配網(wǎng)不停電作業(yè)絕緣降溫防護(hù)設(shè)備研究進(jìn)展

夏 震，王 建，汪篤紅，王 健，周 濤，孫 軍

( 國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶對“零感知”停電的需求越來越高，這給供電公司供電可靠性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平提出了更高要求。因此，配網(wǎng)不停電作業(yè)也慢慢發(fā)展為城市配網(wǎng)檢修作業(yè)的主要方式。雖然城市配網(wǎng)檢修作業(yè)主要為“春檢”和“秋檢”，但由于一些大中城市負(fù)荷密度高，用戶需求多樣紛繁，即使在炎熱夏季仍然有許多配網(wǎng)施工作業(yè)。配網(wǎng)不停電作業(yè)個(gè)人基礎(chǔ)防護(hù)用具4件套為絕緣安全帽、絕緣服、絕緣手套和絕緣鞋。在高氣溫、強(qiáng)輻射和高氣濕的夏季及夏秋交替季節(jié)，配網(wǎng)不停電作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度明顯增大，給作業(yè)人員的體力和耐力提出了極大考驗(yàn)，也增大了配網(wǎng)不停電作業(yè)安全性風(fēng)險(xiǎn)。因此，對配網(wǎng)不停電作業(yè)用絕緣降溫防護(hù)設(shè)備的需求越來越緊迫。本文從高氣溫對配網(wǎng)不停電作業(yè)人員的影響出發(fā)，對現(xiàn)階段不停電作業(yè)絕緣降溫防護(hù)設(shè)備的研究進(jìn)展進(jìn)行概述總結(jié)，并探討新型防護(hù)設(shè)備的研究思路。

1 高溫作業(yè)的影響及防護(hù)措施

在夏季進(jìn)行配網(wǎng)不停電檢修時(shí)，作業(yè)人員除受太陽的輻射作用外，還受被加熱的地面及周圍物體放出的熱輻射作用。以下幾個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致在高溫條件下開展配網(wǎng)不停電作業(yè)人員出現(xiàn)強(qiáng)烈的熱應(yīng)激[1]。

(1)絕緣安全帽、絕緣服、絕緣手套等的密閉性較強(qiáng)，使人體熱量的散失和汗液的蒸發(fā)受到限制。

(2)絕緣服吸收太陽輻射熱量，由于內(nèi)部空氣無法流通，熱量無法流失，故而溫度不斷升高。

(3)絕緣斗深度僅1.2 m，加之斗內(nèi)放置絕緣遮蔽工具、施工材料等物體，使其內(nèi)部空氣不流通，阻礙空氣對流散熱。

(4)配網(wǎng)不停電作業(yè)時(shí)作業(yè)人員精神高度緊張，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人體散發(fā)的熱量會(huì)大幅提升。

當(dāng)作業(yè)人員身體熱量無法及時(shí)散發(fā)，將會(huì)出現(xiàn)體力、耐力明顯減退情況，甚至引發(fā)中暑，不僅降低了不停電作業(yè)效率，還增加了事故發(fā)生概率。

目前夏季開展配網(wǎng)不停電作業(yè)采取的人身安全防護(hù)措施主要有以下幾種。

(1)錯(cuò)時(shí)。早班制，早出發(fā)、早結(jié)束，避開一天中溫度最高的時(shí)間段。

(2)保證足夠的休息時(shí)間。人員輪換安排，合理調(diào)節(jié)日常作業(yè)和搶修作業(yè)。

(3)現(xiàn)場合理執(zhí)行組織措施。加強(qiáng)作業(yè)人員的監(jiān)護(hù)，調(diào)整長時(shí)間戶外高溫作業(yè)工作間斷，調(diào)整上下作業(yè)人員分工。

