荊 峰

(中國石化勝利石油管理局有限公司電力分公司,山東東營 257099)

電力線路作業(yè)接觸危險(xiǎn)因素多、涉及工種多、交叉作業(yè)多、環(huán)境不確定性大,具有高流動(dòng)性、高分散性和高風(fēng)險(xiǎn)性的“三高”作業(yè)特征[1-2],存在高處墜落、觸電、物體打擊等風(fēng)險(xiǎn)[3]。作業(yè)安全主要依靠人員經(jīng)驗(yàn),風(fēng)速影響現(xiàn)場作業(yè)人員登桿,桿塔結(jié)冰容易造成墜落,線路舞動(dòng)易造成人員機(jī)械傷害,桿塔震動(dòng)或傾斜等都可能會(huì)造成人身傷亡事故[4]。因此,實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)消除作業(yè)人員風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。某油田電網(wǎng)通過對(duì)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行要點(diǎn)耦合分析,得出關(guān)鍵要素,并利用數(shù)據(jù)采集和通訊技術(shù),對(duì)安全因素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸,開展多數(shù)據(jù)綜合分析確認(rèn),以便在作業(yè)前判斷是否滿足安全要求。采取線上管理,將作業(yè)過程中的各種審批流程框圖化,配合視頻全面監(jiān)控,提高了現(xiàn)場作業(yè)安全性。

1 電力線路作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析

電力線路由線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、線路金具、拉線、桿塔基礎(chǔ)、接地裝置等構(gòu)成,架設(shè)在地面之上[5-6]。線路工作中的風(fēng)險(xiǎn)是電網(wǎng)作業(yè)過程中的重點(diǎn)[7],經(jīng)過多年的研究分析,理論上相對(duì)成熟。

1.1 電力線路作業(yè)內(nèi)容

電力線路作業(yè)主要是發(fā)現(xiàn)和排除線路運(yùn)行的潛在隱患,降低電力線路發(fā)生故障的概率,同時(shí)提升電力線路抵抗自然災(zāi)害能力,保證整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。常規(guī)的電力線路檢維修作業(yè)有以下11 類:①停電更換絕緣子;②帶電更換絕緣子;③更換導(dǎo)地線;④更換間隔棒;⑤帶電處理異物掛線;⑥瓷絕緣子帶電測(cè)零;⑦瓷絕緣子停電清掃;⑧更換桿塔拉線或拉棒;⑨帶電調(diào)整線路防震錘;⑩修剪或砍伐鄰近線路的超高樹木;更換線路避雷器及臺(tái)架維修。

不同作業(yè)類型的作業(yè)過程相近,以停電更換絕緣子為例,編寫相關(guān)作業(yè)步驟及內(nèi)容,見表1。

表1 停電更換絕緣子的相關(guān)作業(yè)步驟及內(nèi)容

1.2 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

結(jié)合電力線路屬性,作業(yè)高度、電壓等級(jí)、與帶電體距離、桿塔回路數(shù)等因素影響著作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)程度。例如,電壓等級(jí)的要求與帶電設(shè)備的距離的關(guān)系,見表2。

表2 人員與帶電導(dǎo)線最小安全距離[8]

部分電力線路存在同塔雙回或者同塔多回的情況,部分電力線路還存在交叉跨越,其安全距離要求見表3。

表3 鄰近或交叉其他電力線工作的安全距離[8]

結(jié)合不同作業(yè)流程的特點(diǎn),作業(yè)內(nèi)容的復(fù)雜程度、連續(xù)作業(yè)時(shí)間、現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量、傳遞工器具次數(shù)也影響著作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度。

1.3 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

在形成事故的關(guān)系中,人、物、環(huán)境的因素都是造成事故的原因,是“或”的關(guān)系。管理因素與造成事故的上述3個(gè)因素是“與”的關(guān)系,如圖1所示。

圖1 事故原因要素關(guān)系

人的狀態(tài)直接影響現(xiàn)場作業(yè)的安全性,人員心理和身體的監(jiān)控狀態(tài)、業(yè)務(wù)技術(shù)能力等狀態(tài)在變化之中,容易在作業(yè)過程中不自覺地產(chǎn)生安全隱患甚至發(fā)生事故。物的狀態(tài)是指作業(yè)中的涉及的設(shè)備、機(jī)器、安全工器具等。各種器具的質(zhì)量和狀態(tài)直接影響作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境因素主要是地理、氣象等。地理位置從“事前-事中-事后”來考慮,特別是事故救援條件尤為重要;氣象因素是指風(fēng)、雨、冰雪、環(huán)境溫度等,對(duì)野外作業(yè)影響較大。管理方面是通過管理制度的完善來抑制動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.4 線路作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)耦合

