10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估技術(shù)

摘 要：配網(wǎng)架空輸電線路因其帶電作業(yè)的特殊性給作業(yè)人員帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文提出10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評估技術(shù)。首先，構(gòu)建帶電作業(yè)安全評估指標(biāo)體系，從作業(yè)人員體表場強(qiáng)、作業(yè)環(huán)境安全條件、作業(yè)設(shè)備安全性能以及作業(yè)人員安全管理4個(gè)方面進(jìn)行全面分析。其次，采用模糊評價(jià)法與層次分析法相結(jié)合的方法對帶電作業(yè)評估指標(biāo)進(jìn)行量化評估。應(yīng)用結(jié)果表明，采用本文提出的方法評估的安全等級與實(shí)際安全等級一致，證明本文提出的方法能夠準(zhǔn)確對配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全進(jìn)行評估，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：10kV配網(wǎng)；帶電作業(yè)；安全評估；架空輸電線路

中圖分類號：TM 84" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

10kV配網(wǎng)架空線路不僅是推動(dòng)城市持續(xù)發(fā)展的核心，也是支撐生活日常與工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的能源[1]。其涉及對線路進(jìn)行設(shè)備更新替換、排查潛在隱患以及精確校驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)等多個(gè)方面，其帶電檢修工作具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。多變的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)人員技能水平的差異、作業(yè)工具的狀態(tài)等因素，都可能使帶電檢修過程中發(fā)生安全事故，對人員和設(shè)備安全構(gòu)成威脅[3]。因此，對10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)進(jìn)行安全評估顯得尤為重要。安全評估不僅是對作業(yè)過程中潛在風(fēng)險(xiǎn)的全面識別和分析，更是對作業(yè)方案、作業(yè)人員、作業(yè)設(shè)備等多個(gè)方面的綜合考量。通過科學(xué)、系統(tǒng)的安全評估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患，為帶電作業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的安全保障。

盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用中，帶電作業(yè)安全評估仍面臨評估指標(biāo)體系待完善、評估方法準(zhǔn)確性較低等挑戰(zhàn)。因此，本文探討10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估技術(shù)，通過深入分析帶電作業(yè)的特點(diǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建完善的安全評估指標(biāo)體系，研究科學(xué)、有效的安全評估方法，為帶電作業(yè)的安全管理提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估技術(shù)

1.1 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估指標(biāo)體系構(gòu)建

當(dāng)進(jìn)行10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評估時(shí)，構(gòu)建一個(gè)全面、科學(xué)、合理的安全評估指標(biāo)體系至關(guān)重要。該指標(biāo)體系旨在系統(tǒng)地識別、評估和管理帶電作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而確保作業(yè)過程的安全性和可靠性。在10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)評估體系中，涉及影響作業(yè)安全性的因素眾多，為提高評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)該遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、預(yù)防性原則[4]，并據(jù)此選取合理的安全評估指標(biāo)。

1.1.1 作業(yè)人員各部位體表場強(qiáng)

當(dāng)電力工作人員進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，他們身體各個(gè)部位感受到的電場強(qiáng)度（即體表場強(qiáng)）是直接影響作業(yè)安全的關(guān)鍵因素。體表場強(qiáng)感受等級見表1。

為確保作業(yè)安全，工作人員需要穿戴特制的屏蔽服。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6568—2008，屏蔽服內(nèi)的電場強(qiáng)度需要控制在155kV/m以下，身體外露部分（例如面部）的場強(qiáng)不應(yīng)超過2405kV/m。此外，體表場強(qiáng)受氣象條件和工作人員與輸電線路距離的影響顯著。當(dāng)惡劣氣候或接近輸電線路時(shí)，體表場強(qiáng)可能大幅增加，對作業(yè)安全構(gòu)成威脅。因此，體表場強(qiáng)是帶電作業(yè)安全評估的重要指標(biāo)。

1.1.2 作業(yè)環(huán)境安全條件指標(biāo)

