基于最低合理可行准则的接地网安全风险评估

该文综合考虑接地网所处的环境、人员出现的概率等,计算人身安全事故的总概率。采用最低合理可行(ALARP)准则风险评价体系对接地网进行安全评价,对落入不同区域的风险概率进行相应的风险管理,能够降低接地网的改造费用。为电网运行和设计部门提供了一种新的接地网评价方法。

近年来，由于社会经济的发展，电力需求的增加，电力系统容量得到了很大的提高，从而导致电力系统的短路电流增大。考虑电力系统的安全、可靠、稳定运行，电力运行和设计部门更加注重接地系统的安全性。

目前国内出台了接地设计安全标准，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 DL/T 621-1997 标准，2011年12月发布了 GB50065-2011标准。

接地装置设计技术规范对我国接地装置的安全设计与评估具有重要的实际意义。发变电站接地网的设计目标是保证发变电站内的人员免遭受跨步和接触电压的危害，要求发变电站接地网的安全需要全方面地考虑各个因素。我国接地网的安全设计是根据设计规范手册中的公式和设计者的经验完成的。

文献[5，6]根据我国接地标准的推荐公式，计算得到接地网表面的最大接触电压和最大跨步电压，并将计算结果与规程允许值对比，判断该接地网是否符合安全性要求。

随着电力工业的发展，影响变电站接地网安全性能的因素越来越多。规范中的公式虽然具有一定的实用价值，但其仅仅考虑了最简单的接地网周围环境，没有全面地考虑各种影响，适用的范围比较狭窄，不能满足对接地网的安全设计要求。

目前国内接地网设计主要依据DL/T 621-1997，其明确要求接地装置的接地电阻应符合R≤2000/I，与IEEE std80-2000的主要差异在于：DL/T 621-1997更关注设备的安全，主要考虑接地电阻; IEEE std80-2000更注重人身安全，因此对接地网的跨步电压和接触电压都提出了要求。

目前随着系统短路电流不断增大，在地质条件较差、接地网面积受限的情况下，将接地电阻降低到2000/I以下，从技术和经济上均不合理。而实际工程中，通过合理的设计，接地电阻超过允许值时，仍能保障人员与设备的安全。因此评价接地网的安全不仅仅从接地电阻考虑，还需对接地网的跨步电压和接触电压进行评价。

在传统的接地网安全评价中，都是以接地网容许的接触电压和跨步电压与地网出现的最大接触电压和跨步电压对比，因此接地网接触电压和跨步电压阈值的计算十分重要。

但是，地表层土壤电阻率、接地故障电流存在的时间等都是随机变量，无法准确得到其上、下限。而根据经验选定的参数具有一定的随机性，从经济角度是不合理的。

实际上，接地网的安全本身是一个风险系统，容许其具有一定的安全风险在经济上反而较为合理。因此，从20世纪80年代起，国外就开始研究接地装置的安全风险评估。

1983年，M.A. El-Kady等率先将概率统计法应用于高压输电线路杆塔接地装置的安全概率计算中，并得到Ontario Hydrogen变电站230kV和500kV的跨步电压和接触电势的概率分布。Wang Wen等于1986年利用概率统计法计算得到了高压直流接地极的安全概率风险值，并对影响安全概率的因素进行了灵敏度分析。

文献[12]对澳大利亚某电站接地装置进行了安全水平的计算，结果表明接地装置发生人身安全事故的概率为0. 002404次/年，但并未对该概率进行分级类别。人们往往认为发生人身安全事故的风险概率越小越好，但是降低发生事故的概率是需要付出代价的，因此如何评价该事故概率是安全、可接受的，是目前需要解决的问题。

最低合理可行(As Low As Reasonably Practicable， ALARP)准则作为风险评价的标准框架，已广泛应用于各种风险管理和决策制定中，成为当前国内外普遍采用的一种风险判据原则。

1949年，英国煤炭局与Edwards发生了一场法律纠纷，后来直接导致了ALARP的诞生。其后，英国健康安全委员会将该准则用于健康指导等领域，明确表明将ALARP准则作为风险系统管理和评估的重要依据。

ALARP准则将风险概率分为风险不可接受区域、最低合理可行区域和风险可忽略区域三个区域。对计算得到的风险概率值落入不同的风险区域提出不同的处理措施。

本文将人体电阻、土壤表层电阻率、短路电流持续时间作为随机变量考虑，通过数学概率统计原理，推导计算发生人身安全伤害事故的风险概率，通过ALARP准则对接地网发生人身安全事故进行安全评估。

图2 安全概率评估流程

结论

本文基于概率统计原理和最低合理可行准则，提出一种接地网安全风险评估方法。该评估方法考虑了人体电阻、地表层土壤电阻率和短路电流持续时间等影响因素的随机特性对危及人生安全的概率影响; 同时引入风险管理中的最低合理可行准则，对接地网发生人身安全事故的风险概率进行评估，能给出体现差异和较为客观的地网安全评估结论，避免不必要的地网投资增加。

实例评估分析表明：在接地网接地电阻大于设计值0. 5Ω的情况下，如果按照传统的降阻办法实施，由于现场条件的限制会带来较大浪费，采用本文所提出的地网安全评估方法所得结论在技术经济方面更合理、可行。

