刀痕缺陷现形记：环切VS纵切，局部放电的“指纹”差异

环切 VS 刀切

——刀痕缺陷现形记

现场耐压试验通过的电缆附件，为何投运数月后突发故障？环切刀痕与纵向刀痕——两类隐蔽缺陷的局部放电（PD）特征截然不同！本文解析如何通过脉冲波形指纹精准锁定缺陷类型，为电缆“把脉开方”。

01

缺陷背景：安装刀痕的致命隐患

Background of Defects

在电缆附件的安装过程中，刀痕缺陷是一种常见的绝缘缺陷，这种缺陷往往在电缆接头或终端的制作过程中因刀具使用不当而产生。这些看似微小的刀痕，却可能在电缆投入运行后引发严重的局部放电问题，最终导致绝缘击穿和设备故障。

1. 典型缺陷场景

刀痕缺陷主要分为两种类型：环切刀痕和纵向刀痕。

（1）环切刀痕

环切刀痕通常出现在半导电层的截断处，由于环状切口的毛刺，导致电场集中，从而引发多个放电点。这种环状切口毛刺不仅增加了电场的集中度，还使得放电现象更加复杂和难以控制。

（2）纵向刀痕

纵向刀痕多见于绝缘层的轴向划伤，这种划伤通常较深，导致绝缘层内形成单点放电。与环切刀痕不同，纵向刀痕的放电点相对集中，但同样具有极大的破坏性。

2. 隐蔽性危害

刀痕缺陷的隐蔽性在于其在交接试验中难以被检测。在交接试验中，由于放电量通常小于10pC，现有的检测设备往往无法捕捉到如此微弱的放电信号。

电缆附件在投运初期可能表现正常，但随着时间的推移，局部放电持续烧蚀绝缘层，导致绝缘性能逐渐劣化。最终，在运行过程中，这些微小的刀痕缺陷可能引发绝缘击穿，导致严重的设备故障。

图1 电缆接头常见缺陷及引发的绝缘故障

如图1所示，无论是环切刀痕还是纵向刀痕，都可能在运行一段时间后，由于局部放电的持续作用，导致绝缘层严重损坏，进而引发设备的突发性故障。

刀痕缺陷的存在，犹如在电缆附件中埋下了一颗颗“隐形炸弹”，随时可能因局部放电的持续作用而引发绝缘击穿，导致设备故障，给电网的安全运行带来极大的隐患。

02

核心诊断：两类缺陷的PD“指纹”对比

Core Diagnosis

1. 单次脉冲波形差异

刀痕类型的不同会导致其脉冲波形存在显著差异。

特征	环切刀痕	纵向刀痕
波形形态	多峰振荡衰减（＞120ns）	单峰衰减振荡（45-55ns）
上升时间	首脉冲2.5-3.0ns 次脉冲1.0-1.5ns	2.5-3.0ns（单一脉冲）
物理本质	多放电点高频叠加	单点集中放电

环切刀痕的脉冲波形呈现出多峰振荡衰减的形态，其持续时间超过120ns，这是由于环切刀痕附近存在多个放电点，这些放电点产生的高频信号相互叠加，导致波形复杂且衰减缓慢。首次脉冲的上升时间在2.5-3.0ns之间，而后续脉冲的上升时间在1.0-1.5ns之间。

图2 环切刀痕的单次放电脉冲波形

相比之下，纵向刀痕的脉冲波形则是单峰快速衰减，持续时间较短，仅为45-55ns左右。这是由于纵向刀痕通常只有一个主要的放电点，放电过程相对简单，能量释放后迅速衰减，其上升时间相对稳定在2.5-3.0ns范围内。

图3 纵向刀痕的单次放电脉冲波形

2. 频谱分布特征

两类刀痕的频谱分布各有特点。

刀痕类型	频谱分布范围	频谱特征峰	频谱特征说明
环切刀痕	150-800MHz	300-330MHz（宽峰） 330-370MHz（宽峰） 450MHz＋（多窄峰）	多峰波形的根源，频带分散，反映了多放点高频叠加的特性
纵向刀痕	300MHz以下＆490-550MHz	490-550MHz（双主峰）	单峰波形的体现，频带集中，反映了单点集中放电的特性

