一种基于alarp原则的接地装置安全风险评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ALARP准则的接地装置安全风险评估方法，考虑了人体电阻、土壤表层电阻率、接地短路故障持续时间随机量，计算得到接地装置发生人身伤害事故的风险概率。然后基于ALARP准则对接地装置附近人身安全伤害进行风险评估。首先根据试验统计资料对人体电阻、表层土壤电阻率、短路电流持续时间进行了随机特性分析。基于概率统计法原理计算得到了接地装置出现危及人身安全的接触电势和跨步电势的概率PT1PS1，人出现在危险电压下的概率P2，然后得出人身安全伤害概率PT＝PT1P2PS＝PS1P2，最后根据ALARP准则对人身安全伤害风险概率进行评估，根据所处风险等级指导接地装置设计与改造，为接地装置安全风险评估提供了一种新方法。
【专利说明】
-种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法，属于接地装置附 近人身安全伤害的风险评估技术领域。
【背景技术】
[0002] 根据国家电网近年来发展规划，llOkV及W上线路将超过100万公里，其中特高压 交流输电线路3.9万公里。因此随着电网的发展和电网规模的迅速扩大，W及交直流混合输 电网络的逐步形成，同时由于在经济发达地区的城乡一体化的发展，高压输电线路和变电 站的建设密度越来越大，输电线路、变电站不可避免地穿越城镇、工厂、居民区等人口密集 区域，目前变电站接地系统的安全性越来越受到重视。当系统发生接地短路时，流经接地装 置的入地电流引起接地装置对地电位升高，当运行维护人员等在系统故障时，手触及带电 构架而导致的接触电位差或者双脚之间的跨步电位差超过一定值就会使其遭受到电击，其 人身安全受到威胁。根据资料表明，目前国内外已经发生多起因接地装置而导致的人身财 产安全受到损害的事故。例如2009年8月26日1別寸40分左右，湖北宜昌开发区东苑新城有Ξ 人在雷雨中意外死亡，事故调查表明，Ξ人因为跨步电压触电而死亡。在湖南也曾发生过因 为接地系统接地短路而产生的跨步电压造成村民人身财产安全受到损失的事故。
[0003] 实际上，近年来由于电力系统容量的迅速扩大，入地短路电流的大幅升高、先进监 控设备抗干扰能力的减弱，为了保证电力系统安全可靠运行，电力运行和设计部口更加注 重接地装置的安全性。目前国内也陆续出台了多个接地设计安全标准规范，用于指导接地 装置的安全设计与评估。1998年1月由电力工业部公布并实施了《交流电气装置的接地化/T 621-1997》标准，此后于2011年12月发布了新的国家标准《GB0065-2011交流电气装置的设 计规范》。该标准规范是根据原水利电力部1979年1月颁发的SDJ/-79《电力设备接地设计 技术规程》和1984年3月颁发的SD119-84《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地 暂行技术标准》，经合并、修订之后发布的。
[0004] 在传统的接地评估中，往往是将人体电阻，人体与地表层的接触电阻、短路电流持 续时间均看做是单一值，如人体电阻一般取1500欧姆，短路电流持续时间一般取0.5秒，该 方法对接地装置的安全评估采取"一刀切"处理，并未考虑接地装置所处的环境，人员出现 的概率等，无疑加大了其经济投入。实际上，任何一个系统并非绝对安全，因此需要一种新 的安全评价方法，合理的评价变电站接地装置的安全性。
【发明内容】
[0005] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于ALARP原则的接地装 置安全风险评估方法。
[0006] 技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种基于ALARP准则的接地装置安全风险评估方法，具体包括如下步骤：
[000引步骤一:根据资料分析得到人体电阻的随机特性f (化），得到±壤表层电阻率的随 机特性f(P)、短路故障持续时间；
[0009] 步骤二:根据概率统计法得到人体所能耐受的接触电势概率分布函数F化t)、耐受 的跨步电势概率分布函数F化S);
[0010] 步骤S :分别求解接地装置出现危及人身安全的接触电势的概率
(6中f (Vt)，f(Vs)为根据变电站运行年W来可能出现的接触电势和跨步电势的概率分布函数；
[0011] 步骤四：求解人出现在危险电压下的概率P2;
[001^ 步骤五：接地装置发生人身安全事故的概率为:？了 = ?了化爪=?5化;？了爪分别表 示接触电势和跨步电势发生人身安全事故的概率；
