鄧晨成

（武漢供電公司，湖北武漢 430000）

機(jī)械類外破隱患點風(fēng)險評估

鄧晨成

（武漢供電公司，湖北武漢 430000）

近年來武漢地區(qū)城市建設(shè)工程數(shù)量巨大，對輸電線路的安全運(yùn)行產(chǎn)生 嚴(yán)重安全威脅。本文采用數(shù)學(xué)建模原理，研究在武漢地區(qū)輸電線路外力破壞防控中，定量風(fēng)險評估的算法模型。通過風(fēng)險評估對外破防控工作起到?jīng)Q策輔助作用，提高各項資源利效率。利用對機(jī)械行為的數(shù)學(xué)建模及分析往年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，研究風(fēng)險評估算法并投入試用驗證算法有效性，為輸電行業(yè)外破風(fēng)險評估提供了參考依據(jù)。

輸電線路 架空線路 外力破壞 機(jī)械施工 風(fēng)險評估

1　選題背景及理由

由于經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的發(fā)展需要，武漢地區(qū)的施工繁多且嚴(yán)重影響線路安全運(yùn)行。目前武漢共有近萬處施工工地，對輸電線路安全運(yùn)行造成影響和威脅的有近1000處施工工地。本項目針對這一問題進(jìn)行研究，嘗試用建模、統(tǒng)計和經(jīng)驗相結(jié)合的方式來對機(jī)械類施工外破現(xiàn)場進(jìn)行定量風(fēng)險評估，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行針對性的安全措施補(bǔ)充。目前對線路運(yùn)行，特別是線路事故頻發(fā)的建筑施工區(qū)域內(nèi)的輸電線路，電力部門迫切需要借助風(fēng)險評估的方式，合理分配各類資源，提高線路維護(hù)效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

圖1　機(jī)械固有風(fēng)險值的計算示意圖

圖2　固有風(fēng)險值建模示意圖

圖3　機(jī)械固有風(fēng)險值與水平距離、臂長的關(guān)系

圖4　平整場地進(jìn)場空余時間

圖5　工序誤差

2　風(fēng)險評估算法原理

2.1概述

該評估系統(tǒng)主要適用于35kV至500kV交流架空線路保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)或周邊的機(jī)械施工所產(chǎn)生的外破風(fēng)險評估。由于風(fēng)險評估主要針對于超高機(jī)械可能引起的線路跳閘事故，大型挖機(jī)或壓路機(jī)等這類非超高（高度低于10米）但可能會對桿塔本身或基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞的機(jī)械，由于其對線路安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響大部分不是瞬時影響，雖然會造成電力設(shè)備的損壞，但對電力用戶不會產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)損失，故在此評估系統(tǒng)中暫不予考慮。

現(xiàn)階段的線路運(yùn)行環(huán)境十分糟糕，針對在線下施工引起的線路跳閘等外破事故也無規(guī)范和統(tǒng)一的記錄格式和處理方法。風(fēng)險評估項目擬采用理論計算與數(shù)理統(tǒng)計相結(jié)合的手段，最大化利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)來得到更為準(zhǔn)確的數(shù)值。

通過項目組的討論及對大部分施工外破現(xiàn)場的分析，我們將外破現(xiàn)場因素分為這么幾類：線路狀態(tài)，機(jī)械工況，技防安措，宣傳安措。每一個因素類型都可以用幾個具體量化后的參數(shù)進(jìn)行評估計算。

圖6　算法流程

2.2算法結(jié)構(gòu)及流程

在外破點風(fēng)險評估的算法中，最核心的部分是機(jī)械的固有風(fēng)險值算法。設(shè)計思路如下：假設(shè)無任何技防措施且機(jī)械操作人員沒有任何電氣常識情況下，對機(jī)械在特定位置所有可能的運(yùn)動范圍進(jìn)行風(fēng)險評估后，得到固定施工位置的機(jī)械固有風(fēng)險值，然后再對機(jī)械在所有可能作業(yè)位置時評估所得風(fēng)險值進(jìn)行累加，得到機(jī)械固有風(fēng)險值。得到機(jī)械固有風(fēng)險值后，我們將進(jìn)行一系列的參數(shù)修正，來確定最終的風(fēng)險值。

