì)量領(lǐng)域以及金屬結(jié)構(gòu)接地網(wǎng)絡(luò)，特別是涉及一種地線網(wǎng) 絡(luò)支路電阻測量方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 地線網(wǎng)絡(luò)，是大型裝備的重要的組成部分，是保障裝備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)施。 地線網(wǎng)絡(luò)一般由結(jié)構(gòu)、母線、銅箔、連接器、接地樁等組成，為各個(gè)負(fù)載提供電流回路，實(shí)現(xiàn) 電能供給，為測量設(shè)備提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)地電位，為負(fù)載之間信號傳輸提供回路，為設(shè)備靜電 釋放提供通道，存在電源地、信號地、參考地、屏蔽地等回路。根據(jù)負(fù)載和信號特點(diǎn)，大多數(shù) 地線網(wǎng)絡(luò)采用低頻單點(diǎn)接地和高頻多點(diǎn)接地以及"柔性接地"等混合式接地方案，是一個(gè)復(fù) 雜的立體網(wǎng)絡(luò)，其直流電阻特性是地線網(wǎng)絡(luò)的重要指標(biāo)，直接影響大型裝備的工作狀況與 性能，影響大型裝備的各個(gè)負(fù)載的工作性能。例如，由于某個(gè)部位的地線所用電纜型號差 錯(cuò)、或者插接件接觸不良、或者地線銅箔的鋪設(shè)缺陷等，造成該部位的地線電阻增大，而由 于其它支路的并聯(lián)，簡單的測試難以發(fā)現(xiàn)；較大電流將改變正常的流向，或者局部損壞地線 結(jié)構(gòu)，造成增加其它支路電流負(fù)載，損壞其它支路的惡性連鎖反應(yīng)；另外，當(dāng)電源地、信號地 和屏蔽地等不同網(wǎng)絡(luò)在不該短路的地方短路，也將嚴(yán)重影響測量和控制的性能。這些都是 嚴(yán)重威脅大型裝備正常工作的重要因素。
[0003] 在地線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、性能校準(zhǔn)及其質(zhì)量評估中，不但需要確定地線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直流 電阻特性矩陣，還需要確定地線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個(gè)支路的直流電阻，之前一般采用下述方案：
[0004] 一、獨(dú)立測量方案
[0005] 在鋪設(shè)地線網(wǎng)絡(luò)后，隨機(jī)抽取若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，在現(xiàn)場斷開相關(guān)連接后，對每根導(dǎo)線進(jìn) 行獨(dú)立測量，測量結(jié)果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較完成質(zhì)量評估。該方案的優(yōu)點(diǎn)是由于獨(dú)立測量導(dǎo) 體電阻的測量準(zhǔn)確度較高，接地系統(tǒng)的特性測量更加準(zhǔn)確。但是，該技術(shù)方案存在以下缺 點(diǎn)：a.不能暴露地線的鋪設(shè)質(zhì)量；b.不能暴露連接帶來的接觸電阻；c.不能反映插接件的 接觸性能；d.工作量大，效率低；等等。
[0006] 二、用ι?Ω表在現(xiàn)場進(jìn)行混合測量方案
[0007] 在鋪設(shè)地線網(wǎng)絡(luò)后，在現(xiàn)場用Π 1Ω表測量出所有節(jié)點(diǎn)之間的電阻值，以此校準(zhǔn)接 地系統(tǒng)的直流特性。該方案的優(yōu)點(diǎn)是包含了部分鋪設(shè)質(zhì)量因素，如接觸電阻。但是，該技 術(shù)方案存在以下缺點(diǎn)：a.由于地線系統(tǒng)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不能反映并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)之間故障通 路；b.不能暴露地線材料的誤用問題；c.工作量大，η個(gè)節(jié)點(diǎn)需要測量

【權(quán)利要求】
1. 一種地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法，其特征在于，包括： 1) 將整個(gè)地線網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)多端純電阻無源線性網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)匕以及η個(gè) 獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，稱為η節(jié)點(diǎn)地線網(wǎng)絡(luò)； 2) 以Ρ。點(diǎn)為參考，在η個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)施加電流，則在η個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)形成唯一的一組節(jié)點(diǎn) 電壓： 'UA (rn rn . . r, V/^ r2\ r22 r2n '2 \^n) V?1 · · · rnn)\^n) 矩陣[R]: rn ru r2l r22 r2n [i?]= .. r"X Tnl · Tnn (2) 表征了 n節(jié)點(diǎn)地線網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性，稱為直流電阻特性矩陣，反映了地線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)注 入電流與各節(jié)點(diǎn)電壓之間的關(guān)系； 4) 通過注入到地線網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的直流電流，測量在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)電壓， 通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)對所述直流電阻特性矩陣[R]參數(shù)的測量； 5) 通過高斯一約當(dāng)消去法求得[R]的逆矩陣[G]，即電導(dǎo)矩陣[G]; 6) 通過電導(dǎo)矩陣[G]，求取地線網(wǎng)絡(luò)各個(gè)支路的電阻值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法，其特征在于，所述步驟4)中，采 用線性電路的疊加原理，對地線網(wǎng)絡(luò)輪流施加激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)電流，遍歷各節(jié)點(diǎn)，即： [0 _ 〇 /,2 0 . . * . ? · 〇 〇 L, '― -1 > 匕 -1 Λ ...... 分別測量各節(jié)點(diǎn)電壓： ^21 U21 Uln > > ...... 分別代入以下公式 'UA Γγπ r12 . . rt V/^ Γ21 Γ22 * * Γ2η Λ Vrtl * * * }nn)\^nj 得到[R]矩陣各參數(shù)： 閨 間 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 廣11 廣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. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法，其特征在于，所述步驟5)中，運(yùn) 用高斯一約當(dāng)消去法求得[R]的逆矩陣[G]為 Gll Gl： _ · Gln r -, G91 G" · · G2n [〇]= .... Gnl G11： ·· Gm_ [G]為電導(dǎo)矩陣，i行j列參數(shù)為Gijt)