(4)配備鹽汽水、防暑降溫藥品等。

目前防護(hù)措施的不足是缺少特殊勞動(dòng)防護(hù)設(shè)備對人體降溫?？刹扇〉难a(bǔ)充措施有：在絕緣斗臂車的工作斗內(nèi)加裝強(qiáng)迫通風(fēng)裝置；在工作服內(nèi)穿戴降溫服來改善人體表面微氣象條件。對比兩種措施，改裝絕緣斗難度較大，斗內(nèi)加裝的通風(fēng)裝置不能太小，否則功率不足，裝置太大會(huì)占用斗內(nèi)空間，而且作業(yè)人員穿戴的絕緣手套、絕緣披肩密不透風(fēng)，嚴(yán)重影響斗內(nèi)通風(fēng)裝置的效果。個(gè)人可穿戴降溫設(shè)備靈活便利，可以通過微氣候降溫系統(tǒng)(Microclimate Cooling Systrm, 簡稱MCS)調(diào)節(jié)人體表微氣象更容易實(shí)現(xiàn)溫度控制，降低作業(yè)人員的不適感。

2 可利用降溫技術(shù)

人體的散熱途徑有4類：傳導(dǎo)、對流、輻射和蒸發(fā)。如能夠改善這些因素的任何一條途徑均可能用于開發(fā)新的降溫服裝，具體可分類為主動(dòng)式降溫方法和被動(dòng)式降溫方法兩種[3]。

2.1 被動(dòng)式降溫法

被動(dòng)式降溫法不依賴外部電源設(shè)備來提供循環(huán)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)降溫，而且通過使用冰袋或凝膠來降溫，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、便攜，缺點(diǎn)是降溫時(shí)效短，重量大，易發(fā)生材料泄漏等安全問題。被動(dòng)式降溫法種類如表1所示。

2.2 主動(dòng)式降溫法

主動(dòng)式降溫法是一種更“高科技”的降溫方法，其使用電動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行空氣、冷水或冷卻液循環(huán)。主動(dòng)式降溫法由于采用電動(dòng)組件，降溫時(shí)間長，可控性和降溫效果更好。主動(dòng)式降溫法種類如表2所示。

表2 主動(dòng)式降溫法種類

3 配網(wǎng)不停電作業(yè)可穿戴降溫設(shè)備

隨著配網(wǎng)不停電作業(yè)的發(fā)展，對降溫服的需求越來越迫切，目前已研發(fā)可用的降溫服種類如下。

3.1 風(fēng)循環(huán)降溫服(氣體冷卻服)

在工作服上加裝風(fēng)扇是一種簡便的降溫方法，利用風(fēng)循環(huán)降低體表溫度。風(fēng)循環(huán)降溫服結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，但是降溫位置固定，降溫效果差，長期對著一個(gè)位置吹會(huì)造成身體不適。風(fēng)循環(huán)降溫服如圖1所示。

(1)改進(jìn)型風(fēng)循環(huán)降溫服，是基于微型風(fēng)扇陣列的風(fēng)循環(huán)降溫服[5]，其風(fēng)扇尺寸較小，因而易于編織到衣服內(nèi)，通過調(diào)節(jié)集成風(fēng)扇陣列，還可實(shí)現(xiàn)對身體特定部位進(jìn)行降溫。微型風(fēng)扇體積小，重量輕，能耗低，人體穿著后無明顯不適，舒適性高。

(2)新型氣冷式微循環(huán)降溫服，由數(shù)根軟管或氣囊組成，軟管(或氣囊)在貼近皮膚的位置開有小孔，降溫服與制冷器通過總管相連。通過空氣的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了人體對流、蒸發(fā)散熱功能，可以為作業(yè)人員提供足夠的制冷量，同時(shí)提高了舒適性。

圖1 風(fēng)循環(huán)降溫服

3.2 降溫袋降溫服

降溫袋降溫服是利用馬甲內(nèi)裝設(shè)降溫材料提供冷源制冷，制冷源通常是利用冷凝膠或相變材料作為降溫劑，將降溫袋放入冰箱冷凍凝結(jié)后，插入馬甲背心降溫口袋中使用。降溫袋降溫服結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是降溫持續(xù)時(shí)間短，蓄冷、存儲(chǔ)、運(yùn)輸不便，重量大，會(huì)加重帶電作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)[9]。