第一項修正為限高類和封網(wǎng)類技防措施參數(shù)修正。在這兩類技防措施有效且完好的情況下，直接修改機(jī)械可能的運(yùn)動范圍及可能的施工位置，重復(fù)上述的運(yùn)算過程，得到經(jīng)過技防措施參數(shù)修正后的機(jī)械固有風(fēng)險值。（見圖1、圖2）

第二項修正為宣傳參數(shù)修正。根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)科所提供的數(shù)據(jù)，在機(jī)械造成的外破事故中，機(jī)械操作人員對現(xiàn)場電氣危險點毫不知情的人數(shù)占到了70%-80%。假設(shè)其他條件完全一樣，而電氣安全知識宣傳和教育能夠全面開展的情況下，機(jī)械外破事故可以減少40%-60%，在實際計算中取50%。

宣傳類措施參數(shù)包含：施工方展開的電力設(shè)施安全常識培訓(xùn)（以下簡稱安全培訓(xùn)）、施工方繳納抵押金情況、現(xiàn)場警示牌情況和值守人員參數(shù)，其中值守人員參數(shù)又包含著裝評分、電氣知識和素養(yǎng)評分及在崗情況評分。（值守人員的技防類效果與宣傳類效果分開計算。）計算公式及參數(shù)說明如下：

A0：修正后的機(jī)械風(fēng)險值； A：修正前機(jī)械風(fēng)險值；xc1：安全培訓(xùn)參數(shù)；xc2：警示牌參數(shù)；zs2：值守著裝評分；zs5值守電氣知識素養(yǎng)評分；zs4：值守人員在崗率。

其中安全培訓(xùn)參數(shù)占60%權(quán)重，警示牌參數(shù)占15%權(quán)重，值守人員評分占25%權(quán)重。其中在值守人員評分計算中，著裝評分與電氣知識素養(yǎng)評分分別占20%與80%，并根據(jù)其在崗狀態(tài)進(jìn)行修正。

第三項修正為值守參數(shù)修正。由于值守人員的宣傳作用在宣傳類參數(shù)修正中已完成，此項修正只考慮值守人員的技防作用。只有在值守人員在崗期間，對危險點了解清楚且對施工進(jìn)度了解清楚時，才有阻止施工方危險行為的可能性。再考慮值守人員對現(xiàn)場施工人員危險行為的阻攔能力后，對機(jī)械風(fēng)險值進(jìn)行修正，得到值守參數(shù)修正后的機(jī)械風(fēng)險值。計算公式及參數(shù)說明如下：

zs1：值守人員在崗率；zs3：值守人員對施工進(jìn)度的了解情況評分；zs6：值守人員對施工方危險行為的勸告阻攔能力評分。

第四項修正為巡視周期修正。根據(jù)某一個特定施工外破點被巡視的頻率來估算下一次巡視時間，并測算當(dāng)日至預(yù)計巡視時間內(nèi)施工外破點的風(fēng)險值。

A0=A× t

其中t為平均巡視周期。

細(xì)節(jié)說明：

（1）機(jī)械的固有風(fēng)險值算法可以添加其他的機(jī)械類型算法，來提高整體算法的覆蓋面。

（2）安全培訓(xùn)參數(shù)、警示牌參數(shù)、值守人員評分三項權(quán)重值可以根據(jù)實際情況進(jìn)行更改，亦可在后期數(shù)據(jù)庫完善的情況下，納入隨數(shù)據(jù)庫變動的系數(shù)中去。

2.3仿真結(jié)果

（1）在固定位置上，測量不同的機(jī)械臂長對風(fēng)險值的影響，得到下圖（圖3）曲線。參與運(yùn)算的其他機(jī)械參數(shù)如下：（1）電壓等級220kV；（2）最低導(dǎo)線線間距離4米；（3）導(dǎo)線最低對地距離15米。臂長分別為10至30米，對應(yīng)21條曲線如圖（見圖3）。

可以看出，臂長超出導(dǎo)線最低對地距離時候，在線路正下方的安全系數(shù)基本一樣。從實際來看，超高機(jī)械在線下施工時，風(fēng)險值很大且造成事故的可能性是一樣的，這與模擬的結(jié)果一致，故認(rèn)為該步驟的算法有效。

