直流耐压与工频耐压的取舍：电缆与电机的不同选择

一、为什么电缆和电机会走到两条路上

耐压试验做的事很朴素：给绝缘施加高于运行电压的应力，把藏在里面的缺陷逼出来。方法却有两套，一套加直流，一套加工频交流。现场选哪一套，看起来是设备问题，实际是被试对象的绝缘结构问题。电缆与电机正好给出两个相反的答案，把它们放在一起对照，规则才看得清楚。

先说差异的根源。绝缘介质里的电场分布，交流下由介电常数决定，直流下由电阻率决定。这两个参数不是同一回事，材料的介电常数在正常工作范围内相当稳定，电阻率却随温度与场强变化，也随老化程度变化。于是同一个绝缘结构，在交流电压下的电场分布和在直流电压下的电场分布可以是两副样子。交流运行时绝缘承受的应力分布，只有用交流电压才能复现，这是交流耐压在原理上的立足点。

直流耐压能长期存在，靠的是两个实打实的优点。其一，直流下没有持续的电容充电电流，试验电源只需供出微安级的泄漏电流，设备容量可以做得很小，体积和重量都降得下来，现场搬运和供电都轻松。其二，直流下能测到一个交流耐压给不出的量：泄漏电流，以及泄漏电流随电压等级、随加压时间的变化趋势。这个量对判断绝缘是否受潮、脏污或整体劣化很有价值。

问题出在另外两种材料上。交联聚乙烯这类挤包绝缘在直流电场下会积累空间电荷，电压撤去之后电荷并不立刻消散，残留在绝缘里的电荷会让局部电场发生畸变。后果有两层：试验当时可能顺利通过，投运后在交流电压叠加残余电荷的作用下提前击穿。也可能把原本细小的缺陷放大。GB 50150-2016 的条文说明里对这一点讲得很直接，见下一章。

把耐压试验放回绝缘诊断的整套流程里看，它的位置也更清楚。绝缘电阻、吸收比、极化指数、介质损耗因数、泄漏电流这些项目属于非破坏性试验，施加的电压不高，目的是判断绝缘是否受潮、脏污或整体劣化，一般不损伤绝缘。耐压试验属于破坏性试验，施加的倍数远高于运行电压，行便是通过，不行便当场击穿。两类项目有先后：非破坏性试验的结果不达标，耐压试验不该上，这条在 GB 50150-2016 的 7.0.3 里被写成了明文要求。直流耐压处在两者之间，它施加的电压高，属耐压范畴，却能给出泄漏电流这类过程量，这是它在电机侧被保留下来的又一个理由。

电机走的是另一条路。定子绕组的绝缘体系以环氧粉云母一类材料为主，结构上也不是电缆那种同轴的长距离均匀介质，空间电荷积累带来的问题不像挤包电缆那样突出。同时电机绕组的电容量不大，直流耐压设备容量小的优势在这里能充分发挥，而泄漏电流这个可测量的量在电机绝缘判断上又有明确用途。于是规程在电机上把两个项目都留了下来，一个测泄漏电流，一个考核耐受能力，各管一段。

二、直流和交流在绝缘里分别发生了什么

把两种电压下的物理过程拆开看，取舍的依据便不再是经验，而是可推导的结论。

交流电压下，绝缘内部各层的电场按介电常数分配。电缆的主绝缘、半导电层、附件界面各处的介电常数相对稳定，电场分布与运行工况一致，缺陷处在运行中承受多大应力，试验时便承受多大应力。这是交流耐压能反映运行状况的根本原因。代价是电源要持续供出电容电流，被试设备电容量越大，电源容量要求越高。一条长电缆的电容可达微法量级，工频下要把它顶到试验电压，电源容量相当可观，这也是现场改用变频谐振、超低频的原因。

直流电压下，电场按电阻率分配。电阻率随温度变化的幅度远大于介电常数，绝缘里温度稍不均匀，电场分布便会偏离设计值。更麻烦的是空间电荷：直流电场持续作用时，电荷在绝缘内部和界面处积累，形成与外加电场反向或同向的附加场。加压期间这个附加场改变实际场强分布，撤压后残留的电荷又成为新的场源。对挤包绝缘电缆而言，这一条已经被运行经验反复验证。