[001引步骤六:根据ALARP准则，判断人身安全事故的概率Pt、Ps位于哪一区域，对接地装 置采用不同的改造或设计方案。
[0014] 具体处理方式如下：
[0015] 1、当人身安全事故的概率风险值位于不可容忍区域，必须采取措施，改造或者更 换接地装置，采取强制性风险控制措施W减少风险。
[0016] 2、当人身安全事故的概率风险值位于可忽略区域，认为风险处于很低的水平，被 评价的接地装置处于很安全的状态，无需采用任何风险控制措施。
[0017] 3、当人身安全事故的概率风险值位于ALARP区域，则需要根据实际情况采取措施。 需要进行经济技术比较，W确定是否有必要采取风险控制来降低风险。
[0018] 作为优选方案，在步骤二中F化t)、F(Es)求解方法为：
[0019] 人体允许的接触电势为：
[0020] 人体所允许的跨步电势巧
[0021] 其中化为人体的电阻，0为±壤表层电阻率，t为接地短路电流持续时间。
[0022] 根据资料分析人体电阻为正态分布的随机变量，设馬-;表层±壤电阻 率也为服从正态分布，设户~,~'的，巧;）。设中间变量Zt = 0.116Rb+0.174P，Zs = 0.116Rb+ 0.696P
[0023] 其中：Wzi、〇_-分别是中间变量zt的期望和标准差，σ_-。、^分别是中间变量Zs的 期望和标准差。
[0024] 由概率论知识可得到人体所能耐受的接触电势的分布函数为：
[0025]
[0026] 其中巧、/?表示短路电流持续时间ti所对应的概率，
[0027] 同理人体所能耐受的跨步电势的分布函数为：
[002引
[0029] 作为优选方案，在步骤Ξ中通过现场运行数据或者测量数据得到接地装置可能出 现的接触电势概率分布函数
〇能出现的跨步电势概率分 布函数
[0030] 其中Vt接地装置可能出现的接触电势，";.，f了1.分别表示为Vt的期望和标准差，是接 触电势的两个统计量。Vs为接地装置可能出现的跨步电势，分别表示为Vs的期望和标 准差，是跨步电势的两个统计量。
[0031] 在步骤Ξ中求得出现危及人身安全的接触电势的概率Ρτι为：
[0032]
[0037] 其中：
，Tf为一次故障的平均持续时间;Te为人出现一次的 平均持续时间；T为研究时间，一般为一年，ff为研究时段内发生接地故障的平均次数，fe为 在研究的运一段时间内人出现在现场的平均次数，η为发生接地故障的次数。
[0038] 有益效果:本发明提供的一种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法，根据 变电站历史运行资料，考虑了人体电阻、±壤表层电阻率、短路故障持续时间随机变量影响 因素，计算出接地装置发生人身安全伤害风险概率，然后基于ALARP准则的对该风险安全概 率进行分级，将风险水平分为不同区域，对处于不同区域的接地装置采取不同的措施，对接 地装置安全有更全面的了解。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明地网示意图；
[0040] 图2是本发明ALARP准则的评价标准。
【具体实施方式】
[0041 ]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0042] 如图1所示，地网大小为100 X 400m2，地网导体直径为0.014m，地网埋深h = 0.5m。 网孔数为2 X 5，当地±壤电阻率为300 Ω . m。由于接地故障的发生是偶然的，所W在所研究 的时段内，接地故障的随机数K服从泊松分布。经由变电站的历史运行统计数据可W得到， 在研究时段内（1年），发生接地故障的平均次数为1次，人出现在地网附近的平均人次数为 10次。统计变电站运行年W来，得到地网可能出现的接触电势值，并对该数据进行正态分布 函数拟合，得到其正态分布参数。即Vt~N(100,402)，地网出现的跨步电势的分布即为Vs~N (80,302)。人体电阻随多种因素影响，根据试验，得到人体电阻服从化~N(1341.8,9702)，其 正态分布均值表示的是人体电阻处于1341 Ω附近，其标准差表示为由于其所处环境，皮肤 状况等影响因素对人体电阻的偏差影响。根据电站统计数据，可得到接地短路短路电流持 续时间t的分布如下表1所示，
[0043]
[0044] 该接地短路电流持续时间取主保护动作的接地短路等效时间。一次故障的平均持 续时间为Tf = Imin,人出现一次的平均持续时间为Te= Ih。由matlab编程计算得到：由 matlab编程得到地网上出现的接触电压危及人身安全事故的概率Ρτι = 0.0022;出现的跨步 电压危及人身安全事故的概率Psi = 6.2Xl(T4。人出现在危险电压下的概率Ρ2 = 0.0012。总 的人身安全事故概率为：