在配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)中，環(huán)境評估是確保作業(yè)安全的重要前提。環(huán)境評估指標(biāo)見表2。

表1 體表場強(qiáng)感受等級

體表場強(qiáng) 人體感受

10kV/m～15kV/m 人體便可能產(chǎn)生不適感

30kV/m～355kV/m 頭皮可能出現(xiàn)輕微刺痛

gt;405kV/m 頭部、臉部和腿部都可能感到不適

表2 作業(yè)環(huán)境評估指標(biāo)

一級指標(biāo) 二級指標(biāo)

作業(yè)地質(zhì)條件b1 地貌特征

地形復(fù)雜程度

桿塔的具體位置

作業(yè)線路b2 安全標(biāo)識完整性

設(shè)備編號的清晰度

線路接線的復(fù)雜程度

氣象條件b3 風(fēng)力大小

降水概率

雷電活動(dòng)

對于不利的地質(zhì)條件，需要特別注意其對作業(yè)操作難度和人員安全的影響。良好的線路條件有助于作業(yè)人員準(zhǔn)確判斷和操作，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。惡劣的天氣條件會(huì)增加作業(yè)的難度和危險(xiǎn)系數(shù)，因此，當(dāng)氣象條件不利時(shí)，應(yīng)適當(dāng)推遲或取消帶電作業(yè)。

1.1.3 作業(yè)設(shè)備安全性能指標(biāo)

帶電作業(yè)設(shè)備是確保作業(yè)人員與高壓設(shè)備直接接觸的關(guān)鍵工具，其技術(shù)先進(jìn)性和安全可靠性對作業(yè)效率和作業(yè)人員的生命安全具有至關(guān)重要的影響。然而，這些器具的安全性能并非一成不變，隨著時(shí)間推移和頻繁使用，其安全性可能會(huì)因老化等原因逐漸降低。因此，針對帶電作業(yè)設(shè)備的管理和維護(hù)尤為重要。首先，作業(yè)器具需要完整。如果安全防護(hù)設(shè)備和操作器具配備不齊全，將無法為作業(yè)人員提供全面的保護(hù)。同時(shí)，如果攜帶的器具不完備，一旦在作業(yè)過程中發(fā)生意外，作業(yè)人員可能無法在短時(shí)間內(nèi)采取有效措施，這將極大地增加他們的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，作業(yè)器具需要具備安全性。由于設(shè)備在使用過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)損耗和老化現(xiàn)象，因此除了在實(shí)際操作前對器具進(jìn)行可靠性技術(shù)檢驗(yàn)外，日常也需要對各項(xiàng)器具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以確保其安全性能。

1.1.4 作業(yè)人員安全管理指標(biāo)

在帶電作業(yè)中，人為因素起著決定性的作用。由于帶電作業(yè)依賴于人工操作，因此作業(yè)人員的行為直接決定了這項(xiàng)工作的安全水平。針對帶電作業(yè)人員的安全管理，其評估指標(biāo)見表3。

表3 作業(yè)人員安全管理評估指標(biāo)

一級指標(biāo) 二級指標(biāo)

作業(yè)人員的自身狀態(tài) 危險(xiǎn)因素的警覺性

作業(yè)環(huán)境的熟悉程度

作業(yè)人員專業(yè)知識 安全操作規(guī)程的掌握

專業(yè)技能的掌握

作業(yè)人員的心理素質(zhì) 情緒穩(wěn)定性

安全意識

團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

作業(yè)人員的身體素質(zhì) 健康狀況

體能與耐力

身體協(xié)調(diào)性

基于上述帶電作業(yè)安全評估指標(biāo)，構(gòu)建10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估指標(biāo)體系，如圖1所示。