（2）該部分用于說明平整場地時間對風(fēng)險值的修正作用。其修正原理是對數(shù)據(jù)庫中平整場地的時間做非參概率密度分布，再將現(xiàn)有平整場地時間帶入曲線得到相應(yīng)的風(fēng)險值。

（3）對應(yīng)于不同的施工工序施工方將使用不同的機(jī)械設(shè)備，類似的工序會使用類似的機(jī)械設(shè)備。此外，巡視人員或外破專責(zé)人員也可以詢問現(xiàn)場施工人員，以收集正在使用和將要使用的機(jī)械設(shè)備。收集的數(shù)據(jù)對外破隱患點風(fēng)險評估很有幫助。

在分析當(dāng)下機(jī)械風(fēng)險值時，只計算當(dāng)下工序所有機(jī)械可能產(chǎn)生的風(fēng)險值是不夠的。當(dāng)巡視人員或外破專責(zé)人不在場時，現(xiàn)場施工可能已進(jìn)入下一工序，用當(dāng)下工序所使用的機(jī)械數(shù)據(jù)來計算風(fēng)險值就不準(zhǔn)確了，所以要將下一工序的機(jī)械數(shù)據(jù)納入計算。本工序和下一工序的機(jī)械風(fēng)險值的權(quán)重由本工序進(jìn)展決定，即越接近工序結(jié)尾，下一工序的機(jī)械風(fēng)險值權(quán)重越大，而本工序的機(jī)械風(fēng)險值權(quán)重越小。

上兩張圖中（見圖4 圖5）用于計算的工序誤差值數(shù)據(jù)如下：

data=［0.1 0.3 -0.4 0.2 -0.3 -0.2 -0.1 0.05 0.12 -0.13 0.09 0.22 0.31］；

可以看出，隨著工序的完成和新工序的開始，兩期工序的權(quán)重值逐漸變化。

3　實施內(nèi)容

3.1外破數(shù)據(jù)采集單

數(shù)據(jù)單用于外破巡視時填寫。線路巡視人員或外破專責(zé)人員攜帶表單至現(xiàn)場進(jìn)行觀測、調(diào)查并填寫此表單。該表單對外破隱患點進(jìn)行詳細(xì)記錄，提供風(fēng)險評估時所需的全面信息。

3.2風(fēng)險評估算法程序

用于實現(xiàn)核心算法，用定量的方法對施工現(xiàn)場機(jī)械可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(jìn)行評估。該程序組通過對現(xiàn)場機(jī)械運(yùn)動方式進(jìn)行建模模擬的方式來計算機(jī)械的固有風(fēng)險值，而后根據(jù)其他外破隱患點的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行修正，并引入人工經(jīng)驗修正方法來得到更精確的數(shù)據(jù)。此方法較常規(guī)經(jīng)驗判斷來得更為準(zhǔn)確一些，并能及時預(yù)判出經(jīng)驗判（圖6算法流程）斷過程中疏忽或誤判的事故風(fēng)險。外破隱患點數(shù)據(jù)庫可提供系數(shù)修正，隨著數(shù)據(jù)庫的完善，該程序組的計算精度會有所提高。

圖6是數(shù)據(jù)輸入的流程圖，從應(yīng)用開始有三個選項，其中檢查錄入和巡視錄入的區(qū)別在于前者用于錄入詳細(xì)的外破隱患點數(shù)據(jù)，而后者只錄入巡視時采集的少量數(shù)據(jù)。調(diào)試模式用于批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)，可將采集到的上百條數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入并批量評估計算風(fēng)險值。

3.3外破數(shù)據(jù)庫

以txt格式文件存儲，用于存放每個外破的詳盡數(shù)據(jù)，具有固定的數(shù)據(jù)格式。該數(shù)據(jù)庫統(tǒng)可以批量導(dǎo)入大量外破隱患點數(shù)據(jù)，并且在每一次的外破點計算提供計算系數(shù)的動態(tài)修正，使得計算結(jié)果更為合理、準(zhǔn)確。

