10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估技術

摘 要：配網架空輸電線路因其帶電作業的特殊性給作業人員帶來了安全風險。因此，本文提出10kV配網架空輸電線路帶電作業的安全評估技術。首先，構建帶電作業安全評估指標體系，從作業人員體表場強、作業環境安全條件、作業設備安全性能以及作業人員安全管理4個方面進行全面分析。其次，采用模糊評價法與層次分析法相結合的方法對帶電作業評估指標進行量化評估。應用結果表明，采用本文提出的方法評估的安全等級與實際安全等級一致，證明本文提出的方法能夠準確對配網架空輸電線路帶電作業安全進行評估，具有實際應用價值。

關鍵詞：10kV配網；帶電作業；安全評估；架空輸電線路

中圖分類號：TM 84" " 文獻標志碼：A

10kV配網架空線路不僅是推動城市持續發展的核心，也是支撐生活日常與工業運轉的能源[1]。其涉及對線路進行設備更新替換、排查潛在隱患以及精確校驗各項技術參數等多個方面，其帶電檢修工作具有較高的安全風險[2]。多變的作業環境、作業人員技能水平的差異、作業工具的狀態等因素，都可能使帶電檢修過程中發生安全事故，對人員和設備安全構成威脅[3]。因此，對10kV配網架空輸電線路帶電作業進行安全評估顯得尤為重要。安全評估不僅是對作業過程中潛在風險的全面識別和分析，更是對作業方案、作業人員、作業設備等多個方面的綜合考量。通過科學、系統的安全評估，可以及時發現和消除安全隱患，為帶電作業提供堅實的安全保障。

盡管技術不斷進步，但在實際應用中，帶電作業安全評估仍面臨評估指標體系待完善、評估方法準確性較低等挑戰。因此，本文探討10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估技術，通過深入分析帶電作業的特點和安全風險，構建完善的安全評估指標體系，研究科學、有效的安全評估方法，為帶電作業的安全管理提供理論支持和實踐指導。

1 10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估技術

1.1 10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估指標體系構建

當進行10kV配網架空輸電線路帶電作業的安全評估時，構建一個全面、科學、合理的安全評估指標體系至關重要。該指標體系旨在系統地識別、評估和管理帶電作業過程中的安全風險，從而確保作業過程的安全性和可靠性。在10kV配網架空輸電線路帶電作業評估體系中，涉及影響作業安全性的因素眾多，為提高評估結果的準確性，應該遵循科學性、系統性、預防性原則[4]，并據此選取合理的安全評估指標。

1.1.1 作業人員各部位體表場強

當電力工作人員進行帶電作業時，他們身體各個部位感受到的電場強度（即體表場強）是直接影響作業安全的關鍵因素。體表場強感受等級見表1。

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

1.1.2 作業環境安全條件指標

在配網架空輸電線路帶電作業中，環境評估是確保作業安全的重要前提。環境評估指標見表2。

表1 體表場強感受等級

體表場強 人體感受

10kV/m～15kV/m 人體便可能產生不適感

30kV/m～355kV/m 頭皮可能出現輕微刺痛

gt;405kV/m 頭部、臉部和腿部都可能感到不適

表2 作業環境評估指標

一級指標 二級指標

作業地質條件b1 地貌特征

地形復雜程度

桿塔的具體位置

作業線路b2 安全標識完整性

設備編號的清晰度

線路接線的復雜程度

氣象條件b3 風力大小

降水概率

雷電活動

對于不利的地質條件，需要特別注意其對作業操作難度和人員安全的影響。良好的線路條件有助于作業人員準確判斷和操作，減少安全風險。惡劣的天氣條件會增加作業的難度和危險系數，因此，當氣象條件不利時，應適當推遲或取消帶電作業。

1.1.3 作業設備安全性能指標

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

1.1.4 作業人員安全管理指標

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

表3 作業人員安全管理評估指標

一級指標 二級指標

作業人員的自身狀態 危險因素的警覺性

作業環境的熟悉程度

作業人員專業知識 安全操作規程的掌握

專業技能的掌握

作業人員的心理素質 情緒穩定性

安全意識

團隊協作能力

作業人員的身體素質 健康狀況

體能與耐力

身體協調性

基于上述帶電作業安全評估指標，構建10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估指標體系，如圖1所示。