1.2 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估方法

在10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評估中，采用模糊評價(jià)法與層次分析法相結(jié)合的方法對各帶電作業(yè)評估指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。這種方法結(jié)合了層次分析法的層次結(jié)構(gòu)[5]和模糊評價(jià)法的模糊處理特性，使權(quán)重計(jì)算既考慮了專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷，又能夠處理評估過程中的模糊性和不確定性。權(quán)重設(shè)計(jì)直接體現(xiàn)各單項(xiàng)指標(biāo)的重要性。在帶電作業(yè)安全評估中，各指標(biāo)對安全性能影響各異。合理分配權(quán)重能更精準(zhǔn)地反映它們在評估中的相對重要性。具體過程如下。

1.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣B，判斷每個(gè)層次的每個(gè)指標(biāo)兩兩相對重要性，并用數(shù)值表示，如公式（1）所示。

（1）

式中：bij為bi對bj相對重要性，數(shù)值范圍為1～9，每個(gè)數(shù)值所代表含義見表4。

表4 九級標(biāo)度法

指標(biāo) 賦值

極端重要 9

強(qiáng)烈重要 7

明顯重要 5

稍微重要 3

同等重要 1

注：2、4、6和8表示重要性介于上述相鄰兩標(biāo)度值之間。

1.2.2 確定評價(jià)對象權(quán)重

判斷矩陣的每一列進(jìn)行歸一化處理，如公式（2）所示。

（2）

將每一列經(jīng)過歸一化后的判斷矩陣元素按行相加，得到向量。

對其進(jìn)行歸一化得到特征向量，如公式（3）所示。

（3）

計(jì)算判斷矩陣的最大特征根，如公式（4）所示。

（4）

由于事物間客觀條件和復(fù)雜程度不同，因此人為的評估決策具有一定主觀性，為度量不同層次指標(biāo)與判斷矩陣是否符合客觀規(guī)律，確保權(quán)重計(jì)算結(jié)果的合理性，引入平均隨機(jī)一致性評價(jià)指標(biāo)RI對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣一致性比率CR如公式（5）所示，一致性指標(biāo)CI如公式（6）所示。

（5）

（6）

式中：n為矩陣階數(shù)。

RI的取值見表5。

表5 RI取值

階數(shù)n RI

1 0.00

2 0，00

3 0.52

4 0.89

5 1.12

6 1.26

7 1.36

8 1.41

9 1.46

其中，最大特征值對應(yīng)的特征向量即為判斷矩陣的權(quán)重。

確定指標(biāo)體系各層權(quán)重后，確定總目標(biāo)還需要進(jìn)行指標(biāo)的逐層合成。模糊綜合評價(jià)[6]方法能夠利用模糊集理論實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜多因素指標(biāo)體系的綜合評判，給出模糊評判結(jié)果。利用層次分析法得到的各層次指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合研究對象的隸屬度等級狀況，模糊綜合評價(jià)能夠快速、簡便地計(jì)算最終的評判結(jié)果。實(shí)現(xiàn)模糊綜合評價(jià)的步驟如下。

步驟一：確定綜合評判因素集U，將各項(xiàng)評價(jià)因素或評價(jià)內(nèi)容所構(gòu)成的集合稱為評判因素集。

步驟二：確定評語等級集V，評價(jià)結(jié)果的不同狀態(tài)等級所構(gòu)成的集合稱為評語等級集。

步驟三：確定各層隸屬度，隸屬度表示數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。采用隸屬度函數(shù)法來建立從多元指標(biāo)集到評語集的模糊映射關(guān)系。這種方法以一種非線性的方式捕捉數(shù)據(jù)特征之間的復(fù)雜關(guān)系，并據(jù)此進(jìn)行評判。隸屬度函數(shù)如公式（7）所示。

（7）

式中：a、b分別為隸屬度函數(shù)的上、下限。

步驟四：通過隸屬度計(jì)算可得各層級之間的單因素判斷矩陣R，將其與AHP賦權(quán)矩陣結(jié)合，得到各方案的等級綜合評估，如公式（8）所示。

A=W×R （8）

式中：W為評價(jià)體系中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重所構(gòu)成的集合，W={w1，w2，w3，...，wn}。