“耦合”是指2個(gè)或2個(gè)以上的體系或運(yùn)動(dòng)形式之間通過各種形式的相互作用而彼此影響以致聯(lián)合互動(dòng)的現(xiàn)象[9]。線路作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素相互影響會(huì)加速事故發(fā)生進(jìn)程甚至加重事故危害。將風(fēng)險(xiǎn)耦合分為單因素風(fēng)險(xiǎn)耦合、雙因素風(fēng)險(xiǎn)耦合和多因素風(fēng)險(xiǎn)耦合,若從風(fēng)險(xiǎn)耦合作用效果角度分析,則可以分為負(fù)向耦合、純度耦合和正向耦合[9],在線路作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理過程中,重點(diǎn)推進(jìn)負(fù)向耦合的典型案例和措施,降低正向耦合導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)放大。

2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)在電力線路風(fēng)險(xiǎn)管控中的應(yīng)用

電力線路風(fēng)險(xiǎn)要素的在線監(jiān)控相對(duì)困難。首先,電力線路現(xiàn)場作業(yè)的范圍廣,數(shù)據(jù)采集通訊傳輸受環(huán)境影響大;其次,線路各點(diǎn)的風(fēng)速、濕度、溫度等各種數(shù)據(jù)采集難度高;再次,桿塔的傾斜情況、拉線狀態(tài)等各種設(shè)施情況因素直接影響作業(yè)安全;最后,各種安全技術(shù)措施的監(jiān)控難以得到保障。登錯(cuò)桿塔、接地線安裝不規(guī)范導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)生。

針對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)要素監(jiān)控難題,利用新的數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行線路運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控,為作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理提供數(shù)據(jù)支撐,確定接地線和設(shè)備狀態(tài),降低觸電風(fēng)險(xiǎn);確定環(huán)境狀態(tài)、桿塔狀態(tài)的桿塔震動(dòng)情況和傾斜度等是否具備登桿條件,評(píng)估墜落、物體打擊等風(fēng)險(xiǎn);通過視頻對(duì)作業(yè)人員的各種行為和勞保穿戴等行為進(jìn)行監(jiān)測(cè),降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。這樣,對(duì)多數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控進(jìn)行定量分析,對(duì)管控措施的落實(shí)進(jìn)行監(jiān)控。

2.1 新型通訊技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

2.1.1北斗技術(shù)應(yīng)用

通過電力北斗通信通用模塊開發(fā)適用于多種通信接口,方便與各類電力設(shè)備對(duì)接通信。針對(duì)線路偏遠(yuǎn)且常規(guī)通訊無法實(shí)現(xiàn)的情況,將終端作為通用的數(shù)據(jù)傳輸天線使用,采用RS232、RS485 串口及網(wǎng)口,與遠(yuǎn)方電力設(shè)備通信接口對(duì)接,選擇低功耗芯片主處理器,保障野外穩(wěn)定運(yùn)行。該通訊方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜娓采w,成為其他通訊方式的補(bǔ)充,如圖2所示。

圖2 北斗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

北斗數(shù)據(jù)傳輸安全性高,但是一次傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)受限,一般為80字節(jié),需要對(duì)長數(shù)據(jù)進(jìn)行拆包和重新組包。組包后主要傳輸遙信等短數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)過長通過拆解分別發(fā)送,在前置通訊設(shè)備進(jìn)行重新組合,如圖3所示。

圖3 北斗數(shù)據(jù)通訊協(xié)議封裝

2.1.25G通訊技術(shù)應(yīng)用

發(fā)揮5G技術(shù)速度快的優(yōu)勢(shì),降低空口時(shí)延和引入邊緣計(jì)算的方式來提升通訊速度,通過數(shù)據(jù)切片技術(shù)保證數(shù)據(jù)安全。將線路上的配電終端(DTU)、饋線終端(FTU)、智能電表、集中器、采集器等設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)安全接入電力業(yè)務(wù)主站。通過提升數(shù)據(jù)傳輸速度,具備實(shí)時(shí)高清圖像傳輸和違章行為識(shí)別的能力,特別是電力線路等野外作業(yè)違章行為的自動(dòng)識(shí)別,如圖4所示。

圖4 5G應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 電網(wǎng)數(shù)據(jù)的全采集技術(shù)