1.2 10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估方法

在10kV配網架空輸電線路帶電作業的安全評估中，采用模糊評價法與層次分析法相結合的方法對各帶電作業評估指標進行賦權。這種方法結合了層次分析法的層次結構[5]和模糊評價法的模糊處理特性，使權重計算既考慮了專家的經驗和判斷，又能夠處理評估過程中的模糊性和不確定性。權重設計直接體現各單項指標的重要性。在帶電作業安全評估中，各指標對安全性能影響各異。合理分配權重能更精準地反映它們在評估中的相對重要性。具體過程如下。

1.2.1 構建判斷矩陣

構造判斷矩陣B，判斷每個層次的每個指標兩兩相對重要性，并用數值表示，如公式（1）所示。

（1）

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

表4 九級標度法

指標 賦值

極端重要 9

強烈重要 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度值之間。

1.2.2 確定評價對象權重

判斷矩陣的每一列進行歸一化處理，如公式（2）所示。

（2）

將每一列經過歸一化后的判斷矩陣元素按行相加，得到向量。

對其進行歸一化得到特征向量，如公式（3）所示。

（3）

計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與判斷矩陣是否符合客觀規律，確保權重計算結果的合理性，引入平均隨機一致性評價指標RI對判斷矩陣進行一致性檢驗。判斷矩陣一致性比率CR如公式（5）所示，一致性指標CI如公式（6）所示。

（5）

（6）

式中：n為矩陣階數。

RI的取值見表5。

表5 RI取值

階數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，最大特征值對應的特征向量即為判斷矩陣的權重。

確定指標體系各層權重后，確定總目標還需要進行指標的逐層合成。模糊綜合評價[6]方法能夠利用模糊集理論實現對復雜多因素指標體系的綜合評判，給出模糊評判結果。利用層次分析法得到的各層次指標權重，結合研究對象的隸屬度等級狀況，模糊綜合評價能夠快速、簡便地計算最終的評判結果。實現模糊綜合評價的步驟如下。

步驟一：確定綜合評判因素集U，將各項評價因素或評價內容所構成的集合稱為評判因素集。

步驟二：確定評語等級集V，評價結果的不同狀態等級所構成的集合稱為評語等級集。

步驟三：確定各層隸屬度，隸屬度表示數據之間的隸屬關系。采用隸屬度函數法來建立從多元指標集到評語集的模糊映射關系。這種方法以一種非線性的方式捕捉數據特征之間的復雜關系，并據此進行評判。隸屬度函數如公式（7）所示。

（7）

式中：a、b分別為隸屬度函數的上、下限。

步驟四：通過隸屬度計算可得各層級之間的單因素判斷矩陣R，將其與AHP賦權矩陣結合，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為評價體系中各項指標的權重所構成的集合，W={w1，w2，w3，...，wn}。

將評價結果劃分為表6中的4個安全等級。

表6 帶電作業安全等級劃分

安全等級 加權值 評分值

安全 90 80～100

比較安全 70 60～80

比較危險 50 40～60

危險 30 lt;40

2 實例應用

在本文構建的10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評價體系中，將作業環境安全條件指標、作業設備安全性能指標、作業人員安全管理指標、作業人員體表場強設置為評價指標。對某市某天10kV配網架空輸電線路的帶電作業安全等級進行評估，該作業內容包括對線路進行巡檢和維修。作業現場環境復雜，存在較高的安全風險。該地區10kV配網架空輸電線路以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#桿塔進行安全性評估。16#桿塔全高80.5m，呼稱高74m，大氣壓強69.28kPa，溫度24.7℃，相對濕度45.2%，風速1.0m/s。試驗環境如圖2所示。

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

表7 帶電作業安全等級評估結果

評價指標 權重 評估安全等級 實際安全等級

作業設備 0.056 安全 安全

作業人員手部場強 0.327 比較危險 比較危險

作業人員安全管理 0.030 比較安全 比較安全

帶電作業氣象條件 0.417 危險 危險

作業地質條件 0.212 安全 安全

由表7可知，采用本文提出的10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估技術評估安全等級與實際安全等級一致，說明本文提出的方法能夠有效評估帶電作業的安全性，具有實際應用價值。

