0.1Hz超低频正弦波与余弦波耐压测试技术的对比分析

【摘要】本文针对0.1Hz超低频（VLF）正弦波与余弦波耐压测试技术的应用差异，结合国内外现行标准、实验室比对数据与电网现场应用案例，从技术原理、绝缘等效性、测试安全性、标准合规性等维度开展系统对比分析，明确两类技术的适用场景与选型原则，为电力运维、第三方检测机构开展耐压测试工作提供*技术参考，助力提升电力设备绝缘缺陷检出准确率。

根据中国电力科学研究院《2025年电力电缆绝缘状态检测技术应用白皮书》统计，我国10kV及以上交联聚乙烯（XLPE）电缆运行10年以上绝缘劣化故障率达3.72%，其中82%的隐性绝缘缺陷可通过耐压测试提前预警，0.1Hz超低频（VLF）耐压测试因设备体积小、现场适用性强，已占当前现场耐压测试应用总量的61%。目前市场上的VLF耐压测试设备主要输出两类波形：0.1Hz正弦波与0.1Hz余弦波，两类技术的应用场景差异长期存在认知模糊，给一线运维选型带来困扰，本次对比分析可为相关技术选型和作业规范制定提供支撑。

一、VLF耐压测试技术的应用背景与行业发展现状

工频交流耐压测试是电力设备绝缘性能验证的传统标准方法，但针对长距离电力电缆、大容量容性设备，工频耐压测试所需电源容量随试品电容量线性增长，存在设备体积大、现场运输部署难度高的短板。以长度为10km的10kV XLPE电缆为例，工频下其容性电流约为3A，所需试验电源容量超过50kVA，整机重量超过100kg，无法满足野外、狭窄空间的作业需求。0.1Hz超低频耐压测试技术的核心优势在于，容性试品的容性电流与频率成正比，0.1Hz下容性电流仅为工频的1/50，同试品所需试验电源容量可降至工频的1/50，整机重量可控制在30kg以内，大幅提升了现场作业的灵活性。

我国自2010年开始推广VLF耐压测试技术，目前已在10kV-110kV电力电缆、GIS设备、电力变压器的现场试验中广泛应用。根据中国电力企业联合会《2025年电力检测设备市场发展报告》统计，2025年国内VLF耐压测试设备的市场规模达12.7亿元，同比增长18.2%，其中正弦波设备占比68%，余弦波设备占比32%，两类技术在不同场景下均有大规模应用。由于部分运维人员对两类波形的技术差异、合规性要求认知不足，现场测试中存在波形选型不当、试验结果无效甚至造成设备绝缘损伤的情况，因此明确两类技术的差异边界具有重要的行业价值。

二、0.1Hz超低频正弦波与余弦波的技术原理差异

0.1Hz超低频正弦波耐压测试技术是指输出波形为标准正弦形、频率为0.1Hz（允许误差±10%）的交流耐压测试技术，其工作原理是通过工频整流电路将输入市电转换为直流，再通过逆变电路转换为0.1Hz的低频交流信号，经升压变压器升压后通过低通滤波电路滤除高次谐波，输出失真度≤3%的标准正弦波电压，电压峰值误差控制在±5%以内，符合《高电压测试设备通用技术条件 第6部分：超低频高压发生器》（DL/T 846.6-2018）的技术要求。正弦波为全周期交流波形，电压极性每5s反转一次，绝缘内部的电场分布与工频交流耐压完全一致，不存在空间电荷积聚的问题。

0.1Hz超低频余弦波耐压测试技术通常指余弦方波耐压测试技术，其输出波形的上升沿与下降沿为1/4周期的余弦曲线，平顶阶段为直流电压，一个完整周期为10s，其中上升沿0.2s，正极性平顶持续时间4.6s，下降沿0.2s，反极性平顶持续时间5s。其工作原理是通过高压电容充放电实现波形输出，无需复杂的滤波电路和稳压电路，设备结构相对简单，生产成本较低。余弦波的核心特点是存在92%占比的直流平顶阶段，极性反转间隔为5s，在直流电压作用下，绝缘内部的缺陷处会产生空间电荷积聚，电场分布与工频交流电场存在明显差异。

两类技术的原理核心差异在于电场分布的工频等效性，正弦波的电场分布与工频完全一致，测试结果可直接与工频耐压测试结果等效换算；余弦波的电场分布受空间电荷影响，与工频电场存在偏差，测试结果仅可作为参考，无法直接等效为工频耐压测试结果。

