配網不停電作業絕緣降溫防護設備研究進展

夏 震，王 建，汪篤紅，王 健，周 濤，孫 軍

( 國網上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著社會的發展，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質服務水平提出了更高要求。因此，配網不停電作業也慢慢發展為城市配網檢修作業的主要方式。雖然城市配網檢修作業主要為“春檢”和“秋檢”，但由于一些大中城市負荷密度高，用戶需求多樣紛繁，即使在炎熱夏季仍然有許多配網施工作業。配網不停電作業個人基礎防護用具4件套為絕緣安全帽、絕緣服、絕緣手套和絕緣鞋。在高氣溫、強輻射和高氣濕的夏季及夏秋交替季節，配網不停電作業人員勞動強度明顯增大，給作業人員的體力和耐力提出了極大考驗，也增大了配網不停電作業安全性風險。因此，對配網不停電作業用絕緣降溫防護設備的需求越來越緊迫。本文從高氣溫對配網不停電作業人員的影響出發，對現階段不停電作業絕緣降溫防護設備的研究進展進行概述總結，并探討新型防護設備的研究思路。

1 高溫作業的影響及防護措施

在夏季進行配網不停電檢修時，作業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。以下幾個因素會導致在高溫條件下開展配網不停電作業人員出現強烈的熱應激[1]。

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

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

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

(4)配網不停電作業時作業人員精神高度緊張，勞動強度大，人體散發的熱量會大幅提升。

當作業人員身體熱量無法及時散發，將會出現體力、耐力明顯減退情況，甚至引發中暑，不僅降低了不停電作業效率，還增加了事故發生概率。

目前夏季開展配網不停電作業采取的人身安全防護措施主要有以下幾種。

(1)錯時。早班制，早出發、早結束，避開一天中溫度最高的時間段。

(2)保證足夠的休息時間。人員輪換安排，合理調節日常作業和搶修作業。

(3)現場合理執行組織措施。加強作業人員的監護，調整長時間戶外高溫作業工作間斷，調整上下作業人員分工。

(4)配備鹽汽水、防暑降溫藥品等。

目前防護措施的不足是缺少特殊勞動防護設備對人體降溫。可采取的補充措施有：在絕緣斗臂車的工作斗內加裝強迫通風裝置；在工作服內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，斗內加裝的通風裝置不能太小，否則功率不足，裝置太大會占用斗內空間，而且作業人員穿戴的絕緣手套、絕緣披肩密不透風，嚴重影響斗內通風裝置的效果。個人可穿戴降溫設備靈活便利，可以通過微氣候降溫系統(Microclimate Cooling Systrm, 簡稱MCS)調節人體表微氣象更容易實現溫度控制，降低作業人員的不適感。

2 可利用降溫技術

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

2.1 被動式降溫法

被動式降溫法不依賴外部電源設備來提供循環動力實現降溫，而且通過使用冰袋或凝膠來降溫，優點是價廉、便攜，缺點是降溫時效短，重量大，易發生材料泄漏等安全問題。被動式降溫法種類如表1所示。

2.2 主動式降溫法

主動式降溫法是一種更“高科技”的降溫方法，其使用電動系統進行空氣、冷水或冷卻液循環。主動式降溫法由于采用電動組件，降溫時間長，可控性和降溫效果更好。主動式降溫法種類如表2所示。

表2 主動式降溫法種類

3 配網不停電作業可穿戴降溫設備

隨著配網不停電作業的發展，對降溫服的需求越來越迫切，目前已研發可用的降溫服種類如下。

3.1 風循環降溫服(氣體冷卻服)

在工作服上加裝風扇是一種簡便的降溫方法，利用風循環降低體表溫度。風循環降溫服結構簡單，價格便宜，但是降溫位置固定，降溫效果差，長期對著一個位置吹會造成身體不適。風循環降溫服如圖1所示。

(1)改進型風循環降溫服，是基于微型風扇陣列的風循環降溫服[5]，其風扇尺寸較小，因而易于編織到衣服內，通過調節集成風扇陣列，還可實現對身體特定部位進行降溫。微型風扇體積小，重量輕，能耗低，人體穿著后無明顯不適，舒適性高。

(2)新型氣冷式微循環降溫服，由數根軟管或氣囊組成，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，實現了人體對流、蒸發散熱功能，可以為作業人員提供足夠的制冷量，同時提高了舒適性。

圖1 風循環降溫服

3.2 降溫袋降溫服

降溫袋降溫服是利用馬甲內裝設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后，插入馬甲背心降溫口袋中使用。降溫袋降溫服結構簡單、使用方便，價格便宜。缺點是降溫持續時間短，蓄冷、存儲、運輸不便，重量大，會加重帶電作業人員的負擔[9]。

