10kV配网架空输电线路带电作业安全评估技术

摘 要：配网架空输电线路因其带电作业的特殊性给作业人员带来了安全风险。因此，本文提出10kV配网架空输电线路带电作业的安全评估技术。首先，构建带电作业安全评估指标体系，从作业人员体表场强、作业环境安全条件、作业设备安全性能以及作业人员安全管理4个方面进行全面分析。其次，采用模糊评价法与层次分析法相结合的方法对带电作业评估指标进行量化评估。应用结果表明，采用本文提出的方法评估的安全等级与实际安全等级一致，证明本文提出的方法能够准确对配网架空输电线路带电作业安全进行评估，具有实际应用价值。

关键词：10kV配网；带电作业；安全评估；架空输电线路

中图分类号：TM 84" " 文献标志码：A

10kV配网架空线路不仅是推动城市持续发展的核心，也是支撑生活日常与工业运转的能源[1]。其涉及对线路进行设备更新替换、排查潜在隐患以及精确校验各项技术参数等多个方面，其带电检修工作具有较高的安全风险[2]。多变的作业环境、作业人员技能水平的差异、作业工具的状态等因素，都可能使带电检修过程中发生安全事故，对人员和设备安全构成威胁[3]。因此，对10kV配网架空输电线路带电作业进行安全评估显得尤为重要。安全评估不仅是对作业过程中潜在风险的全面识别和分析，更是对作业方案、作业人员、作业设备等多个方面的综合考量。通过科学、系统的安全评估，可以及时发现和消除安全隐患，为带电作业提供坚实的安全保障。

尽管技术不断进步，但在实际应用中，带电作业安全评估仍面临评估指标体系待完善、评估方法准确性较低等挑战。因此，本文探讨10kV配网架空输电线路带电作业安全评估技术，通过深入分析带电作业的特点和安全风险，构建完善的安全评估指标体系，研究科学、有效的安全评估方法，为带电作业的安全管理提供理论支持和实践指导。

1 10kV配网架空输电线路带电作业安全评估技术

1.1 10kV配网架空输电线路带电作业安全评估指标体系构建

当进行10kV配网架空输电线路带电作业的安全评估时，构建一个全面、科学、合理的安全评估指标体系至关重要。该指标体系旨在系统地识别、评估和管理带电作业过程中的安全风险，从而确保作业过程的安全性和可靠性。在10kV配网架空输电线路带电作业评估体系中，涉及影响作业安全性的因素众多，为提高评估结果的准确性，应该遵循科学性、系统性、预防性原则[4]，并据此选取合理的安全评估指标。

1.1.1 作业人员各部位体表场强

当电力工作人员进行带电作业时，他们身体各个部位感受到的电场强度（即体表场强）是直接影响作业安全的关键因素。体表场强感受等级见表1。

为确保作业安全，工作人员需要穿戴特制的屏蔽服。根据国家标准GB/T 6568—2008，屏蔽服内的电场强度需要控制在155kV/m以下，身体外露部分（例如面部）的场强不应超过2405kV/m。此外，体表场强受气象条件和工作人员与输电线路距离的影响显著。当恶劣气候或接近输电线路时，体表场强可能大幅增加，对作业安全构成威胁。因此，体表场强是带电作业安全评估的重要指标。

1.1.2 作业环境安全条件指标

在配网架空输电线路带电作业中，环境评估是确保作业安全的重要前提。环境评估指标见表2。

表1 体表场强感受等级

体表场强 人体感受

10kV/m～15kV/m 人体便可能产生不适感

30kV/m～355kV/m 头皮可能出现轻微刺痛

gt;405kV/m 头部、脸部和腿部都可能感到不适

表2 作业环境评估指标

一级指标 二级指标

作业地质条件b1 地貌特征

地形复杂程度

杆塔的具体位置

作业线路b2 安全标识完整性

设备编号的清晰度

线路接线的复杂程度

气象条件b3 风力大小

降水概率

雷电活动

对于不利的地质条件，需要特别注意其对作业操作难度和人员安全的影响。良好的线路条件有助于作业人员准确判断和操作，减少安全风险。恶劣的天气条件会增加作业的难度和危险系数，因此，当气象条件不利时，应适当推迟或取消带电作业。

1.1.3 作业设备安全性能指标

带电作业设备是确保作业人员与高压设备直接接触的关键工具，其技术先进性和安全可靠性对作业效率和作业人员的生命安全具有至关重要的影响。然而，这些器具的安全性能并非一成不变，随着时间推移和频繁使用，其安全性可能会因老化等原因逐渐降低。因此，针对带电作业设备的管理和维护尤为重要。首先，作业器具需要完整。如果安全防护设备和操作器具配备不齐全，将无法为作业人员提供全面的保护。同时，如果携带的器具不完备，一旦在作业过程中发生意外，作业人员可能无法在短时间内采取有效措施，这将极大地增加他们的人身安全风险。其次，作业器具需要具备安全性。由于设备在使用过程中不可避免地会出现损耗和老化现象，因此除了在实际操作前对器具进行可靠性技术检验外，日常也需要对各项器具进行维护保养，以确保其安全性能。

