【摘要】本文針對0.1Hz超低頻（VLF）正弦波與余弦波耐壓測試技術的應用差異，結合國內外現行標準、實驗室比對數據與電網現場應用案例，從技術原理、絕緣等效性、測試安全性、標準合規性等維度開展系統對比分析，明確兩類技術的適用場景與選型原則，為電力運維、第三方檢測機構開展耐壓測試工作提供*技術參考，助力提升電力設備絕緣缺陷檢出準確率。

根據中國電力科學研究院《2025年電力電纜絕緣狀態檢測技術應用白皮書》統計，我國10kV及以上交聯聚乙烯（XLPE）電纜運行10年以上絕緣劣化故障率達3.72%，其中82%的隱性絕緣缺陷可通過耐壓測試提前預警，0.1Hz超低頻（VLF）耐壓測試因設備體積小、現場適用性強，已占當前現場耐壓測試應用總量的61%。目前市場上的VLF耐壓測試設備主要輸出兩類波形：0.1Hz正弦波與0.1Hz余弦波，兩類技術的應用場景差異長期存在認知模糊，給一線運維選型帶來困擾，本次對比分析可為相關技術選型和作業規范制定提供支撐。

一、VLF耐壓測試技術的應用背景與行業發展現狀

工頻交流耐壓測試是電力設備絕緣性能驗證的傳統標準方法，但針對長距離電力電纜、大容量容性設備，工頻耐壓測試所需電源容量隨試品電容量線性增長，存在設備體積大、現場運輸部署難度高的短板。以長度為10km的10kV XLPE電纜為例，工頻下其容性電流約為3A，所需試驗電源容量超過50kVA，整機重量超過100kg，無法滿足野外、狹窄空間的作業需求。0.1Hz超低頻耐壓測試技術的核心優勢在于，容性試品的容性電流與頻率成正比，0.1Hz下容性電流僅為工頻的1/50，同試品所需試驗電源容量可降至工頻的1/50，整機重量可控制在30kg以內，大幅提升了現場作業的靈活性。

我國自2010年開始推廣VLF耐壓測試技術，目前已在10kV-110kV電力電纜、GIS設備、電力變壓器的現場試驗中廣泛應用。根據中國電力企業聯合會《2025年電力檢測設備市場發展報告》統計，2025年國內VLF耐壓測試設備的市場規模達12.7億元，同比增長18.2%，其中正弦波設備占比68%，余弦波設備占比32%，兩類技術在不同場景下均有大規模應用。由于部分運維人員對兩類波形的技術差異、合規性要求認知不足，現場測試中存在波形選型不當、試驗結果無效甚至造成設備絕緣損傷的情況，因此明確兩類技術的差異邊界具有重要的行業價值。

二、0.1Hz超低頻正弦波與余弦波的技術原理差異

0.1Hz超低頻正弦波耐壓測試技術是指輸出波形為標準正弦形、頻率為0.1Hz（允許誤差±10%）的交流耐壓測試技術，其工作原理是通過工頻整流電路將輸入市電轉換為直流，再通過逆變電路轉換為0.1Hz的低頻交流信號，經升壓變壓器升壓后通過低通濾波電路濾除高次諧波，輸出失真度≤3%的標準正弦波電壓，電壓峰值誤差控制在±5%以內，符合《高電壓測試設備通用技術條件 第6部分：超低頻高壓發生器》（DL/T 846.6-2018）的技術要求。正弦波為全周期交流波形，電壓極性每5s反轉一次，絕緣內部的電場分布與工頻交流耐壓完全一致，不存在空間電荷積聚的問題。

0.1Hz超低頻余弦波耐壓測試技術通常指余弦方波耐壓測試技術，其輸出波形的上升沿與下降沿為1/4周期的余弦曲線，平頂階段為直流電壓，一個完整周期為10s，其中上升沿0.2s，正極性平頂持續時間4.6s，下降沿0.2s，反極性平頂持續時間5s。其工作原理是通過高壓電容充放電實現波形輸出，無需復雜的濾波電路和穩壓電路，設備結構相對簡單，生產成本較低。余弦波的核心特點是存在92%占比的直流平頂階段，極性反轉間隔為5s，在直流電壓作用下，絕緣內部的缺陷處會產生空間電荷積聚，電場分布與工頻交流電場存在明顯差異。

兩類技術的原理核心差異在于電場分布的工頻等效性，正弦波的電場分布與工頻完全一致，測試結果可直接與工頻耐壓測試結果等效換算；余弦波的電場分布受空間電荷影響，與工頻電場存在偏差，測試結果僅可作為參考，無法直接等效為工頻耐壓測試結果。