[0045] Ρτ=ΡτιΡ2 = 2.58 X 10-6 次 / 人死亡.年
[0046] Ps = PsiP2 = 7.18 X 1〇-7 次 / 人死亡.年
[0047] 如图2所示，可W看出：人身安全事故概率> 6.558Χ10-4设置为不可接受区域;人 身安全事故概率6.558 X 10-4~10-6之间设置为ALARP区域;人身安全事故概率Ps< 10-6设置 为可忽略区域。
[004引 Ρτ概率值位于6.558 X 10-4~10-6之间，位于ALARP区域，根据ALARP准则，即需要对 其进行技术经济比较，若地网改造过于昂贵，该风险值可W忍受，反之改造费用可W接受， 则尽量将该风险值降到可忽略区域。
[0049] Ps<l(T6,位于可忽略区域，根据ALARP准则，即认为发生人身安全风险的概率低于 可忽略风险临界值，不需要对其进行改造。
[0050] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法，其特征在于:包括步骤如下： 步骤一:根据资料分析得到人体电阻的随机特性f(R b)，得到土壤表层电阻率的随机特 性f (P)、短路故障持续时间； 步骤二:根据概率统计法得到人体所能耐受的接触电势概率分布函数F(Et)、耐受的跨 步电势概率分布函数F(ES); 步骤三:分别求解接地装置出现危及人身安全的接触电势的概率4= J7厂(€)/(〇/「 和危及人身安全的跨步电势的概率;其中f(Vt)，f(Vs)为根据变电站 运行年以来可能出现的接触电势和跨步电势的概率分布函数； 步骤四：求解人出现在危险电压下的概率P2; 步骤五:接地装置发生人身安全事故的概率为:Ρτ = PT1P2，Ps = PS1P2; Ρτ，Ps分别表不接触 电势和跨步电势发生人身安全事故的概率； 步骤六:根据ALARP准则，判断人身安全事故的概率PT、Ps位于哪一区域，对接地装置采 用不同的改造或设计方案： 6a.当人身安全事故的概率风险值位于不可容忍区域，必须采取措施，改造或者更换接 地装置，采取强制性风险控制措施以减少风险； 6b.当人身安全事故的概率风险值位于可忽略区域，认为风险处于很低的水平，被评价 的接地装置处于很安全的状态，无需采用任何风险控制措施； 6c.当人身安全事故的概率风险值位于ALARP区域，则需要根据实际情况采取措施。需 要进行经济技术比较，以确定是否有必要采取风险控制来降低风险。2. 根据权利要求1所述的一种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法，其特征在 于:所述步骤二中F(Et)、F(E S)求解方法为：其中Rb为人体的电阻，P为土壤表层电阻率，t为接地短路电流持续时间； 根据资料分析人体电阻为正态分布的随机变量，设馬~汉;表层土壤电阻率也 为服从正态分布，设/7 ~,，<)。设中间变量Zt = 0.116Rb+0.1 74p，Zs = 0.116Rb+0.696Ρ; 其中：I、4分别是中间变量Zt的期望和标准差，&、气分别是中间变量Zs的期望 和标准差。 由概率论知识可得到人体所能耐受的接触电势的分布函数为：表示短路电流持续时间^所对应的概率， 同理人体所能耐受的跨步电势的分布函数为：3. 根据权利要求1所述的一种基于ALARP原则的接地装置安全风险评估方法，其特征在 于:所述步骤三中通过现场运行数据或者测量数据得到接地装置可能出现的接触电势概率可能出现的跨步电势概率分布函数 ，其中Vt接地装置可能出现的接触电势，分别表示为1的期望和标准差，是接触电 势的两个统计量;1为接地装置可能出现的跨步电势，\，<\分别表示为Vs的期望和标准 差，是跨步电势的两个统计量； 在步骤三中求得出现危及人身安全的接触电势的概率Pn为：同理也可推导得到危及人身安全的跨步电势PS1S:〇4. 根据权利要求1所述的一种基于ALARP原则的接地装置安全风险 评估方法，其特征在于:所述步骤四中人出现在危险电压下的概率Tf为一次故障的平均持续时间；为人出现一次的平均 持续时间；T为研究时间，一般为一年，ff为研究时段内发生接地故障的平均次数，为在研 究的这一段时间内人出现在现场的平均次数，η为发生接地故障的次数。
【文档编号】G06Q50/26GK105825334SQ201610148074
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】潘文霞, 周建文, 柴守江, 杨刚
【申请人】河海大学