近年来随着我国城市架空线路电缆化改造进程不断加快，电力电缆得到了日益广泛的应用，其中交联聚乙烯配电电缆占绝大部分。受产品质量层次不齐、安装过程中造成人为损坏、运行环境恶劣等因素的影响，电力电缆投运期间可能出现各种各样的绝缘缺陷和绝缘劣化现象，引起故障。10kV配电电缆敷设基数最大，且故障率最高，对其进行预防性绝缘状态测试十分必要。传统的耐压试验、局部放电试验和介质特性试验等电缆绝缘检测方法各有其优势和不足，为了获得全面、综合的检测结果和准确的绝缘状态评估判据，电缆绝缘状态检测应几种试验相互配合进行。结合当前研究现状，本文提出基于超低频余弦方波激励电压的配电电缆耐压及绝缘诊断测试技术，并验证了其应用效果。本文主要工作内容如下：
研制了适用于配电电缆绝缘状态检测系统的高压半导体开关。开关基于串联IGBT芯片结构，采用模块化设计的思想，设计了单一IGBT芯片的驱动和保护电路，将其和IGBT芯片集成为一个开关功能模块，再将数个开关功能模块集合到圆盘形电路板上，整合成一个开关单元，将数个开关单元串联构成高压开关本体。为开关单元配套设计了松耦合式多路输出隔离供电系统，在有限的空间内实现了40kV高压隔离。最终设计的单个开关单元最大耐压40kV，最大通流40A，直径最大不超过600mm，重量不超过5kg，成本和体积远远小于传统的高压开关，并可通过简单的堆叠、级联实现更高耐压或更大通流，具有很强的拓展性。
依据超低频余弦方波电压的波形特点，提出了余弦方波型超低频高压激励源的拓扑结构，分析了其工作原理，并给出了具体的实现方案，整定了相关功能模块的工作参数。解决了硬件实现过程中的相关技术问题，具体采用基于全桥逆变结构的快速充电技术实现电压波形的方波部分，采用无局部放电空心电抗器构成L-C放电回路产生余弦型换向电压波形。最终实现的余弦方波型超低频高压激励源适用于10kV以下电压等级配电电缆的耐压与绝缘状态测试试验。
提出了基于非线性最小二乘拟合算法的超低频余弦方波激励电压下配电电缆tanδ计算方法。使用高精度电压、电流传感器采集超低频余弦方波电压的换向过程及相应的换向电流，采用Levenberg-Marquardt法对激励电压和响应电流波形进行拟合和参数提取，利用提取到的波形参数对配电电缆tanδ进行计算。分析了tanδ测试算法的各个误差来源并进行了误差分析，验证了tanδ算法精度的稳定性。对一段示例电缆进行了tanδ实际测试，验证了基于超低频余弦方波电压的配电电缆tanδ测量与计算方法的有效性。
研究了超低频余弦方波激励电压作用下配电电缆潜在缺陷的局部放电特性。针对配电电缆常见绝缘损坏类型，设计并制作了数种具有代表性的典型中间接头缺陷，分别对其开展了超低频余弦方波电压下的局部放电检测和定位，并和传统的阻尼交流振荡波电压作用下各缺陷的局部放电行为进行了特性对比，验证了超低频余弦方波局部放电测试结果和传统局部放电测试结果的等效性。