為了進一步驗證10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評價體系在不同環境條件下的適用性和準確性。進行仿真試驗，使用仿真軟件MATLAB來模擬10kV配網架空輸電線路的作業環境，分別設計5個試驗場景。

場景1：正常氣象條件，設備狀態良好，作業人員安全管理到位。

場景2：惡劣氣象條件（例如大風、雷暴），設備狀態良好，作業人員安全管理到位。

場景3：正常氣象條件，設備狀態較差，作業人員安全管理到位。

場景4：正常氣象條件，設備狀態良好，作業人員安全管理不足。

場景5：惡劣氣象條件，設備狀態較差，作業人員安全管理不足。

使用安全評價體系對每個場景下的作業安全等級進行評估。記錄評估結果，包括各評價指標的權重和安全等級。安全評估結果見表8。

表8 安全等級評估結果

場景 作業設備權重 作業人員權重 氣象條件權重 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 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 30

由表8可知，場景1作業設備權重最高為0.5，表明設備狀態對安全影響最大。作業人員權重次之，氣象條件權重最低，說明在安全管理和氣象條件良好的情況下，設備狀態是決定安全等級的關鍵因素。安全等級被評為安全，評分為90，是所有場景中最高的，這符合預期，因為所有條件都是最佳的。場景2氣象條件權重最高為0.5，表明惡劣天氣對作業安全的影響最大。盡管設備和人員管理良好，但惡劣天氣條件導致安全等級降至較危險，評分為50。這說明氣象條件在帶電作業中的重要性，即便設備和人員管理得當，惡劣天氣仍然可能導致嚴重的安全風險。場景3設備狀態權重最高為0.4，表明設備狀態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，但設備狀態不佳導致安全等級降至較安全，評分為70。這表明設備狀態是帶電作業安全的重要考慮因素。場景4作業人員權重最高為0.4，與設備狀態權重相同，氣象條件權重最低。盡管設備和天氣條件良好，由于作業人員安全管理不足，安全等級也降至較安全，評分為70。這強調了作業人員安全管理在帶電作業中的重要性。場景5氣象條件和設備狀態權重均為最高（0.3），而作業人員權重最低為0.2。惡劣的天氣條件、設備狀態不佳以及作業人員安全管理不足共同導致安全等級被評為危險，評分為所有場景中最低的30。這說明在多個不利因素疊加的情況下，安全風險會顯著增加。

通過對比仿真數據與安全等級結果，對安全情況進行評分，驗證了10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評價體系在不同環境條件下具有較高的準確性和適用性，能夠較準確地反映不同場景下作業的安全等級。該體系能夠根據不同的環境和作業條件，合理評估安全風險，為實際作業提供了科學的安全評估依據。同時，仿真試驗也揭示了各種因素對作業安全的影響程度，為制定針對性的安全措施提供了重要信息。該安全評價體系為10kV配網架空輸電線路帶電作業提供了有效的安全評估工具，有助于在實際作業中識別潛在的安全風險并采取相應的措施。

3 結語

通過研究10kV配網架空輸電線路帶電作業安全評估技術，本文構建了一個全面、科學的評估指標體系，該體系著重考量了工作人員身體承受的電場強度、實際作業環境的安全性、使用設備的安全效能以及作業團隊的管理質量，通過融合模糊綜合評價法和層次分析法，對這些關鍵要素進行量化評估，進而提升了帶電作業的整體安全性和效率。這一研究為帶電作業的安全管理提供了有效的技術支持，減少安全事故的發生。在實際應用中，相關單位可以根據本文的研究成果，結合自身的實際情況，制定具體的帶電作業安全評估標準和措施，確保帶電作業的安全性和高效性。同時，隨著電力技術不斷發展和更新，帶電作業安全評估技術也需要不斷完善和創新，今后繼續深入研究帶電作業安全評估方法，以適應新的需求和挑戰。

參考文獻

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