目前二次回路阻抗的测量主要采用继电保护测试仪。继电保护测试仪需要外接电源，测量时需要人为调节电压、测量电流和计算阻抗，使用不方便且不确定性大，因此开发一种便携的二次回路阻抗测试仪十分必要。
1 二次回路阻抗测试仪开发目的
GB 1208—2006 电流互感器规定标准的二次电流为 1 A 和 5 A。变电所用的电流互感器的二次额定电流是采用 5 A 还是 1 A，需要经过经济、技术方面的比较后确定。在相同一次额定电流、相同额定输出容量的情况下，电流互感器二次电流采用5 A，可以使继电保护设备体积小、价格便宜。为了满足测量和计量的精度，以及短路故障所致大电流状态下继电保护装置的**电流及电流互感器10%误差曲线要求，两个回路通常采用不同变比，也可用中间抽头来选择不同变比。
在电网实际运行过程中，电流互感器实际的二次负载阻抗需要多大才能满足准确度要求，需要电力维护人员对电流传感器二次回路阻抗进行测试和校验来确定。当前测试电流传感器二次回路阻抗的方法是用一种信号源结合相关仪器仪表，辅助人工进行测量和计算。测试时，根据实际线路的规格和长度，对现场阻抗逐一进行测量，然后求出总阻抗，看是否满足电流传感器二次额定电流的要求。这种方法操作繁琐，并且对操作人员的技能有一定要求。而已有的精密仪器往往需要交流电源供电，并且体积比较大、携带笨重，不方便电力维护人员现场使用。
2 二次回路阻抗测试仪关键要素
交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。近年来，交流阻抗的测试精度越来越高，再加上计算机技术的进步，对阻抗波形图谱解析的自动化程度越来越高，使得能够更好地理解导体表面双电层结构；超低频信号阻抗波形图谱也具有电量流动过程的良好重现性，特别是导体活化钝化转换现象，所以说，二次回路的阻抗测试就是交变的这种电流信号在所测量的回路中所受到的阻力。
2.1 交流阻抗测试
交变电量在导电回路中电流受到的阻力即交流阻抗。在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性；在电化学中，是指导体系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角 （相角）的单位为弧度或度。在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变化的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗波形图谱。阻抗波形图谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示，也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗波形图谱信息越完整。本文研发的装置频率在 0.000 01 Hz～1 MHz，可以很好地完成阻抗波形图谱的测量。
2.2 交流阻抗测试与直流阻抗测试的区别
从测量原理而言，在导电回路中测量导电阻抗波形图谱与在电子学中测量电子部件的阻抗波形图谱并没有本质区别。为了避免交流导电回路受到旁路感应、直流量、电磁场的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可以设在2～20 V 之间。用二次回路阻抗波形图谱方法可以很**地测定电信号体系处于某一状态时的交流电阻抗波形图谱；而用直流电源电量测量导电回路，由于电容隔直流通交流的特性，无法考虑交变电容量所产生的电流和电位阶跃中的暂态，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这正是交变信息阻抗波形图谱的长项，也正是交流信号测量的意义所在。
3 开发过程信号源的参数研究
交流阻抗测试装置首先要产生一个交流信号源，基于便携式需要，交流的信号源电路需要利用装置内置的蓄电池，将直流电转成可交变的电源信号，通过测量这个交变的电流信号，直接读取出二次回路的交流信号。如何选择这种交变电流信号的频段、电流幅度及特征以适应现场测量，是开发时需要考虑的关键点。
3.1 测量所用交变信号频段的选择
在交变的回路阻抗波形图谱中，常以对数方式描述回路阻频率变化，这样可使阻抗波形图谱显得紧凑而又不失各种特征。在相对对数坐标体系上，习惯以 10 为基数，在幅频特性和相频特性中频率是自变量；在阻抗复平面和导纳复平面中频率是参变量，以 10 的基数作为倍数关系，将频率变化 10倍的频率范围称为一个频段，每一个频段中都设有频点，频点可以较**地表述二次回路电流流体过程的体系阻抗能力特征；由于需要在较宽的频率范围内对其进行测量，所以一般需要几十种频率。测量每一个频点将获得一组测量值，将正弦波持续一个完整周期所形成的波形称为一个周波。在交流信号的稳态测量中，测量时间越长，信噪比越高。因此，将某个频点的周波数设得多一些，该频点的测量数据就会更**一些，当然，相应的测量时间也将变得长一些。将起始频率设成高频，终止频率设成低频，则在测量过程中可较早地看到阻抗波形图谱的全貌。
3.2 测量所用交变信号振幅的选择
