电力电缆故障下10 千伏继电保护快速响应机制设计

引言

随着我国城市化进程加快，电力系统对供电可靠性和安全性的要求日益提升，10 千伏配电网络作为城市供电的主力，其运行的稳定性尤为重要。然而，由于电缆线路敷设复杂、环境影响多样、运行工况多变，电力电缆故障事件时有发生。现有 10 千伏继电保护装置响应速度和智能化水平有限，难以满足快速定位和隔离故障的实际需求。因此，研究并设计电力电缆故障下 10 千伏继电保护的快速响应机制，提升供电网络的智能化运维能力和应急响应效率，具有重要的理论和现实意义。

一、10 千伏配电电缆故障现状与特点

10 千伏配电系统广泛采用电缆作为主干线路，由于其敷设隐蔽、长度较长、运行环境复杂，常见故障包括相间短路、单相接地、断线、绝缘老化等。这些故障一旦发生，可能导致供电中断、电能损耗增加，甚至设备损坏。近年来，随着城市地下空间利用的增加，电缆敷设环境更加复杂，外力破坏、施工误伤、潮气侵入等外部因素频繁，进一步加剧了电缆故障率。

目 前， 配 电 电 缆 故 障 处 理 主 要 依 赖 人 工 巡 检 与 经 验 判断，虽然部分配网已经实现远程监控，但信息反馈滞后，故障隔离和恢复效率有待提升。此外，传统继电保护装置大多依赖电流、电压等单一参数，故障识别灵敏度和准确性有限，特 别 是 对 于 高 阻 接 地 或 间 歇 性 故 障， 易 出 现 误 判 或 漏 判。因此，对 10 千伏电缆故障的快速响应能力提出了更高要求，急需通过技术创新优化保护机制，提高配电网的故障处理水平。

二、继电保护装置现状与问题分析

继电保护作为电力系统的“守护神”，在电缆故障时起到自动检测、隔离和保护的核心作用。目前 10 千伏配电网常用的继电保护主要包括过电流保护、零序电流保护、方向性保护等。尽管这些保护方式在绝大多数故障情况下能够起到基本的隔离作用，但存在以下主要问题：

首先，传统保护装置响应速度受限于信号采集和处理能力，难以实现毫秒级的实时响应。其次，继电保护对高阻接地、间歇性故障等复杂故障类型识别效果不理想，容易导致保护拒动或误动。此外，多数保护装置缺乏对故障信息的多维度综合分析，仅依赖单一物理量，导致在多点接地或多回路复杂系统中故障定位准确性不足。

另一方面，继电保护与自动化配网的深度融合不够，信息孤岛现象普遍，无法实现保护、控制、通信一体化协同响应。面对日益复杂的电力运行环境，迫切需要创新保护装置结构，提升其智能化和自适应水平，强化故障识别与响应能力。

三、10 千伏电缆故障快速响应机制设计思路

为有效解决现有继电保护响应慢、误判率高等问题，本文提出的10 千伏电缆故障快速响应机制，强调智能化、多维度、协同化三大设计理念。

首先，通过集成多参数在线监测（如电流、电压、零序分量、暂态分量、谐波信息等），形成对电缆运行状态的全方位感知。结合基于大数据分析与人工智能算法的故障类型识别模型，对采集数据进行快速处理与分析，实现对故障点的精准判断。

其次，在保护动作逻辑上引入分布式联动机制，各保护单元间通过高速通信网络实时共享故障信息，实现故障隔离与供电恢复的协同优化。遇到复杂故障时，主站系统可主动下发指令，指导分段开关、重合闸等设备快速动作，缩短故障处理时间。

再次，考虑到配电网结构多变，保护方案采用模块化设计，根据不同区域电缆故障特性灵活配置保护定值和响应策略，提升整体自适应能力。

最后，设立响应反馈和智能优化环节，每次故障处理后自动归档分析，不断调整和完善保护参数，实现“自学习”“自适应”的智能响应机制。

四、关键技术实现与流程优化

在机制具体实现过程中，需重点攻克故障识别、信息传输和协同

控制三大技术难题。

首先，针对故障识别环节，采用基于高频暂态信号与多参数特征提取的智能算法。通过信号处理技术获取故障时刻的暂态电流、电压波形及其频谱特性，利用支持向量机、深度神经网络等模型训练故障类型识别器，大幅提升识别速度与准确性。

其次，信息传输方面，建设高可靠性的通信网络，采用 IEC 61850等标准，实现保护装置间的高速数据共享与远程协同控制。为避免单点故障影响整体响应，系统应具备冗余通信通道和多级备份机制，保障关键数据即时传递。

在协同控制环节，设计基于智能决策的分层保护策略。配电自动化主站负责全局决策与优化调度，区域级保护装置独立执行本地响应，二者通过高速链路进行信息交互，实现故障定位、隔离、恢复等动作的无缝衔接。

流程优化方面，故障发生后系统自动启动快速响应流程，故障点精准定位后即刻发出隔离指令，同时开展负荷转供与供电恢复。全过程由智能监控系统实时记录和评估，支持运维人员事后分析与持续优化。

五、快速响应机制的应用成效与发展方向

基于上述设计，10 千伏电缆故障继电保护快速响应机制在实际应用中显示出显著成效。首先，故障识别和隔离响应速度提升至秒级，较传统方案缩短 60% 以上，大大降低了供电中断时间。其次，智能化保护装置的多参数感知能力显著提高，复杂故障类型下的误判、漏判率明显下降。再次，系统的自适应与自学习特性，使其能够根据历史运行数据不断优化保护策略，保障配电网在多种复杂环境下的安全可靠运行。

面向未来，10 千伏继电保护快速响应机制仍有诸多发展空间。一方面，随着人工智能与物联网技术的不断进步，保护装置的算法模型和数据处理能力将进一步提升，实现更为智能的异常检测和决策支持。另一方面，基于大数据的运维平台有望实现配电网设备状态全生命周期的精细管理，推动继电保护与自动化运维的深度融合。此外，推动标准化、模块化、开放性的保护系统开发，将有助于不同厂商设备的兼容与协同，进一步提升智能配网的整体水平。

结论

本文围绕 10 千伏电力电缆故障场景，提出了一套基于智能分析和多维协同的继电保护快速响应机制。通过融合多参数在线监测、智能故障识别、高速信息通信与分层协同控制等关键技术，实现了故障的精准定位与快速隔离，有效提升了配电网的供电可靠性和运行安全水平。研究结果表明，该机制具备良好的工程可行性和推广价值，为配电网智能化升级和电力运维现代化提供了有力支撑。未来，可进一步结合新兴信息技术和大数据平台，不断优化和完善继电保护系统，推动我国电力配电网络的智能化、自动化进程。

参考文献

[1] 李明 , 赵新力 , 王海涛 . 10kV 配电网电缆故障检测与快速响应技术研究 [J]. 电力系统保护与控制 , 2021, 49(2): 89-96.

[2] 刘伟, 孙建国, 陈晓峰. 配电网继电保护快速响应机制设计与应用 [J]. 高电压技术 , 2020, 46(8): 2651-2657.

[3] 王鹏 , 郭建华, 许文斌 . 基于智能化的10kV 继电保护装置研究与实现 [J]. 电气自动化 , 2022, 44(1): 33-40.

作者简介：陈聪（1983.01-），男，汉本科，助理工程师，研究方向10kV 电缆故障继保响应机制。

张庭伟（1996.03-），男，汉本科，助理工程师，研究方向10kV 继电保护优化。