1.1.4 作业人员安全管理指标

在带电作业中，人为因素起着决定性的作用。由于带电作业依赖于人工操作，因此作业人员的行为直接决定了这项工作的安全水平。针对带电作业人员的安全管理，其评估指标见表3。

表3 作业人员安全管理评估指标

一级指标 二级指标

作业人员的自身状态 危险因素的警觉性

作业环境的熟悉程度

作业人员专业知识 安全操作规程的掌握

专业技能的掌握

作业人员的心理素质 情绪稳定性

安全意识

团队协作能力

作业人员的身体素质 健康状况

体能与耐力

身体协调性

基于上述带电作业安全评估指标，构建10kV配网架空输电线路带电作业安全评估指标体系，如图1所示。

1.2 10kV配网架空输电线路带电作业安全评估方法

在10kV配网架空输电线路带电作业的安全评估中，采用模糊评价法与层次分析法相结合的方法对各带电作业评估指标进行赋权。这种方法结合了层次分析法的层次结构[5]和模糊评价法的模糊处理特性，使权重计算既考虑了专家的经验和判断，又能够处理评估过程中的模糊性和不确定性。权重设计直接体现各单项指标的重要性。在带电作业安全评估中，各指标对安全性能影响各异。合理分配权重能更精准地反映它们在评估中的相对重要性。具体过程如下。

1.2.1 构建判断矩阵

构造判断矩阵B，判断每个层次的每个指标两两相对重要性，并用数值表示，如公式（1）所示。

（1）

式中：bij为bi对bj相对重要性，数值范围为1～9，每个数值所代表含义见表4。

表4 九级标度法

指标 赋值

极端重要 9

强烈重要 7

明显重要 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邻两标度值之间。

1.2.2 确定评价对象权重

判断矩阵的每一列进行归一化处理，如公式（2）所示。

（2）

将每一列经过归一化后的判断矩阵元素按行相加，得到向量。

对其进行归一化得到特征向量，如公式（3）所示。

（3）

计算判断矩阵的最大特征根，如公式（4）所示。

（4）

由于事物间客观条件和复杂程度不同，因此人为的评估决策具有一定主观性，为度量不同层次指标与判断矩阵是否符合客观规律，确保权重计算结果的合理性，引入平均随机一致性评价指标RI对判断矩阵进行一致性检验。判断矩阵一致性比率CR如公式（5）所示，一致性指标CI如公式（6）所示。

（5）

（6）

式中：n为矩阵阶数。

RI的取值见表5。

表5 RI取值

阶数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，最大特征值对应的特征向量即为判断矩阵的权重。

确定指标体系各层权重后，确定总目标还需要进行指标的逐层合成。模糊综合评价[6]方法能够利用模糊集理论实现对复杂多因素指标体系的综合评判，给出模糊评判结果。利用层次分析法得到的各层次指标权重，结合研究对象的隶属度等级状况，模糊综合评价能够快速、简便地计算最终的评判结果。实现模糊综合评价的步骤如下。

步骤一：确定综合评判因素集U，将各项评价因素或评价内容所构成的集合称为评判因素集。

步骤二：确定评语等级集V，评价结果的不同状态等级所构成的集合称为评语等级集。

步骤三：确定各层隶属度，隶属度表示数据之间的隶属关系。采用隶属度函数法来建立从多元指标集到评语集的模糊映射关系。这种方法以一种非线性的方式捕捉数据特征之间的复杂关系，并据此进行评判。隶属度函数如公式（7）所示。

（7）

式中：a、b分别为隶属度函数的上、下限。

步骤四：通过隶属度计算可得各层级之间的单因素判断矩阵R，将其与AHP赋权矩阵结合，得到各方案的等级综合评估，如公式（8）所示。

A=W×R （8）

式中：W为评价体系中各项指标的权重所构成的集合，W={w1，w2，w3，...，wn}。

将评价结果划分为表6中的4个安全等级。

表6 带电作业安全等级划分

安全等级 加权值 评分值

安全 90 80～100

比较安全 70 60～80

比较危险 50 40～60

危险 30 lt;40

2 实例应用

在本文构建的10kV配网架空输电线路带电作业安全评价体系中，将作业环境安全条件指标、作业设备安全性能指标、作业人员安全管理指标、作业人员体表场强设置为评价指标。对某市某天10kV配网架空输电线路的带电作业安全等级进行评估，该作业内容包括对线路进行巡检和维修。作业现场环境复杂，存在较高的安全风险。该地区10kV配网架空输电线路以PQ-15T绝缘子为主，耐张杆为双片式绝缘子，线路排列方式紧凑，线路档距差别大、交叉跨度多。对该输电线路16#杆塔进行安全性评估。16#杆塔全高80.5m，呼称高74m，大气压强69.28kPa，温度24.7℃，相对湿度45.2%，风速1.0m/s。试验环境如图2所示。