直流耐压的判读方式与交流耐压也不同。交流耐压看的是收尾结果：在规定电压和规定时间内有没有击穿、有没有闪络。直流耐压除了看击穿，还能看过程量：泄漏电流随电压等级是否成比例增长，随加压时间是否持续增大，各相之间的差值是否偏大。这些趋势比一次读数更能说明绝缘状态，也是直流耐压在电机上仍被保留的理由。

两种方法的另一处差别在设备侧。直流耐压设备轻便，对现场电源要求低，适合管廊、山区一类空间受限、电源条件差的地方。工频交流耐压设备笨重，长电缆试验时容量需求更大。近年变频串联谐振、超低频、振荡波一类交流方案把设备的体积和重量压了下来，这个差距已经不像过去那样悬殊，但它仍是选型时会被拿出来比较的一项。

表1 直流耐压和工频交流耐压的物理差异

三、电缆侧：橡塑电缆为什么不推荐直流

GB 50150-2016 第十七章电力电缆线路的条文说明，把这件事的来龙去脉讲得很完整，原文里有三层意思。

其一，原理层面。橡塑绝缘电力电缆采用直流耐压存在明显缺点，直流电压下的电场分布与交流电压下的电场分布不同，不能反映实际运行状况。

其二，国际依据。国际大电网会议第 21 研究委员会 CIGRE SC21 WG21.09 工作组报告，以及 IEC SC 20A 的新工作项目提案文件，均不推荐采用直流耐压试验作为橡塑绝缘电力电缆的竣工试验。

其三，运行经验。部分电缆在交接试验中直流耐压顺利通过，投运不久却发生绝缘击穿事故。正常运行的电缆被直流耐压试验损坏的情况也时有发生。

三条并列，结论便落在条文上：橡塑绝缘电力电缆应采用交流耐压试验。条文同时留了一道口子——对 U0 为 18 kV 及以下的橡塑电缆，由于在现行 IEC 标准中保留了直流耐压试验，在条件不具备的情况下允许采用直流耐压试验。这条口子的触发条件是「条件不具备」，不是「图省事」，把替代手段当成常规手段用，与条文的本意是相悖的。

条文说明还交代了术语范围，写方案时容易搞错：纸绝缘电缆指粘性油浸纸绝缘电缆和不滴流油浸纸绝缘电缆。橡塑绝缘电力电缆指聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘、乙丙橡皮绝缘电力电缆。纸绝缘电缆与橡塑电缆不共用一套判据，方案里要分开写。

超低频方法的进入也有明确出处。条文说明提到，现行 IEC 电缆标准已把「对电缆的导体与接地屏蔽之间施加有效值为 3U0 的 0.1 Hz 电压进行耐压 15 min」的方法，正式列为额定电压 U0 为 3.6 kV 至 18 kV 的安装后电气试验方法选项之一，GB 50150-2016 也补充采用了这一试验方法。这正是 0.1 Hz 超低频耐压在交接试验里的依据位置——它是交流耐压这一路里的具体实现形式，不是第三条路。

条文说明另有一处值得注意：考虑到局部放电现场测试技术的发展和部分单位的实践经验，增加了条件具备时 66 kV 及以上橡塑绝缘电力电缆线路可进行现场局部放电试验的要求。耐压之外再叠一层局放检测，检出的是另一类缺陷。

四、电机侧：直流耐压和工频耐压是并列两项

翻开 GB 50150-2016 第 7 章交流电动机，7.0.1 列出的试验项目里既有「定子绕组的直流耐压试验和泄漏电流测量」，也有「定子绕组的交流耐压试验」。两项并列，不是二选一。这与电缆侧的替代关系是根本差别，写方案时不能套用同一套逻辑。