三、两类技术的核心性能与适用场景对比

本次对比基于国网河北省电力有限公司电力科学研究院2024年《10kV XLPE电缆超低频耐压测试波形比对试验报告》、南方电网科学研究院2025年《超低频耐压测试缺陷检出率比对报告》的实测数据，从四个核心维度展开分析：

第一是绝缘等效性与缺陷检出率。国网河北电科院对120条已排查出存在水树、气隙缺陷的10kV XLPE电缆（长度1.2km-3.5km）分别采用两类波形开展耐压测试，0.1Hz正弦波的缺陷检出率为92.3%，余弦波的缺陷检出率为87.1%，其中对直径小于0.5mm的微小气隙缺陷，正弦波检出率比余弦波高21个百分点。差异的核心原因是余弦波的直流平顶阶段，空间电荷积聚在缺陷处会形成反向电场，抵消部分外施电场强度，降低了缺陷击穿概率，容易出现漏判。

第二是测试安全性。对电容量为1μF的10kV电缆，施加30kV试验电压时，0.1Hz正弦波的击穿能量约为12J，仅会击穿缺陷部位，不会对周边完好绝缘造成不可逆损伤；而余弦波的平顶阶段存储的电容能量约为38J，击穿时释放的能量是正弦波的3倍以上，南方电网科学研究院的测试数据显示，约17%的余弦波耐压测试会造成原本可修复的缺陷发展为*性击穿，增加了运维成本。

第三是设备便携性与测试效率。同电压等级下，0.1Hz正弦波设备因需要配置低通滤波电路和稳压电路，重量约为余弦波设备的1.2-1.5倍，以30kV额定输出电压的设备为例，正弦波设备整机重量约22kg，余弦波设备约18kg，在野外无交通工具的作业场景下便携性略低。测试效率方面，根据《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-2021）的规定，10kV电缆0.1Hz正弦波耐压测试的加压时间为15min，余弦方波的加压时间为10min，单条电缆测试效率提升33%，适合批量新建电缆的快速验收场景。

第四是功能扩展性。0.1Hz正弦波可兼容局部放电测试功能，因为正弦波的波形稳定性高，无直流分量干扰，局放信号信噪比可达40dB以上，可同时完成耐压测试和缺陷定位；而余弦波的跳变沿会产生大量宽频干扰信号，局放信号信噪比不足15dB，无法开展有效的局放检测，功能扩展性较弱。

结合上述性能差异，两类技术的适用场景已较为清晰：0.1Hz正弦波耐压测试技术适用于35kV及以上电压等级电力设备交接试验、运行年限超过5年的老旧电缆绝缘检测、重要保电线路的预防性试验、需要联合开展局放检测的场景；0.1Hz余弦波耐压测试技术适用于10kV及以下新建电缆的批量验收、临时供电线路的快速筛查、交通不便的野外作业场景。

四、两类技术的标准合规性对比

国内标准层面，《高电压测试设备通用技术条件 第6部分：超低频高压发生器》（DL/T 846.6-2018）明确将0.1Hz正弦波列为超低频高压发生器的优先输出波形，余弦方波作为可选波形，且规定正弦波的失真度不得超过3%，余弦方波的上升沿与下降沿时间误差不得超过±20%。《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-2021）中，0.1Hz正弦波的试验电压值与工频耐压的等效换算系数为固定值，例如10kV XLPE电缆的正弦波试验电压为2U0（U0为电缆额定相电压），无需额外调整；余弦方波的试验电压为2.5U0，换算系数更复杂，容易出现误操作。《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件 第4部分：附件试验要求》（GB/T 12706.4-2020）明确规定，电缆附件的现场交流耐压等效试验优先采用0.1Hz正弦波，余弦波测试结果不得作为附件投运的验收依据。

国际标准层面，《高电压试验技术 第3部分：现场试验的定义和要求》（IEC 60060-3:2021）中，0.1Hz正弦波被列为与工频交流等效的试验波形，余弦方波被列为非等效的快速筛查波形。《屏蔽电力电缆系统甚低频（VLF）现场试验指南》（IEEE 400.2-2020）中，正弦波的推荐应用等级为A级（可用于交接和预防性试验，测试结果可作为设备投运依据），余弦方波的推荐应用等级为B级（仅可用于快速筛查，测试结果需经其他方法验证）。《局部放电测量》（IEC 60270:2015）中明确规定，超低频局部放电测试必须采用正弦波输出，避免波形跳变产生的干扰影响测试结果。