三、兩類技術的核心性能與適用場景對比

本次對比基于國網河北省電力有限公司電力科學研究院2024年《10kV XLPE電纜超低頻耐壓測試波形比對試驗報告》、南方電網科學研究院2025年《超低頻耐壓測試缺陷檢出率比對報告》的實測數據，從四個核心維度展開分析：

第一是絕緣等效性與缺陷檢出率。國網河北電科院對120條已排查出存在水樹、氣隙缺陷的10kV XLPE電纜（長度1.2km-3.5km）分別采用兩類波形開展耐壓測試，0.1Hz正弦波的缺陷檢出率為92.3%，余弦波的缺陷檢出率為87.1%，其中對直徑小于0.5mm的微小氣隙缺陷，正弦波檢出率比余弦波高21個百分點。差異的核心原因是余弦波的直流平頂階段，空間電荷積聚在缺陷處會形成反向電場，抵消部分外施電場強度，降低了缺陷擊穿概率，容易出現漏判。

第二是測試安全性。對電容量為1μF的10kV電纜，施加30kV試驗電壓時，0.1Hz正弦波的擊穿能量約為12J，僅會擊穿缺陷部位，不會對周邊完好絕緣造成不可逆損傷；而余弦波的平頂階段存儲的電容能量約為38J，擊穿時釋放的能量是正弦波的3倍以上，南方電網科學研究院的測試數據顯示，約17%的余弦波耐壓測試會造成原本可修復的缺陷發展為*性擊穿，增加了運維成本。

第三是設備便攜性與測試效率。同電壓等級下，0.1Hz正弦波設備因需要配置低通濾波電路和穩壓電路，重量約為余弦波設備的1.2-1.5倍，以30kV額定輸出電壓的設備為例，正弦波設備整機重量約22kg，余弦波設備約18kg，在野外無交通工具的作業場景下便攜性略低。測試效率方面，根據《電力設備預防性試驗規程》（DL/T 596-2021）的規定，10kV電纜0.1Hz正弦波耐壓測試的加壓時間為15min，余弦方波的加壓時間為10min，單條電纜測試效率提升33%，適合批量新建電纜的快速驗收場景。

第四是功能擴展性。0.1Hz正弦波可兼容局部放電測試功能，因為正弦波的波形穩定性高，無直流分量干擾，局放信號信噪比可達40dB以上，可同時完成耐壓測試和缺陷定位；而余弦波的跳變沿會產生大量寬頻干擾信號，局放信號信噪比不足15dB，無法開展有效的局放檢測，功能擴展性較弱。

結合上述性能差異，兩類技術的適用場景已較為清晰：0.1Hz正弦波耐壓測試技術適用于35kV及以上電壓等級電力設備交接試驗、運行年限超過5年的老舊電纜絕緣檢測、重要保電線路的預防性試驗、需要聯合開展局放檢測的場景；0.1Hz余弦波耐壓測試技術適用于10kV及以下新建電纜的批量驗收、臨時供電線路的快速篩查、交通不便的野外作業場景。

四、兩類技術的標準合規性對比

國內標準層面，《高電壓測試設備通用技術條件 第6部分：超低頻高壓發生器》（DL/T 846.6-2018）明確將0.1Hz正弦波列為超低頻高壓發生器的優先輸出波形，余弦方波作為可選波形，且規定正弦波的失真度不得超過3%，余弦方波的上升沿與下降沿時間誤差不得超過±20%。《電力設備預防性試驗規程》（DL/T 596-2021）中，0.1Hz正弦波的試驗電壓值與工頻耐壓的等效換算系數為固定值，例如10kV XLPE電纜的正弦波試驗電壓為2U0（U0為電纜額定相電壓），無需額外調整；余弦方波的試驗電壓為2.5U0，換算系數更復雜，容易出現誤操作。《額定電壓1kV到35kV擠包絕緣電力電纜及附件 第4部分：附件試驗要求》（GB/T 12706.4-2020）明確規定，電纜附件的現場交流耐壓等效試驗優先采用0.1Hz正弦波，余弦波測試結果不得作為附件投運的驗收依據。

國際標準層面，《高電壓試驗技術 第3部分：現場試驗的定義和要求》（IEC 60060-3:2021）中，0.1Hz正弦波被列為與工頻交流等效的試驗波形，余弦方波被列為非等效的快速篩查波形。《屏蔽電力電纜系統甚低頻（VLF）現場試驗指南》（IEEE 400.2-2020）中，正弦波的推薦應用等級為A級（可用于交接和預防性試驗，測試結果可作為設備投運依據），余弦方波的推薦應用等級為B級（僅可用于快速篩查，測試結果需經其他方法驗證）。《局部放電測量》（IEC 60270:2015）中明確規定，超低頻局部放電測試必須采用正弦波輸出，避免波形跳變產生的干擾影響測試結果。