將評價(jià)結(jié)果劃分為表6中的4個(gè)安全等級。

表6 帶電作業(yè)安全等級劃分

安全等級 加權(quán)值 評分值

安全 90 80～100

比較安全 70 60～80

比較危險(xiǎn) 50 40～60

危險(xiǎn) 30 lt;40

2 實(shí)例應(yīng)用

在本文構(gòu)建的10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評價(jià)體系中，將作業(yè)環(huán)境安全條件指標(biāo)、作業(yè)設(shè)備安全性能指標(biāo)、作業(yè)人員安全管理指標(biāo)、作業(yè)人員體表場強(qiáng)設(shè)置為評價(jià)指標(biāo)。對某市某天10kV配網(wǎng)架空輸電線路的帶電作業(yè)安全等級進(jìn)行評估，該作業(yè)內(nèi)容包括對線路進(jìn)行巡檢和維修。作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。該地區(qū)10kV配網(wǎng)架空輸電線路以PQ-15T絕緣子為主，耐張桿為雙片式絕緣子，線路排列方式緊湊，線路檔距差別大、交叉跨度多。對該輸電線路16#桿塔進(jìn)行安全性評估。16#桿塔全高80.5m，呼稱高74m，大氣壓強(qiáng)69.28kPa，溫度24.7℃，相對濕度45.2%，風(fēng)速1.0m/s。試驗(yàn)環(huán)境如圖2所示。

為確保作業(yè)安全，采用本文提出的安全評估方法進(jìn)行安全等級劃分。該配網(wǎng)架空輸電線路的帶電作業(yè)安全等級評估結(jié)果見表7。

表7 帶電作業(yè)安全等級評估結(jié)果

評價(jià)指標(biāo) 權(quán)重 評估安全等級 實(shí)際安全等級

作業(yè)設(shè)備 0.056 安全 安全

作業(yè)人員手部場強(qiáng) 0.327 比較危險(xiǎn) 比較危險(xiǎn)

作業(yè)人員安全管理 0.030 比較安全 比較安全

帶電作業(yè)氣象條件 0.417 危險(xiǎn) 危險(xiǎn)

作業(yè)地質(zhì)條件 0.212 安全 安全

由表7可知，采用本文提出的10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估技術(shù)評估安全等級與實(shí)際安全等級一致，說明本文提出的方法能夠有效評估帶電作業(yè)的安全性，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評價(jià)體系在不同環(huán)境條件下的適用性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行仿真試驗(yàn)，使用仿真軟件MATLAB來模擬10kV配網(wǎng)架空輸電線路的作業(yè)環(huán)境，分別設(shè)計(jì)5個(gè)試驗(yàn)場景。

場景1：正常氣象條件，設(shè)備狀態(tài)良好，作業(yè)人員安全管理到位。

場景2：惡劣氣象條件（例如大風(fēng)、雷暴），設(shè)備狀態(tài)良好，作業(yè)人員安全管理到位。

場景3：正常氣象條件，設(shè)備狀態(tài)較差，作業(yè)人員安全管理到位。

場景4：正常氣象條件，設(shè)備狀態(tài)良好，作業(yè)人員安全管理不足。

場景5：惡劣氣象條件，設(shè)備狀態(tài)較差，作業(yè)人員安全管理不足。

使用安全評價(jià)體系對每個(gè)場景下的作業(yè)安全等級進(jìn)行評估。記錄評估結(jié)果，包括各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和安全等級。安全評估結(jié)果見表8。