直流耐压这一项见 7.0.5，规定有三层。适用对象：1000 V 以上及 1000 kW 以上、中性点连线已引出至出线端子板的定子绕组应分相进行。试验电压：应为定子绕组额定电压的三倍。判读：在规定的试验电压下，各相泄漏电流的差值不应大于其中较小值的百分之一百。当峰值泄漏电流在 20 微安以下，根据绝缘电阻值和交流耐压试验结果综合判断为良好时，可不考虑各相间差值。中性点连线未引出的可不进行此项试验。

交流耐压这一项见 7.0.6，按表 7.0.6 取电压：额定电压 3 kV 对应试验电压 5 kV，6 kV 对应 10 kV，10 kV 对应 16 kV。

两项之外还有配套条件。7.0.3 明确，进行交流耐压试验时，绕组的绝缘应满足绝缘电阻与吸收比的要求，即顺序不能颠倒，绝缘尚未达标便上交流电压属违规操作。7.0.2 给出免做范围：电压 1000 V 以下且容量 100 kW 以下的电动机，可按 7.0.1 条的部分项目进行试验，不必走完耐压流程。7.0.4 则管绕组直流电阻，各相差别不应超过其中较小值的百分之二。

发电机部分在 4.0.5 与 4.0.6，内容比电动机更细。4.0.5 规定试验电压为电机额定电压的三倍，且试验电压应按每级 0.5 倍额定电压分阶段升高，每阶段停留 1 分钟并记录泄漏电流。泄漏电流的判据是各相差别不大于其中较小值的百分之一百（20 微安以下可不考虑），泄漏电流不应随时间延长而增大，随电压不成比例地显著增长时应及时分析。规程还写明氢冷电机应在充氢前进行试验，严禁在置换氢过程中进行。水内冷电机试验时宜采用低压屏蔽法，汇水管死接地的电机现场可不进行该项试验。4.0.6 规定定子绕组交流耐压试验电压按表 4.0.6 取值，并给出一条现场很实用的出口：大容量发电机交流耐压试验，当工频交流耐压试验设备不能满足要求时，可采用谐振耐压代替。

五、取舍逻辑的逐项对照

把两个对象放在一起，取舍规则可以压缩成几条可执行的判断。

先看绝缘类型。橡塑挤包绝缘电缆优先选交流，直流仅在 U0 为 18 kV 及以下且条件不具备时作替代。纸绝缘电缆不受这条限制，直流与交流均可按规程选用。电机绕组不存在挤包绝缘的空间电荷问题，直流耐压得以保留，但它保留的目的是测泄漏电流，不是替代交流耐压。

再看项目关系。电缆侧两个方法是替代关系，选了交流便不必再做直流，做了直流也不能当作交流验证已经完成。电机侧两个方法是并列关系，交接试验与预防性试验都要排进作业清单，做完直流耐压再上交流耐压，顺序不能颠倒。

再看判据形态。电缆侧交流耐压的判据是规定时间内无击穿、无闪络。直流耐压若被采用，监视的是泄漏电流。电机侧直流耐压给的是泄漏电流的数值与趋势，交流耐压给的是通过与否的结论，两个结果合起来才构成完整判断。

再看设备选型。电缆长、电容大，工频直接加压的容量需求高，现场多用变频串联谐振、超低频或振荡波来实现交流耐压。电机电容量小，工频耐压设备的容量压力不大，规程对交流耐压的电源频率也写得很明确，DL/T 596-2021 表 4 注明试验电源频率为工频，工频交流耐压频率范围为 45 Hz 至 55 Hz。

表2 电缆与电机在耐压方法上的取舍对照

六、交接和预防性两套口径怎么接

同一个对象在交接试验和预防性试验里，口径并不一样，方案里要写清依据的是哪一本。

交接试验执行 GB 50150-2016。电缆侧按第十七章，橡塑绝缘电缆采用交流耐压试验，U0 为 18 kV 及以下且条件不具备时允许直流替代，0.1 Hz 超低频方法已被补充采用。电机侧按第 7 章，7.0.5 的直流耐压与 7.0.6 的交流耐压都要排，7.0.2 给出小容量低压电动机的免做范围，7.0.3 规定交流耐压的前提条件。发电机侧按 4.0.5 与 4.0.6 执行。