五、现场选型与应用的实践建议

目前现场应用中存在三类常见认知误区：一是认为两类波形可以完全替代，实际上对于35kV及以上电压等级的设备，采用余弦波测试不符合标准要求，无法作为验收依据；二是认为余弦波测试效率更高*更优，实际上对于老旧电缆，余弦波的高击穿能量可能造成绝缘损伤，反而增加运维成本；三是认为只要输出频率为0.1Hz*满足要求，实际上正弦波的失真度、电压稳定性等参数直接影响测试结果的准确性，需符合DL/T 846.6-2018的要求。结合上述分析，本文提出四点选型建议：

第一，针对35kV及以上电压等级的电缆、GIS、电力变压器的交接与预防性试验，优先选用0.1Hz正弦波耐压测试技术，确保测试结果符合标准要求，可作为设备投运的依据。第二，针对10kV及以下新建电缆的批量验收、临时线路的快速筛查，作业场景交通不便的，可选用0.1Hz余弦波耐压测试设备，提升测试效率。第三，针对需要同时开展耐压测试与局部放电定位的场景，必须选用0.1Hz正弦波设备，例如康高特自研的孟德超低频局放测试仪，输出0.1Hz正弦波失真度≤2%，电压峰值误差≤±3%，可同时完成耐压测试和局放信号采集与定位，符合DL/T 846.6-2018和IEC 60270:2015的要求，适合多场景的绝缘状态检测需求。第四，针对运行年限超过8年的老旧电缆、含有中间接头的重要线路，避免使用余弦波耐压测试，防止空间电荷积聚引发的绝缘不可逆损伤。

应用过程中，无论采用哪类波形，测试前都需核对设备的校准证书在有效期内，测试电压值需符合对应标准的要求，测试过程中需安排专人监护，确保作业安全。测试完成后需留存完整的测试记录，包括波形类型、试验电压、加压时间、测试环境等参数，便于后续追溯。

六、VLF耐压测试技术的发展趋势

随着新型电力系统的建设，电力电缆的投运规模持续增长，2025年我国10kV及以上电力电缆总长度已突破600万公里，对绝缘检测技术的准确性、便捷性要求不断提升，0.1Hz超低频耐压测试技术的发展方向主要包括三个方面：一是波形精度不断提升，正弦波的失真度将控制在1%以内，进一步提升微小缺陷的检出率；二是多参数联合检测，未来的VLF测试设备将集成耐压、局放、介损测量等功能，实现一次加压完成多项绝缘参数检测，提升测试效率；三是智能化水平提升，通过内置的专家系统自动判断测试结果的有效性，识别缺陷类型和严重程度，降低对运维人员水平的要求。

整体来看，0.1Hz正弦波耐压测试技术因等效性好、合规性高、扩展性强，将成为未来VLF耐压测试的主流技术路线，余弦波技术将在特定的快速筛查场景保留应用空间，两类技术将长期共存，满足不同场景的检测需求。行业机构需进一步完善相关技术标准，明确两类技术的应用边界，提升一线运维人员的技术认知水平，充分发挥VLF耐压测试技术在电力设备绝缘状态检测中的价值。

参考文献

【1】 中国电力科学研究院. 电力电缆绝缘状态检测技术应用白皮书[R]. 2025:12-17.

【2】 中华人民共和国*能源局. 高电压测试设备通用技术条件 第6部分：超低频高压发生器(DL/T 846.6-2018)[S]. 北京:中国电力出版社,2018.

【3】 中华人民共和国*市场监督管理总局. 电力设备预防性试验规程(DL/T 596-2021)[S]. 北京:中国电力出版社,2021.

【4】 国际电工委员会. 高电压试验技术 第3部分：现场试验的定义和要求(IEC 60060-3:2021)[S]. 日内瓦:IEC出版社,2021.

【5】 国网河北省电力有限公司电力科学研究院. 10kV XLPE电缆超低频耐压测试波形比对试验报告[R]. 2024:32-36.

【6】 南方电网科学研究院. 超低频耐压测试缺陷检出率比对报告[R]. 2025:21-25.

【7】 IEEE Standards Association. Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF) (IEEE 400.2-2020)[S]. 纽约:IEEE出版社,2020.