为确保作业安全，采用本文提出的安全评估方法进行安全等级划分。该配网架空输电线路的带电作业安全等级评估结果见表7。

表7 带电作业安全等级评估结果

评价指标 权重 评估安全等级 实际安全等级

作业设备 0.056 安全 安全

作业人员手部场强 0.327 比较危险 比较危险

作业人员安全管理 0.030 比较安全 比较安全

带电作业气象条件 0.417 危险 危险

作业地质条件 0.212 安全 安全

由表7可知，采用本文提出的10kV配网架空输电线路带电作业安全评估技术评估安全等级与实际安全等级一致，说明本文提出的方法能够有效评估带电作业的安全性，具有实际应用价值。

为了进一步验证10kV配网架空输电线路带电作业安全评价体系在不同环境条件下的适用性和准确性。进行仿真试验，使用仿真软件MATLAB来模拟10kV配网架空输电线路的作业环境，分别设计5个试验场景。

场景1：正常气象条件，设备状态良好，作业人员安全管理到位。

场景2：恶劣气象条件（例如大风、雷暴），设备状态良好，作业人员安全管理到位。

场景3：正常气象条件，设备状态较差，作业人员安全管理到位。

场景4：正常气象条件，设备状态良好，作业人员安全管理不足。

场景5：恶劣气象条件，设备状态较差，作业人员安全管理不足。

使用安全评价体系对每个场景下的作业安全等级进行评估。记录评估结果，包括各评价指标的权重和安全等级。安全评估结果见表8。

表8 安全等级评估结果

场景 作业设备权重 作业人员权重 气象条件权重 安全等级 评分

1 0.5 0.3 0.2 安全 90

2 0.3 0.2 0.5 较危险 50

3 0.4 0.3 0.3 较安全 70

4 0.4 0.4 0.2 较安全 70

5 0.3 0.2 0.5 危险 30

由表8可知，场景1作业设备权重最高为0.5，表明设备状态对安全影响最大。作业人员权重次之，气象条件权重最低，说明在安全管理和气象条件良好的情况下，设备状态是决定安全等级的关键因素。安全等级被评为安全，评分为90，是所有场景中最高的，这符合预期，因为所有条件都是最佳的。场景2气象条件权重最高为0.5，表明恶劣天气对作业安全的影响最大。尽管设备和人员管理良好，但恶劣天气条件导致安全等级降至较危险，评分为50。这说明气象条件在带电作业中的重要性，即便设备和人员管理得当，恶劣天气仍然可能导致严重的安全风险。场景3设备状态权重最高为0.4，表明设备状态不佳对安全的影响较大。尽管气象条件和人员管理都是良好的，但设备状态不佳导致安全等级降至较安全，评分为70。这表明设备状态是带电作业安全的重要考虑因素。场景4作业人员权重最高为0.4，与设备状态权重相同，气象条件权重最低。尽管设备和天气条件良好，由于作业人员安全管理不足，安全等级也降至较安全，评分为70。这强调了作业人员安全管理在带电作业中的重要性。场景5气象条件和设备状态权重均为最高（0.3），而作业人员权重最低为0.2。恶劣的天气条件、设备状态不佳以及作业人员安全管理不足共同导致安全等级被评为危险，评分为所有场景中最低的30。这说明在多个不利因素叠加的情况下，安全风险会显著增加。

通过对比仿真数据与安全等级结果，对安全情况进行评分，验证了10kV配网架空输电线路带电作业安全评价体系在不同环境条件下具有较高的准确性和适用性，能够较准确地反映不同场景下作业的安全等级。该体系能够根据不同的环境和作业条件，合理评估安全风险，为实际作业提供了科学的安全评估依据。同时，仿真试验也揭示了各种因素对作业安全的影响程度，为制定针对性的安全措施提供了重要信息。该安全评价体系为10kV配网架空输电线路带电作业提供了有效的安全评估工具，有助于在实际作业中识别潜在的安全风险并采取相应的措施。

3 结语

通过研究10kV配网架空输电线路带电作业安全评估技术，本文构建了一个全面、科学的评估指标体系，该体系着重考量了工作人员身体承受的电场强度、实际作业环境的安全性、使用设备的安全效能以及作业团队的管理质量，通过融合模糊综合评价法和层次分析法，对这些关键要素进行量化评估，进而提升了带电作业的整体安全性和效率。这一研究为带电作业的安全管理提供了有效的技术支持，减少安全事故的发生。在实际应用中，相关单位可以根据本文的研究成果，结合自身的实际情况，制定具体的带电作业安全评估标准和措施，确保带电作业的安全性和高效性。同时，随着电力技术不断发展和更新，带电作业安全评估技术也需要不断完善和创新，今后继续深入研究带电作业安全评估方法，以适应新的需求和挑战。

参考文献

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