环切刀痕的频谱分布范围广泛，覆盖150-800MHz频段。其频谱特征峰主要体现在300-330MHz、330-370MHz的宽峰以及450MHz以上的多个窄峰，这些特征峰揭示了其频谱的多峰特性。频谱的分散性表明环切刀痕处存在多个放电点，这些放电点产生的高频信号相互叠加，形成了复杂的频谱结构，是导致多峰波形的根本原因。

图4 环切刀痕的脉冲频谱

纵向刀痕的频谱分布则相对集中，主要集中在低于300MHz的频段，并在490-550MHz附近形成两个主要的峰值。这种频谱的集中性和双主峰特性反映了纵向刀痕处单一放电点的集中放电行为，其放电过程相对简单，能量释放集中在特性频率范围内，从而形成了明显的单峰波形。

图5 纵向刀痕的脉冲频谱

3. 频域聚类分离结果

通过频域聚类分析，可以清晰地区分环切刀痕和纵切刀痕所产生的不同类型局部放电信号，有助于精准诊断电缆附件中的缺陷类型。

图6 电缆接头环切刀痕的PD信号频域分类

如图6所示，环切刀痕的频域聚类结果呈现出明显的分散性，主要包含c区和d区两类不同的聚类区域。其中，c区代表内部放电，d区则对应表面放电，这种分散的聚类结果反映了环切刀痕处复杂的放电情况。由于环切刀痕靠近半导电层截断处，电场畸变较为严重，导致多种类型的放电现象同时发生，这些不同类型的放电在频域上表现出各异的特征，从而形成了多个聚类区域。

图7 电缆接头纵切刀痕的PD信号频域聚类分析

相比之下，纵向刀痕的频域聚类结果则较为单一，主要集中在c区，如图7所示。这表明纵向刀痕处主要发生的是内部放电，其放电类型相对简单，对应的频域特征较为集中，因此在聚类分析中表现为单一的聚类区域。

4. PRPD相位图谱

PRPD（Phase Resolved Partial Discharge）相位图谱是从相位和幅值两个维度来分析局部放电特征的重要工具。

参数	环切刀痕	纵向刀痕
相位分布	0°- 105°及180°- 275°（发散）	7°- 82°及188°- 280°（集中）
放电强度	幅值高、密度大	幅值低、密度小
对称性	正/负半周近似对称	正/负半周明显对称

环切刀痕的放电脉冲在相位上呈现出广泛的分布，主要集中在0°- 105°和180°- 275°区域，且分布较为发散，表明放电发生的随机性和多源性较强。在PRPD图谱中表现出较高的幅值和较大的密度，说明其放电量较大且放电频繁。正半周和负半周的放电特性近似对称，反映了其内部放电和表面放电的混合特性。

图8 环切刀痕的二维PRPD谱图

纵向刀痕的放电脉冲主要集中在7°- 82°和188°- 280°区域，分布相对集中，表明其放电位置较为固定，主要由单一的内部放电点引起。其PRPD图谱中的幅值和密度相对较低，意味着放电量较小且放电次数较少。正半周和负半周的放电对称性更为明显，进一步印证了其单一内部放电的特性。

图9 纵向刀痕的二维PRPD谱图

03

工程价值点睛

Engineering Value Highlights

1. 隐患优先级

在电缆附件的缺陷类型中，环切刀痕具有更高的危害性。其起始放电电压更低，仅为25kV，这意味着在相对较低的电压下会引发局部放电。此外，环切刀痕处的放电能量更高，烧蚀速度更快，从而加速绝缘材料的老化和损坏，导致设备故障的风险显著增加。

2. 检修决策依据

根据局部放电的检测结果，可以为检修工作提供重要的决策依据。

（1）多峰振荡波形的检出

当监测到多峰振荡的脉冲波形时，应优先对电缆附件的半导电层截断处进行细致排查。这种波形通常是环切刀痕的特征表现，表明该区域可能存在严重的局部放电问题，需要及时处理以防止故障发生。

（2）频域分散信号的检出

若发现频域分散的信号特征，则需警惕电缆附件中可能存在多个放电点。这种情况增加了故障发生的不确定性和风险，需要全面检查电缆的绝缘状况，以便发现并处理潜在的缺陷。

刀痕虽小，隐患滔天。掌握脉冲波形指纹，让环切与纵切缺陷在时频聚类下“无处遁形”！

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来源：电缆老化诊断与修复团队

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