針對(duì)電網(wǎng)安全技術(shù)措施中無法采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,如接地線的采集和安全工作區(qū)域圍欄的實(shí)時(shí)采集。通過對(duì)接地線進(jìn)行改造,接地線夾具掛接并觸發(fā)傳感器,用于北斗衛(wèi)星定位及其它模塊休眠喚醒,安裝位置及靈敏度至關(guān)重要。經(jīng)多款芯片搭建測(cè)試環(huán)境對(duì)比測(cè)試,最終確定為中科微北斗定位模組ATGM336H。該模組具有高靈敏度,且支持BDS/GPS/GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的單系統(tǒng)定位。通過替換U-blox的MAX系列多款GPS模塊,實(shí)現(xiàn)主要接口信號(hào)Pin-Pin兼容,內(nèi)置天線檢測(cè)電路及短路保護(hù)功能,如圖5所示。

圖5 中科微北斗定位模組ATGM336H模塊框圖

在接地線夾具頂端安裝磁敏傳感器,通過橫向銑槽的方式避免傳感器受夾具金屬屏蔽磁路的影響,避免誤動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線推動(dòng)觸頭移動(dòng)時(shí),嵌入的磁柱隨觸頭移動(dòng),經(jīng)過微孔,此時(shí)磁通量因無鋁層屏蔽而瞬間加大,確保掛接不同直徑接地線時(shí)磁敏傳感器可靠動(dòng)作[10],如圖6所示。

圖6 磁敏傳感器與核心電路板連接

通過新型采集裝置的使用實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)所有開關(guān)、刀閘狀態(tài)的全面采集工作,如圖7所示。通過數(shù)據(jù)的全采集消除了人為因素導(dǎo)致的誤操作行為,以軟閉鎖的模式實(shí)現(xiàn)相關(guān)的防誤掛接地線操作[11]。

圖7 刀閘遙信采集裝置

2.3 環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控技術(shù)

利用桿塔上的視頻終端和無線傳輸通道對(duì)風(fēng)向、溫度及濕度的氣象參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,為風(fēng)險(xiǎn)管控提供不同區(qū)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),評(píng)估線路絕緣子的覆冰情況,結(jié)合風(fēng)力數(shù)據(jù)和線路狀態(tài)評(píng)估線路舞動(dòng)情況,對(duì)作業(yè)的可行性提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 線路設(shè)施狀態(tài)的采集監(jiān)控

利用現(xiàn)場線路設(shè)施狀態(tài),評(píng)估現(xiàn)場作業(yè)人員中物的安全狀態(tài),通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接數(shù)據(jù)與風(fēng)險(xiǎn)管控作業(yè)系統(tǒng)。

a) 桿塔傾斜及振動(dòng)監(jiān)測(cè)。采用桿塔傾斜自動(dòng)化檢測(cè)的方法,將桿塔傾斜狀態(tài)傳送到監(jiān)測(cè)中心,方便工作人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)和對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及分析。根據(jù)桿塔的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)桿塔傾斜檢測(cè)的自動(dòng)化,網(wǎng)絡(luò)化及安全化[12]。

b) 導(dǎo)地線舞動(dòng)及微風(fēng)振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。微風(fēng)振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采用具備傳感功能、采集功能、通信功能、自啟動(dòng)功能和在線診斷功能的新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[13],在線路安裝導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合,同時(shí)對(duì)多個(gè)不同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理,計(jì)算輸電線路的信息及運(yùn)行參數(shù),分析輸電線路是否有舞動(dòng)危害發(fā)生,消除舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 視頻監(jiān)控技術(shù)在電力線路風(fēng)險(xiǎn)管控中的應(yīng)用

3.1 電力線路視頻監(jiān)控技術(shù)

通過重點(diǎn)線路逐個(gè)安裝的模式實(shí)現(xiàn)了輸電線路的全監(jiān)控,終端以太陽能板和電池為電源,應(yīng)用視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控和圖片定時(shí)拍攝傳輸相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡視,提供實(shí)時(shí)圖像。

3.2 電力線路圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別終端采用人員身份識(shí)別模式,判斷作業(yè)人員所持有的特種作業(yè)證等是否符合要求,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)作業(yè)時(shí)間,評(píng)估人員狀態(tài)是否可以繼續(xù)工作。通過違章行為識(shí)別功能,對(duì)部分違章行為如安全帽、工作服的穿戴,安全帶的穿戴,物料、工器具傳遞規(guī)范性等行為進(jìn)行識(shí)別,為現(xiàn)場作業(yè)的管理人員進(jìn)行提示,降低動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn),其識(shí)別流程如圖8所示。