预防性试验执行 DL/T 596-2021。交流电动机的试验项目与周期、要求都写在表 4 里，直流耐压一项的周期是 A 级检修时与更换绕组后，试验电压为：全部更换绕组时取三倍额定电压，大修或局部更换绕组时取 2.5 倍额定电压。泄漏电流相间差别不宜大于其中较小值的百分之一百，泄漏电流在 20 微安以下者不作规定。1000 V 以下电机可不进行该试验。交流耐压一项的周期是 A 级检修后与更换绕组后，试验电压为：大修时不更换或局部更换定子绕组后取 1.5 倍额定电压且不低于 1000 V，全部更换定子绕组后取二倍额定电压加 1000 V 且不低于 1500 V。

预防性试验这一侧的清单也值得完整抄一遍。DL/T 596-2021 表 4 把交流电动机的试验项目与周期、要求排成一张表，作业时照着排即可。首项测绕组的绝缘电阻与吸收比，500 kW 及以上的电动机应测吸收比或极化指数，环氧粉云母绝缘的吸收比不应小于 1.6、极化指数不应小于 2.0。3000 V 以下的电动机使用 1000 V 绝缘电阻表，3000 V 及以上者使用 2500 V 表。第二项测绕组直流电阻，周期不超过两年（1000 V 及以上或 100 kW 及以上）、A 级检修时及必要时。第三项是定子绕组泄漏电流和直流耐压，第四项是定子绕组交流耐压，两项的周期与判据见前文。末两项分别针对绕线式电动机转子绕组、同步电动机转子绕组的交流耐压。整张表读下来是一条清晰的主线：先做不施加高压的判断，再做带过程量的直流耐压，末了才上交流耐压。

表4 DL/T 596-2021 表 4 中交流电动机的项目与周期

两本规程在电机侧的数字不一样，这不是矛盾，是场景不同。交接试验面对的是新安装设备，取三倍额定电压。预防性试验面对的是已运行设备，按检修深度分级取 2.5 倍或 1.5 倍。写方案时把阶段写清楚，便不会出现拿预防性试验的电压去做交接验收，或者反过来。

表3 电机侧两套口径的对照

七、现场常见的七个问题

1、橡塑电缆能不能图省事用直流耐压

不建议。GB 50150-2016 的条文说明给出三条理由：电场分布与交流不同、国际文件不推荐、运行经验中已有直流耐压通过后投运击穿和被直流耐压损坏的案例。条文留的口子只针对 U0 为 18 kV 及以下且条件不具备的情形，属于替代手段，不该常态化使用。

2、直流耐压通过后为什么还会击穿

空间电荷是主因。直流电场下电荷在绝缘内部和界面处积累，撤压后残留电荷形成附加场，投运后与交流电压叠加，局部场强被抬高。条文说明里「投运后不久发生绝缘击穿事故」指的正是这一类。

3、电机为什么两项都要做

两项给的信息不同。直流耐压给的是泄漏电流的数值与变化趋势，反映的是绝缘是否受潮、脏污或整体劣化。交流耐压考核的是耐受能力，结果是能否继续运行。GB 50150-2016 的 7.0.1 把两项都列进试验项目，DL/T 596-2021 表 4 也是两项并存，没有互相替代的关系。

4、交流耐压能不能先做

不能。7.0.3 明确，进行交流耐压试验时绕组的绝缘应满足绝缘电阻与吸收比的要求。顺序是绝缘电阻、直流耐压、交流耐压，前一项不达标便上后一项，等于把不该承受的应力加到有缺陷的绝缘上。

5、长电缆工频加压容量不够怎么办

GB 50150-2016 的 4.0.6 里给发电机的出口是改用谐振耐压，这一思路在电缆侧同样是现场通行的做法。变频串联谐振、0.1 Hz 超低频、振荡波都属于交流耐压这一路的具体实现，条文说明还写明 0.1 Hz 加 3U0 保持 15 分钟已被补充采用。