五、現場選型與應用的實踐建議

目前現場應用中存在三類常見認知誤區：一是認為兩類波形可以完全替代，實際上對于35kV及以上電壓等級的設備，采用余弦波測試不符合標準要求，無法作為驗收依據；二是認為余弦波測試效率更高*更優，實際上對于老舊電纜，余弦波的高擊穿能量可能造成絕緣損傷，反而增加運維成本；三是認為只要輸出頻率為0.1Hz*滿足要求，實際上正弦波的失真度、電壓穩定性等參數直接影響測試結果的準確性，需符合DL/T 846.6-2018的要求。結合上述分析，本文提出四點選型建議：

第一，針對35kV及以上電壓等級的電纜、GIS、電力變壓器的交接與預防性試驗，優先選用0.1Hz正弦波耐壓測試技術，確保測試結果符合標準要求，可作為設備投運的依據。第二，針對10kV及以下新建電纜的批量驗收、臨時線路的快速篩查，作業場景交通不便的，可選用0.1Hz余弦波耐壓測試設備，提升測試效率。第三，針對需要同時開展耐壓測試與局部放電定位的場景，必須選用0.1Hz正弦波設備，例如康高特自研的孟德超低頻局放測試儀，輸出0.1Hz正弦波失真度≤2%，電壓峰值誤差≤±3%，可同時完成耐壓測試和局放信號采集與定位，符合DL/T 846.6-2018和IEC 60270:2015的要求，適合多場景的絕緣狀態檢測需求。第四，針對運行年限超過8年的老舊電纜、含有中間接頭的重要線路，避免使用余弦波耐壓測試，防止空間電荷積聚引發的絕緣不可逆損傷。

應用過程中，無論采用哪類波形，測試前都需核對設備的校準證書在有效期內，測試電壓值需符合對應標準的要求，測試過程中需安排專人監護，確保作業安全。測試完成后需留存完整的測試記錄，包括波形類型、試驗電壓、加壓時間、測試環境等參數，便于后續追溯。

六、VLF耐壓測試技術的發展趨勢

隨著新型電力系統的建設，電力電纜的投運規模持續增長，2025年我國10kV及以上電力電纜總長度已突破600萬公里，對絕緣檢測技術的準確性、便捷性要求不斷提升，0.1Hz超低頻耐壓測試技術的發展方向主要包括三個方面：一是波形精度不斷提升，正弦波的失真度將控制在1%以內，進一步提升微小缺陷的檢出率；二是多參數聯合檢測，未來的VLF測試設備將集成耐壓、局放、介損測量等功能，實現一次加壓完成多項絕緣參數檢測，提升測試效率；三是智能化水平提升，通過內置的專家系統自動判斷測試結果的有效性，識別缺陷類型和嚴重程度，降低對運維人員水平的要求。

整體來看，0.1Hz正弦波耐壓測試技術因等效性好、合規性高、擴展性強，將成為未來VLF耐壓測試的主流技術路線，余弦波技術將在特定的快速篩查場景保留應用空間，兩類技術將長期共存，滿足不同場景的檢測需求。行業機構需進一步完善相關技術標準，明確兩類技術的應用邊界，提升一線運維人員的技術認知水平，充分發揮VLF耐壓測試技術在電力設備絕緣狀態檢測中的價值。

參考文獻

【1】 中國電力科學研究院. 電力電纜絕緣狀態檢測技術應用白皮書[R]. 2025:12-17.

【2】 中華人民共和國*能源局. 高電壓測試設備通用技術條件 第6部分：超低頻高壓發生器(DL/T 846.6-2018)[S]. 北京:中國電力出版社,2018.

【3】 中華人民共和國*市場監督管理總局. 電力設備預防性試驗規程(DL/T 596-2021)[S]. 北京:中國電力出版社,2021.

【4】 國際電工委員會. 高電壓試驗技術 第3部分：現場試驗的定義和要求(IEC 60060-3:2021)[S]. 日內瓦:IEC出版社,2021.

【5】 國網河北省電力有限公司電力科學研究院. 10kV XLPE電纜超低頻耐壓測試波形比對試驗報告[R]. 2024:32-36.

【6】 南方電網科學研究院. 超低頻耐壓測試缺陷檢出率比對報告[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]. 紐約:IEEE出版社,2020.