4　風(fēng)險評估在實際中的運(yùn)用情況

該項目建立在對實際問題的思考和研究上，項目小組成員通過總結(jié)工作經(jīng)驗，將遇到的實際問題邏輯化、規(guī)律化，從而用能普遍適用的方法來解決這一類問題。該項目尚未有可參考的研究成果，所以在建模階段非常困難。通過多次甄別和修改，項目小組將有效且獨立的因素從眾多影響因素中提煉出來。在采用建模、數(shù)據(jù)修正和經(jīng)驗修正方法過程中，準(zhǔn)確選擇影響因素三個環(huán)節(jié)能使風(fēng)險評估的結(jié)果更準(zhǔn)確。

在主程序基本完善后，項目小組進(jìn)行了試運(yùn)行分析，得到的風(fēng)險評估值符合人的經(jīng)驗判斷，初步證實程序有一定可靠性。下階段將籌劃收集更多數(shù)據(jù)，進(jìn)行較大規(guī)模的試運(yùn)行。

項目組從輸電運(yùn)檢工區(qū)所管轄的輸電線路中，選取了12個比較典型的機(jī)械類外破隱患點，對其進(jìn)行風(fēng)險評估。將評估的結(jié)果對照人工分析，來驗證該程序的準(zhǔn)確性。下面列舉其中三個外破點作為案例。

4.1220kV鳳珞一二回42號城際鐵路外破隱患點

采集數(shù)據(jù)時現(xiàn)場有2臺34米臂長的移動輪式吊車，且有2臺澆灌使用的泵車，均在線下或線側(cè)施工?，F(xiàn)場采集數(shù)據(jù)后，進(jìn)行運(yùn)算，得到該外破隱患點的風(fēng)險值為33.993，為一個較高的數(shù)值，相對而言位于測試所錄入的8個外破點中第2高風(fēng)險位置。該外破點也在2012年城際鐵路施工時出現(xiàn)過跳閘事故一次。故該外破點的風(fēng)險評估符合人為判斷。

4.235kV石南51#-52#外破點

采集數(shù)據(jù)時現(xiàn)場仍有兩臺24米臂長的吊車在離線路5米左右距離的地方進(jìn)行施工。采集數(shù)據(jù)后，計算得到該外破點的風(fēng)險評估值為28.049，該值與鳳珞42號外破點的風(fēng)險評估值相近，也為高風(fēng)險外破點。這一點與經(jīng)驗判斷依然相符。

4.3220kV鳳冶88#外破點

數(shù)據(jù)采集時，現(xiàn)場共有2臺31米臂長吊車，經(jīng)過詢問，吊車的作業(yè)點最近離導(dǎo)線水平距離有25米。采集數(shù)據(jù)后，經(jīng)過計算得到該外破點的風(fēng)險評估值為10.98，該值低于上述兩個例子中的風(fēng)險評估值。該結(jié)果均符合經(jīng)驗判斷和實際情況，故該點的風(fēng)險評估與事實相符。

從上述三個例子可以看出，通過采集數(shù)據(jù)，計算分析后得到的風(fēng)險評估結(jié)果基本符合人的經(jīng)驗判斷，說明該項目的計算系統(tǒng)在測試中基本符合實際情況，計算結(jié)果基本有效且可供外破專責(zé)人作為輔助判斷依據(jù)。

5　結(jié)語

武漢地區(qū)的輸電線路維護(hù)工作面臨數(shù)量巨大的外破隱患風(fēng)險，防控工作復(fù)雜。該項目于2014年完成并投入試用。通過生產(chǎn)單位的使用情況來看，該項目優(yōu)劣并存。劣勢在該風(fēng)險評估算法所需的數(shù)據(jù)量較大，增加了一線員工工作量，推廣存在一些難度。優(yōu)勢在該風(fēng)險評估算法可與智視頻監(jiān)控系統(tǒng)共同使用，由于市面上存在具備由算法判斷機(jī)械類型和參數(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該項目所研究的算法思路可以用于這些監(jiān)控系統(tǒng)，彌補(bǔ)了監(jiān)控系統(tǒng)只能實時判斷而非提前預(yù)判的缺點，形成一套有一定風(fēng)險預(yù)判功能的風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)。