降溫袋降溫服如圖2所示。

圖2 降溫袋降溫服

3.3 冰水循環降溫服(液體冷卻服)

冰水循環降溫服俗稱水冷背心，通過循環水導入冷源(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，移動式液體冷卻服更適合配網不停電作業使用，作業工作斗限制了人員的活動范圍，而移動式液體冷卻服正好可以在斗內使用，管道也不需要太長。

冰水循環降溫服如圖3所示。

圖3 冰水循環降溫服

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降溫服基本相同，區別在于循環液采用絕緣冷卻液，將其導入降溫背心的軟管，帶走人體熱量。

絕緣冷卻液降溫服與冰水循環降溫服最大冷卻功率都出現在著裝的初期，造成皮膚溫度下降過快過大，同時會出現冷凝水現象，導致人體產生不適感。改進措施是與風循環裝置相結合，加裝調節設備，控制液冷與通風量的配合，既實現了舒適性，又解決了冷凝水問題。

絕緣冷卻液微型壓縮機降溫服如圖4所示。

圖4 絕緣冷卻液微型壓縮機降溫服

3.5 水循環半導體雙工降溫服

水循環半導體雙工降溫服具有制冷降溫和制熱保暖兩種功能。利用控制器可以設定自動工作模式，實現溫度自動調節和模式切換，在斷電的情況下可以保持溫度[9]。

水循環半導體雙工降溫服的缺點是其內部沒有空氣對流，只是單純依靠循環管道網散熱，導致絕緣工作服內空氣不流通，舒適性差。改進措施是在降溫服上安裝微型風扇，與微氣候區連通，開啟后可以加速微氣候區空氣對流，達到輔助散熱的效果，同時提高舒適性。循環液體可采用絕緣液，電池模塊改裝便于隨時更換和充電。

水循環半導體雙工勞動防護服如圖5所示。

圖5 水循環半導體雙工勞動防護服

4 不停電作業用新型降溫防護設備發展方向

通過對現有降溫服進行研究發現，目前可用及在用降溫防護設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、制冷過程中經常出現制冷不足或過冷等問題。

未來配網不停電作業需要的降溫服，主要體現在減輕負荷、溫度范圍易調節、穿著舒適、操作方便、功能多樣化(添加無線通信模塊，實現遠程監測功能)、智能化(智能溫控系統和監測使用者生命體征系統)[7]等方面，更加注重人體工學的設計。在制冷實現路徑上體現出由單一制冷路徑向彼此交叉綜合運用的復合制冷方法發展[8]。降溫服應用上的擴展，不再局限于工作斗內作業人員，地面電工及監護人也可以使用，普適性提高。

4.1 新型降溫防護設備可發展種類

(1)相變材料與物理風冷降溫相結合。對降溫服上衣與褲子進行重新設計，合理規劃風扇與相變材料的位置，在降溫服內裝備微型風扇，同時在適當位置預留口袋便于裝相變材料。此方法可以減輕降溫服的重量，降溫服內風扇促進空氣對流，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，在高溫環境作業往往容易大汗淋漓，特別是當穿著絕緣安全帽、絕緣服、絕緣手套時，作業人員自己無法擦汗，汗液很容易流入眼部造成不適，進而導致視線模糊造成安全隱患；另外高溫造成頭暈也會使工作效率降低。因此，針對頭頸部的降溫也非常重要，目前已經開發出液冷頭盔。

(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、可靠性好等優點，廣泛應用于艙外航天服的散熱系統。

(4)跨行業降溫防護設備啟示。借鑒航天、醫療、軍工全身式防護服的設計理念，可以將不停電作業全身式絕緣服組合起來，實現絕緣安全帽、絕緣上衣、絕緣褲、絕緣手套、絕緣鞋組合，外端接降溫循環設備。還可以研究進一步的擴展，頭戴式智能設備接入，例如視頻、通話、頭盔屏幕顯示等。腰部兩側直接預留安全掛鉤，頭盔加裝過濾紫外線功能等?？梢孕蜗蟮胤Q之為帶電作業“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、外部降溫循環設備和連接管。

(5) 分級使用降溫服。由于各種降溫服特性不同，探索其在不同場景下的應用，根據不同氣候條件和環境條件分級使用。分級防護服如圖7所示。

分級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

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措施。

表3 分級式絕緣服的使用

圖7 分級防護服

(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；

(2)利用絕緣軟管或絕緣毯對循環總管進行遮蔽，或將循環總管外部直接絕緣化處理；

(3)制冷裝置與絕緣斗的內表面保持適當距離。