表8 安全等級評估結(jié)果

場景 作業(yè)設(shè)備權(quán)重 作業(yè)人員權(quán)重 氣象條件權(quán)重 安全等級 評分

1 0.5 0.3 0.2 安全 90

2 0.3 0.2 0.5 較危險(xiǎn) 50

3 0.4 0.3 0.3 較安全 70

4 0.4 0.4 0.2 較安全 70

5 0.3 0.2 0.5 危險(xiǎn) 30

由表8可知，場景1作業(yè)設(shè)備權(quán)重最高為0.5，表明設(shè)備狀態(tài)對安全影響最大。作業(yè)人員權(quán)重次之，氣象條件權(quán)重最低，說明在安全管理和氣象條件良好的情況下，設(shè)備狀態(tài)是決定安全等級的關(guān)鍵因素。安全等級被評為安全，評分為90，是所有場景中最高的，這符合預(yù)期，因?yàn)樗袟l件都是最佳的。場景2氣象條件權(quán)重最高為0.5，表明惡劣天氣對作業(yè)安全的影響最大。盡管設(shè)備和人員管理良好，但惡劣天氣條件導(dǎo)致安全等級降至較危險(xiǎn)，評分為50。這說明氣象條件在帶電作業(yè)中的重要性，即便設(shè)備和人員管理得當(dāng)，惡劣天氣仍然可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。場景3設(shè)備狀態(tài)權(quán)重最高為0.4，表明設(shè)備狀態(tài)不佳對安全的影響較大。盡管氣象條件和人員管理都是良好的，但設(shè)備狀態(tài)不佳導(dǎo)致安全等級降至較安全，評分為70。這表明設(shè)備狀態(tài)是帶電作業(yè)安全的重要考慮因素。場景4作業(yè)人員權(quán)重最高為0.4，與設(shè)備狀態(tài)權(quán)重相同，氣象條件權(quán)重最低。盡管設(shè)備和天氣條件良好，由于作業(yè)人員安全管理不足，安全等級也降至較安全，評分為70。這強(qiáng)調(diào)了作業(yè)人員安全管理在帶電作業(yè)中的重要性。場景5氣象條件和設(shè)備狀態(tài)權(quán)重均為最高（0.3），而作業(yè)人員權(quán)重最低為0.2。惡劣的天氣條件、設(shè)備狀態(tài)不佳以及作業(yè)人員安全管理不足共同導(dǎo)致安全等級被評為危險(xiǎn)，評分為所有場景中最低的30。這說明在多個(gè)不利因素疊加的情況下，安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著增加。

通過對比仿真數(shù)據(jù)與安全等級結(jié)果，對安全情況進(jìn)行評分，驗(yàn)證了10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評價(jià)體系在不同環(huán)境條件下具有較高的準(zhǔn)確性和適用性，能夠較準(zhǔn)確地反映不同場景下作業(yè)的安全等級。該體系能夠根據(jù)不同的環(huán)境和作業(yè)條件，合理評估安全風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)際作業(yè)提供了科學(xué)的安全評估依據(jù)。同時(shí)，仿真試驗(yàn)也揭示了各種因素對作業(yè)安全的影響程度，為制定針對性的安全措施提供了重要信息。該安全評價(jià)體系為10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)提供了有效的安全評估工具，有助于在實(shí)際作業(yè)中識別潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施。

3 結(jié)語

通過研究10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評估技術(shù)，本文構(gòu)建了一個(gè)全面、科學(xué)的評估指標(biāo)體系，該體系著重考量了工作人員身體承受的電場強(qiáng)度、實(shí)際作業(yè)環(huán)境的安全性、使用設(shè)備的安全效能以及作業(yè)團(tuán)隊(duì)的管理質(zhì)量，通過融合模糊綜合評價(jià)法和層次分析法，對這些關(guān)鍵要素進(jìn)行量化評估，進(jìn)而提升了帶電作業(yè)的整體安全性和效率。這一研究為帶電作業(yè)的安全管理提供了有效的技術(shù)支持，減少安全事故的發(fā)生。在實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)單位可以根據(jù)本文的研究成果，結(jié)合自身的實(shí)際情況，制定具體的帶電作業(yè)安全評估標(biāo)準(zhǔn)和措施，確保帶電作業(yè)的安全性和高效性。同時(shí)，隨著電力技術(shù)不斷發(fā)展和更新，帶電作業(yè)安全評估技術(shù)也需要不斷完善和創(chuàng)新，今后繼續(xù)深入研究帶電作業(yè)安全評估方法，以適應(yīng)新的需求和挑戰(zhàn)。

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