6、泄漏电流差值偏大说明什么

要看数值区间。规程规定各相泄漏电流的差值不应大于其中较小值的百分之一百，峰值泄漏电流在 20 微安以下且综合判断良好时可不考虑相间差值。差值偏大往往指向某一相存在局部缺陷或受潮，宜结合绝缘电阻与历史数据一起判断，并观察泄漏电流是否随加压时间持续增大。

7、直流耐压做完可以直接投运吗

现场有过这样的情形：直流耐压报告上写着合格，电缆投运不到半年却在一次操作过电压后击穿，回头查不到施工缺陷，只剩下当初那份合格的直流报告。条文说明里提到的正常运行的电缆被直流耐压试验损坏，指的正是这一类。因此电缆侧做完直流耐压不能直接投运，需要先评估绝缘状态，即便判定通过，也宜按规程逐级降压并充分放电，避免残余电荷带来人身伤害与运行电场畸变的风险。电机侧则要看直流耐压之后交流耐压是否也通过，两项都通过才算完成该阶段的绝缘考核。

八、结语和北京康高特（KGT）的产品落地

直流耐压与工频耐压的取舍，不是两台设备之间的比较，它由绝缘材料决定，也由项目关系与规程阶段共同决定。电缆侧因为挤包绝缘的空间电荷问题，把直流耐压从常规手段降为受限的替代手段。电机侧因为绝缘体系与电容量都不同，把直流耐压保留为测泄漏电流的常规项目，与工频耐压并列。方案里把对象和阶段写清楚，方法的选择便没有多少模糊空间。

落到设备上，有一条原则很重要：电源由被试对象与规程要求决定，不由仪器决定。同一台耐压设备可能同时具备交流输出和直流输出，能不能用直流，取决于对面接的是橡塑电缆还是电机绕组，取决于这一阶段是交接还是预防性试验，与设备本身能提供什么波形无关。

北京康高特（KGT）代理的 MEGGER VLF CR-60HP 余弦方波电缆耐压试验系统，输出电压为 0 至 60 千伏峰值，支持余弦方波与正弦波两种波形，默认工作频率 0.1 Hz，可向下兼容 0.05 Hz 与 0.02 Hz 两档低频。带载容量在 0.1 Hz 下为 3 微法，0.05 Hz 下为 6 微法，0.02 Hz 下为 15 微法。电压测量误差不大于正负百分之三，泄漏电流测量范围 0 至 1000 微安、误差不大于正负百分之五。防护等级 IP54，支持交流与直流两种供电方式，可覆盖 35 kV 及以下交联聚乙烯、油纸、橡胶绝缘电缆的耐压试验，也可用于避雷器、绝缘子一类设备的低频耐压测试。该设备具备直流输出模式，可对电缆和开关设备做直流测试，但在橡塑电缆上是否启用直流，仍应按前文的三条理由判断。

同为超低频方案的 MEGGER VLF Sine 45kV 电缆测试仪输出 0 至 45 千伏连续可调的峰值正弦波，频率同样支持 0.1 Hz、0.05 Hz、0.02 Hz 三档，带载能力上限为 10 微法，并集成了超低频耐压、介质损耗测量、局部放电检测三项功能，电压测量误差不大于正负百分之二，介损测量分辨率 0.001%，局放检测灵敏度可达 5 皮库，防护等级 IP54。耐压之外顺便把介损和局放一起测掉，对需要评估绝缘老化程度的线路更划算。

电机侧则是另一套组合。北京康高特（KGT）自研的孟德多源局部放电检测仪可与超低频电压源、工频电压源、串联谐振电压源搭配使用，官方标明的检测对象包含电力电缆与电机，在电机定子绕组上的定位精度为 5 毫米以内，局放检测范围为 0.1 皮库至 10000 皮库。它提供的是加压之后的缺陷识别与定位能力，耐压电源仍按规程与被试对象另行配置。需要说明的是，MEGGER 的 VLF 产品线面向电缆线路，不覆盖电机绕组的耐压试验。电机侧按 GB 50150-2016 第 7 章与 DL/T 596-2021 表 4 执行，工频耐压与直流耐压两项都要排进作业清单。把这条边界写进方案，选型时才不会张冠李戴。

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