降溫袋降溫服如圖2所示。

圖2 降溫袋降溫服

3.3 冰水循環(huán)降溫服(液體冷卻服)

冰水循環(huán)降溫服俗稱水冷背心，通過循環(huán)水導(dǎo)入冷源(冰塊)中的冷量，從而降低人體皮膚和血液的溫度。液冷降溫服可分為移動(dòng)式和固定式兩種，固定式液體冷卻服比較厚重[6]。相比較之下，移動(dòng)式液體冷卻服更適合配網(wǎng)不停電作業(yè)使用，作業(yè)工作斗限制了人員的活動(dòng)范圍，而移動(dòng)式液體冷卻服正好可以在斗內(nèi)使用，管道也不需要太長。

冰水循環(huán)降溫服如圖3所示。

圖3 冰水循環(huán)降溫服

3.4 絕緣冷卻液降溫服

絕緣冷卻液降溫服工作原理與冰水冷循環(huán)降溫服基本相同，區(qū)別在于循環(huán)液采用絕緣冷卻液，將其導(dǎo)入降溫背心的軟管，帶走人體熱量。

絕緣冷卻液降溫服與冰水循環(huán)降溫服最大冷卻功率都出現(xiàn)在著裝的初期，造成皮膚溫度下降過快過大，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷凝水現(xiàn)象，導(dǎo)致人體產(chǎn)生不適感。改進(jìn)措施是與風(fēng)循環(huán)裝置相結(jié)合，加裝調(diào)節(jié)設(shè)備，控制液冷與通風(fēng)量的配合，既實(shí)現(xiàn)了舒適性，又解決了冷凝水問題。

絕緣冷卻液微型壓縮機(jī)降溫服如圖4所示。

圖4 絕緣冷卻液微型壓縮機(jī)降溫服

3.5 水循環(huán)半導(dǎo)體雙工降溫服

水循環(huán)半導(dǎo)體雙工降溫服具有制冷降溫和制熱保暖兩種功能。利用控制器可以設(shè)定自動(dòng)工作模式，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)和模式切換，在斷電的情況下可以保持溫度[9]。

水循環(huán)半導(dǎo)體雙工降溫服的缺點(diǎn)是其內(nèi)部沒有空氣對流，只是單純依靠循環(huán)管道網(wǎng)散熱，導(dǎo)致絕緣工作服內(nèi)空氣不流通，舒適性差。改進(jìn)措施是在降溫服上安裝微型風(fēng)扇，與微氣候區(qū)連通，開啟后可以加速微氣候區(qū)空氣對流，達(dá)到輔助散熱的效果，同時(shí)提高舒適性。循環(huán)液體可采用絕緣液，電池模塊改裝便于隨時(shí)更換和充電。

水循環(huán)半導(dǎo)體雙工勞動(dòng)防護(hù)服如圖5所示。

圖5 水循環(huán)半導(dǎo)體雙工勞動(dòng)防護(hù)服

4 不停電作業(yè)用新型降溫防護(hù)設(shè)備發(fā)展方向

通過對現(xiàn)有降溫服進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，目前可用及在用降溫防護(hù)設(shè)備主要存在總體重量偏重、制冷溫度不宜控制、穿著舒適性偏差、制冷過程中經(jīng)常出現(xiàn)制冷不足或過冷等問題。

未來配網(wǎng)不停電作業(yè)需要的降溫服，主要體現(xiàn)在減輕負(fù)荷、溫度范圍易調(diào)節(jié)、穿著舒適、操作方便、功能多樣化(添加無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測功能)、智能化(智能溫控系統(tǒng)和監(jiān)測使用者生命體征系統(tǒng))[7]等方面，更加注重人體工學(xué)的設(shè)計(jì)。在制冷實(shí)現(xiàn)路徑上體現(xiàn)出由單一制冷路徑向彼此交叉綜合運(yùn)用的復(fù)合制冷方法發(fā)展[8]。降溫服應(yīng)用上的擴(kuò)展，不再局限于工作斗內(nèi)作業(yè)人員，地面電工及監(jiān)護(hù)人也可以使用，普適性提高。