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量方法，其特征在于，所述步驟6)中，對 于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Pi，節(jié)點(diǎn)Pi與參考節(jié)點(diǎn)P〇之間的支路電阻為R n，節(jié)點(diǎn)Pi與節(jié)點(diǎn)Pi之間的 支路電阻為Rn，節(jié)點(diǎn)Pi與節(jié)點(diǎn)P2之間的支路電阻為R i2，節(jié)點(diǎn)Pi與節(jié)點(diǎn)&之間的支路電阻 為氏」，節(jié)點(diǎn)Pi與節(jié)點(diǎn)Pn之間的支路電阻為R in;當(dāng)i尹j時(shí)， Gn = - - 3 K 得節(jié)點(diǎn)Pi與節(jié)點(diǎn)h之間的支路電阻為： R：i =-- 7 % (3) 當(dāng)i = j時(shí)， R..=^- it n J-1 〇 (4)
5. -種地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量裝置，其特征在于，包括標(biāo)準(zhǔn)直流電流源、數(shù)字nV表、電 流切換開關(guān)矩陣、電壓切換開關(guān)矩陣和控制計(jì)算機(jī)；所述地線網(wǎng)絡(luò)除一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)外還具 有η個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，稱為η節(jié)點(diǎn)地線網(wǎng)絡(luò)；所述電流切換開關(guān)矩陣具有1個(gè)輸入端和η個(gè)輸 出端，所述電壓切換開關(guān)矩陣具有η個(gè)輸入端1個(gè)輸出端；所述標(biāo)準(zhǔn)直流電流源輸出高端與 電流切換開關(guān)矩陣的輸入端相連，電流切換開關(guān)矩陣的η個(gè)輸出端按順序分別與被測地線 網(wǎng)絡(luò)的η個(gè)節(jié)點(diǎn)相連；所述電壓切換開關(guān)矩陣的η個(gè)輸入端按順序分別與被測地線網(wǎng)絡(luò)的 η個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，電壓切換開關(guān)矩陣的輸出端與數(shù)字nV表的輸入高端相連；標(biāo)準(zhǔn)直流電流源 輸出低端和數(shù)字nV表輸入低端同時(shí)與被測地線網(wǎng)絡(luò)的參考節(jié)點(diǎn)相連；所述標(biāo)準(zhǔn)直流電流 源、數(shù)字nV表、電流切換開關(guān)矩陣、電壓切換開關(guān)矩陣均通過程控接口和控制計(jì)算機(jī)相連 接；所述控制計(jì)算機(jī)用于控制電流切換開關(guān)矩陣的開關(guān)通斷，控制電壓切換開關(guān)矩陣的開 關(guān)通斷，控制標(biāo)準(zhǔn)直流電流源的輸出狀態(tài)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)直流電流源的輸出電流幅值，獲取數(shù)字 nV表的測量數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量裝置，其特征在于，所述電流切換開 關(guān)矩陣采用大電流程控開關(guān)矩陣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的地線網(wǎng)絡(luò)支路電阻測量裝置，其特征在于，所述電壓切換開 關(guān)矩陣采用低熱電勢程控開關(guān)矩陣。
8. 采用所述地線網(wǎng)絡(luò)直流電阻特性測試裝置求取地線網(wǎng)絡(luò)各個(gè)支路的電阻值的方法， 包括以下步驟： 1) 首先，所述控制計(jì)算機(jī)設(shè)置i計(jì)數(shù)器和j計(jì)數(shù)器參數(shù)初始值均為1 :i = 1，j = 1 ; 2) 控制電流切換開關(guān)矩陣的第i個(gè)輸出端與被測地線網(wǎng)絡(luò)的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，i = 1，2, 3...，η ; 3) 控制標(biāo)準(zhǔn)直流電流源輸出測試電流Ip i = 1，2, 3···，η ; 4) 控制電壓切換開關(guān)矩陣的第j個(gè)輸入端與被測地線網(wǎng)絡(luò)的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，j = 1，2, 3...，η ; 5) 控制數(shù)字nV表測量直流電壓，讀取數(shù)字nV表的測量結(jié)果Uu，并將測試結(jié)果以矩陣 方式保存在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部寄存器中； 6) 若j關(guān)n，j計(jì)數(shù)器加1后重復(fù)4?6步驟； 7) 若j = n，若i關(guān)n，j計(jì)數(shù)器重新置1，i計(jì)數(shù)器加1后重復(fù)2?7步驟； 8) 當(dāng)i = n，j = n，完成測試，根據(jù)公式（5)計(jì)算得到[R]矩陣的各個(gè)參數(shù)： li (5) 9) 根據(jù)矩陣[R]采用高斯一約當(dāng)消去法求得[R]的逆矩陣[G]依據(jù)公式（6)、（7)可 計(jì)算得到各個(gè)支路電阻Rij。 當(dāng)i = j時(shí)， K=^- j=1 (6) 當(dāng)i關(guān)j時(shí)， R..:_丄 (?) 17 (;丨丨。
【文檔編號】G01R27/14GK104267263SQ201410469919
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】王斌, 陳阿琴, 李樹明, 馮文武, 梅高峰, 李政 申請人:北京東方計(jì)量測試研究所