该文综合考虑接地网所处的环境、人员出现的概率等,计算人身安全事故的总概率。采用最低合理可行(ALARP)准则风险评价体系对接地网进行安全评价,对落入不同区域的风险概率进行相应的风险管理,能够降低接地网的改造费用。为电网运行和设计部门提供了一种新的接地网评价方法。

近年来，由于社会经济的发展，电力需求的增加，电力系统容量得到了很大的提高，从而导致电力系统的短路电流增大。考虑电力系统的安全、可靠、稳定运行，电力运行和设计部门更加注重接地系统的安全性。

目前国内出台了接地设计安全标准，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 DL/T 621-1997 标准，2011年12月发布了 GB50065-2011标准。

接地装置设计技术规范对我国接地装置的安全设计与评估具有重要的实际意义。发变电站接地网的设计目标是保证发变电站内的人员免遭受跨步和接触电压的危害，要求发变电站接地网的安全需要全方面地考虑各个因素。我国接地网的安全设计是根据设计规范手册中的公式和设计者的经验完成的。

文献[5，6]根据我国接地标准的推荐公式，计算得到接地网表面的最大接触电压和最大跨步电压，并将计算结果与规程允许值对比，判断该接地网是否符合安全性要求。

随着电力工业的发展，影响变电站接地网安全性能的因素越来越多。规范中的公式虽然具有一定的实用价值，但其仅仅考虑了最简单的接地网周围环境，没有全面地考虑各种影响，适用的范围比较狭窄，不能满足对接地网的安全设计要求。

目前国内接地网设计主要依据DL/T 621-1997，其明确要求接地装置的接地电阻应符合R≤2000/I，与IEEE std80-2000的主要差异在于：DL/T 621-1997更关注设备的安全，主要考虑接地电阻; IEEE std80-2000更注重人身安全，因此对接地网的跨步电压和接触电压都提出了要求。

目前随着系统短路电流不断增大，在地质条件较差、接地网面积受限的情况下，将接地电阻降低到2000/I以下，从技术和经济上均不合理。而实际工程中，通过合理的设计，接地电阻超过允许值时，仍能保障人员与设备的安全。因此评价接地网的安全不仅仅从接地电阻考虑，还需对接地网的跨步电压和接触电压进行评价。

在传统的接地网安全评价中，都是以接地网容许的接触电压和跨步电压与地网出现的最大接触电压和跨步电压对比，因此接地网接触电压和跨步电压阈值的计算十分重要。

但是，地表层土壤电阻率、接地故障电流存在的时间等都是随机变量，无法准确得到其上、下限。而根据经验选定的参数具有一定的随机性，从经济角度是不合理的。

实际上，接地网的安全本身是一个风险系统，容许其具有一定的安全风险在经济上反而较为合理。因此，从20世纪80年代起，国外就开始研究接地装置的安全风险评估。

1983年，M.A. El-Kady等率先将概率统计法应用于高压输电线路杆塔接地装置的安全概率计算中，并得到Ontario Hydrogen变电站230kV和500kV的跨步电压和接触电势的概率分布。Wang Wen等于1986年利用概率统计法计算得到了高压直流接地极的安全概率风险值，并对影响安全概率的因素进行了灵敏度分析。

文献[12]对澳大利亚某电站接地装置进行了安全水平的计算，结果表明接地装置发生人身安全事故的概率为0. 002404次/年，但并未对该概率进行分级类别。人们往往认为发生人身安全事故的风险概率越小越好，但是降低发生事故的概率是需要付出代价的，因此如何评价该事故概率是安全、可接受的，是目前需要解决的问题。

最低合理可行(As Low As Reasonably Practicable， ALARP)准则作为风险评价的标准框架，已广泛应用于各种风险管理和决策制定中，成为当前国内外普遍采用的一种风险判据原则。

1949年，英国煤炭局与Edwards发生了一场法律纠纷，后来直接导致了ALARP的诞生。其后，英国健康安全委员会将该准则用于健康指导等领域，明确表明将ALARP准则作为风险系统管理和评估的重要依据。

ALARP准则将风险概率分为风险不可接受区域、最低合理可行区域和风险可忽略区域三个区域。对计算得到的风险概率值落入不同的风险区域提出不同的处理措施。

本文将人体电阻、土壤表层电阻率、短路电流持续时间作为随机变量考虑，通过数学概率统计原理，推导计算发生人身安全伤害事故的风险概率，通过ALARP准则对接地网发生人身安全事故进行安全评估。

图2 安全概率评估流程

结论

本文基于概率统计原理和最低合理可行准则，提出一种接地网安全风险评估方法。该评估方法考虑了人体电阻、地表层土壤电阻率和短路电流持续时间等影响因素的随机特性对危及人生安全的概率影响; 同时引入风险管理中的最低合理可行准则，对接地网发生人身安全事故的风险概率进行评估，能给出体现差异和较为客观的地网安全评估结论，避免不必要的地网投资增加。

实例评估分析表明：在接地网接地电阻大于设计值0. 5Ω的情况下，如果按照传统的降阻办法实施，由于现场条件的限制会带来较大浪费，采用本文所提出的地网安全评估方法所得结论在技术经济方面更合理、可行。