4.1 新型降溫防護(hù)設(shè)備可發(fā)展種類

(1)相變材料與物理風(fēng)冷降溫相結(jié)合。對降溫服上衣與褲子進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃風(fēng)扇與相變材料的位置，在降溫服內(nèi)裝備微型風(fēng)扇，同時(shí)在適當(dāng)位置預(yù)留口袋便于裝相變材料。此方法可以減輕降溫服的重量，降溫服內(nèi)風(fēng)扇促進(jìn)空氣對流，相變材料吸收熱量，提高降溫制冷效果。

(2)上身及頭部降溫服。人的頭部血管豐富，在高溫環(huán)境作業(yè)往往容易大汗淋漓，特別是當(dāng)穿著絕緣安全帽、絕緣服、絕緣手套時(shí)，作業(yè)人員自己無法擦汗，汗液很容易流入眼部造成不適，進(jìn)而導(dǎo)致視線模糊造成安全隱患；另外高溫造成頭暈也會(huì)使工作效率降低。因此，針對頭頸部的降溫也非常重要，目前已經(jīng)開發(fā)出液冷頭盔。

(3)全身式降溫服。全身式液冷服可分為片式液冷服、單管回轉(zhuǎn)式液冷服和多管路直通式液冷服。多管路直通式液冷服因具有流阻低、透氣性好、冷卻效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于艙外航天服的散熱系統(tǒng)。

(4)跨行業(yè)降溫防護(hù)設(shè)備啟示。借鑒航天、醫(yī)療、軍工全身式防護(hù)服的設(shè)計(jì)理念，可以將不停電作業(yè)全身式絕緣服組合起來，實(shí)現(xiàn)絕緣安全帽、絕緣上衣、絕緣褲、絕緣手套、絕緣鞋組合，外端接降溫循環(huán)設(shè)備。還可以研究進(jìn)一步的擴(kuò)展，頭戴式智能設(shè)備接入，例如視頻、通話、頭盔屏幕顯示等。腰部兩側(cè)直接預(yù)留安全掛鉤，頭盔加裝過濾紫外線功能等?？梢孕蜗蟮胤Q之為帶電作業(yè)“航天服”。

全身式絕緣降溫工作服圖6所示。

圖6 全身式絕緣降溫工作服

全身式絕緣降溫工作服，包括絕緣衣褲(分體式或連體式)、絕緣手套、絕緣兜帽、彈性手腕、絕緣襪靴、外部降溫循環(huán)設(shè)備和連接管。

(5) 分級(jí)使用降溫服。由于各種降溫服特性不同，探索其在不同場景下的應(yīng)用，根據(jù)不同氣候條件和環(huán)境條件分級(jí)使用。分級(jí)防護(hù)服如圖7所示。

分級(jí)式絕緣服的使用如表3所示。

4.2 對降溫服外接裝置的絕緣防護(hù)

降溫服的外接制冷裝置和總管道不具有絕緣特性，為了避免降溫裝置對絕緣斗和絕緣服絕緣特性的影響，可對降溫裝置采取以下絕緣改進(jìn)措施。

表3 分級(jí)式絕緣服的使用

圖7 分級(jí)防護(hù)服

(1)在制冷裝置的底部放置一塊絕緣墊，或放入專用的絕緣桶或其他絕緣容器裝置內(nèi)；

(2)利用絕緣軟管或絕緣毯對循環(huán)總管進(jìn)行遮蔽，或?qū)⒀h(huán)總管外部直接絕緣化處理；

(3)制冷裝置與絕緣斗的內(nèi)表面保持適當(dāng)距離。