圖8 視頻識(shí)別流程

3.2.1作業(yè)行為識(shí)別

根據(jù)作業(yè)票據(jù)的工作任務(wù)和停電范圍進(jìn)行識(shí)別,針對(duì)人員在作業(yè)邊界外進(jìn)行作業(yè)的行為進(jìn)行告警。

3.2.2異常行為識(shí)別

作業(yè)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員異常行為,對(duì)其行為進(jìn)行告警,并通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人,對(duì)各種行為進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì),如表4所示。

表4 現(xiàn)場測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

4 作業(yè)流程管控技術(shù)在電力線路風(fēng)險(xiǎn)管控中的應(yīng)用

通過區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),保證作業(yè)過程數(shù)據(jù)正確性和不易修改性,對(duì)現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。作業(yè)過程中,通過手持式終端對(duì)每一個(gè)流程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn),通過各信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)的對(duì)接,進(jìn)行自動(dòng)核對(duì)?，F(xiàn)場作業(yè)的流程圖,如圖9所示。

圖9 現(xiàn)場作業(yè)流程

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的各種要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控,不斷優(yōu)化管控措施,降低人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)及預(yù)警。作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控流程如圖10所示。

圖10 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控流程

5.1 作業(yè)前的安全評(píng)估

通過氣象傳感器采集作業(yè)環(huán)境狀態(tài),提前掌握現(xiàn)場情況,高溫、大風(fēng)等天氣應(yīng)合理安排作業(yè)時(shí)間,減少不必要的停電和車輛往返。同時(shí),通過鐵塔震動(dòng)和傾斜檢測(cè)分析當(dāng)前狀態(tài)是否具備登桿條件,結(jié)合遠(yuǎn)程傳感器的數(shù)據(jù)采集快速判斷現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境,判斷是否符合作業(yè)條件。2023年1至8月,通過作業(yè)前安全評(píng)估,某油田電網(wǎng)因作業(yè)條件評(píng)估不合格取消作業(yè)、調(diào)整檢維修計(jì)劃31次,如表5所示。

表5 因作業(yè)條件評(píng)估不合格取消的作業(yè)次數(shù)

5.2 作業(yè)過程流程監(jiān)控

作業(yè)流程的監(jiān)控確保了作業(yè)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)規(guī)范執(zhí)行。例如,安全措施或工作許可未完成開始作業(yè)易造成觸電風(fēng)險(xiǎn)。2023年1至8月,通過作業(yè)流程監(jiān)控,某油田電網(wǎng)累計(jì)停止了缺少流程節(jié)點(diǎn)的作業(yè)33次,如表6所示。

表6 因作業(yè)流程不合格停止的作業(yè)次數(shù)

5.3 作業(yè)過程視頻監(jiān)控

作業(yè)過程中通過視頻迅速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場中的不安全因素,并及時(shí)告知現(xiàn)場作業(yè)人員,消除作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素。通過視頻監(jiān)控,識(shí)別作業(yè)過程中的典型危險(xiǎn)因素。例如,戴手套使用大錘易造成人身傷害;登桿作業(yè)過程中器具未使用防墜落措施易造成物體打擊;腳扣帶磨損嚴(yán)重易造成高處墜落或者扭傷;現(xiàn)場作業(yè)人員在同一桿上下兩組交叉同時(shí)作業(yè)易造成物體打擊。2023年1至8月,通過圖像識(shí)別技術(shù),某油田電網(wǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止作業(yè)過程未遂事件共計(jì)200余起。

6 結(jié)語

某油田電網(wǎng)提出了基于多數(shù)據(jù)采集的電力線路作業(yè)安全管控技術(shù)方法并進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。該技術(shù)方法通過采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)并加以分析利用,為現(xiàn)場作業(yè)人員提供了實(shí)時(shí)的氣象數(shù)據(jù)、震動(dòng)和傾斜等設(shè)備狀態(tài),綜合評(píng)估是否具備登桿條件,實(shí)現(xiàn)提前預(yù)知,避免了帶電、風(fēng)速過大及結(jié)冰登桿、線路舞動(dòng)作業(yè)等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè);通過現(xiàn)場視頻監(jiān)控對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行確認(rèn),同時(shí)對(duì)不規(guī)范行為進(jìn)行識(shí)別,及時(shí)通知相關(guān)人員,降低了事故發(fā)生概率;通過作業(yè)流程的線上管理規(guī)范作業(yè)流程,提升了作業(yè)規(guī)范性。通過綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)的采集與風(fēng)險(xiǎn)管控措施,有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提升作業(yè)安全性,為電力線路安全管理提供了新的技術(shù)路線。