正弦交流激励信号的幅度、运行时间、起始频率、终止频率、采样的频点数量、每个频点、周波数等参数与装置息息相关。从二次回路阻抗体系状态以非线性失真、运行时间、偏置电位的角度考虑，交流振幅越小越好；从电子测量所需的信噪比角度考虑，交流振幅越大越好。常用的信号源振幅以 2 mV～20 V 比较合适。为了便于信号分析，常把交直流混合信号看成是由一个交流信号和一个直流信号叠加组成的，产生一个 1 A 和 5 A 的交流恒流信号源。2 mV～20 V 的幅度通常不会破坏二次回路阻抗体系的原有状态，而且，正弦锁相放大器及正弦相关检测器中可以将常见的电化学噪声和环境噪声抑制掉。大多数二次回路阻抗的测量是在开路电位条件下进行的，由于二次回路阻抗体系的开路电位很难用理论公式**计算，需要实测得到，因此，在进行二次回路阻抗波形图谱测量之前，要先测得导体系统处于稳态时的开路电位，再通过计算机直接测量得到所测试的二次回路阻抗。
4 测量信号的提取与量程的研究
当交变的测量信号注入到被测的二次回路后，需要快速采样到测试信号在回路阻抗作用下的电压、电流特征。整个波形过程需依靠参数的选择来保证测量精度，特别是需要在短路状态下与电阻阻抗较大时的高精度测量，所以在传感器参数的选择上需特别考虑电流信号的全范围采样与处理。
4.1 电流信号量程的选择
在二次回路阻抗波形图谱测量过程中，可能有短路状态和高阻抗状态，随时需要调节测量频率和幅度，并随阻抗变化需要大范围调节测量量程，二次回路阻抗数值变化很大，通常可达几个数量级差。整个测量过程中，设备需要有 5 个自动量程供自动判定选择。
4.2 电压采样传感器的选择
阻抗回路电路的电压测量不能影响回路阻抗，其输入级必须为高阻抗电压信号，通常只有采用有源电压传感器和后端加上跟随器输出才能满足要求，普通电压表的阻抗通常为 1～6 Ω。在应用上，对于阻抗极高的被测电路，只有采用高阻电压传感器才能准确测定其开路电位。高阻电压传感器的输入阻抗高达 100 Ω 以上，并且可满足交流阻抗法的高频需求以及全范围阻抗的扫描。
4.3 零阻抗电流传感器的选择
测量过程常会有零阻抗回路，所以在设计时需要考虑零阻抗时的大电流传感器的选择。这种大电流传感器必定是有源传感器，对被测电路而言，零阻电流传感器相当于短路，它通过运放的负反馈作用使电流流过传感器形成的电压降趋于零。对于低电压低阻抗的被测电路，只有采用零阻电流传感器才能**测定。低频零阻电流传感器易于实现，当工作频率较高时，器件的高频特性将明显制约零阻电流传感器的性能。通过特别设计，零阻电流传感器能够在 10 MSPS 确保交流阻抗法中的幅度及相位的**测定。为了便于全范围测量交流阻抗，更好地了解交流阻抗测量方法，采用计算机进行仿真，见图 1。
5 装置电路设计的要点
电力系统采用的电流互感器是个特殊形式的变换器，它的二次电流正比于一次电流，因其二次回路的负载阻抗很小，一般仅几个欧姆，故二次工作电压也很低。当二次回路阻抗大时，二次电压也变大；当二次回路开路时，一次侧电压很高，二次电压将上升到危险的幅值，这不但会影响电流传变的准确度，而且可能损坏二次回路的设备，烧毁元件，所以开发时还需要考虑应用于电流互感器测量的专用防高压电路，尽量保持采样电压范围。
1）装置电路。整个测试仪包括了标准信号发生器、校准电路、电压采样、电流采样等，电路图见图 2。
2）恒流源电流电路。标准信号发生器所产生的恒流源电流电路见图 3。理想状态下，由正常的测量电流 Ii 和输出电阻 Ro 组成，恒流电流源的输出电流 Ii=Iro+IL，如果当 Ro 阻值为无穷大，此时流过 Ro 的电流 Iro 等于零，即负载电阻 RL 所产生的电流 IL 在任何值时，IL= Ii，也就是信号源产生的恒流
电流。事实上 Ro 不可能等于无穷大，但 Ro 越大，IL越接近 Ii，电源的稳流性能越好。
从欧姆定律可知 R 越小，恒流源电压的变化对IL 的影响越小，电源的稳流性能越好。由电阻阻抗可知，当 Ro→∞，IL→0，电源的稳定性越好。从图4 可知，只要在 U＋端和 U-端之间接一只偏置电阻Rset，就能不用独立电源形成一个两端理想电流的恒流源。改变 Rset 就能改变恒流电源值 Iset，电流源两端工作电压可从 1～20 V，其电流调整率可达0.02%。使用该仪器所测得的数据稳定可靠，通过该仪器能够快速获得二次回路*佳的工作状态，快速判定继电保护回路阻抗，显著提高了测量工作效率，能够满足现场要求。
综上所述，利用电压互感器和电流互感器把一次侧高压信号变换后通入电测仪表和继电保护装置中，可监视电网运行状态，及时排除电网故障。为保证运行参数的准确测量和继电保护装置正确动作，就需要一个对应的额定二次容量S2e （VA）或额定二次负载阻抗 Z2e （Ω）。例如，实际工作过程中，电流互感器只有当二次实际阻抗 Z2满足 0.2Z2e≤Z2≤Z2e 时，电流互感器才能达到其标称的准确级。如果 Z2＞Z2e，则电流互感器实际的准确级就会低于其标称值，这将会影响电测仪表指示和电能计量的准确性，严重时可能会造成继电保护装置误动或拒动，甚至造成系统事故，因此，有必要校核电流互感器的二次实际负载阻抗值是否在允许范围内。本产品的实现对开展继电保护二次回路阻抗的测试起到积极的作用，主要优点为体积小，方便携带，工作时不需外接市电，测试快速。
