配网不停电作业绝缘降温防护设备研究进展

夏 震，王 建，汪笃红，王 健，周 涛，孙 军

( 国网上海市电力公司青浦供电公司，上海 201799)

随着社会的发展，用户对“零感知”停电的需求越来越高，这给供电公司供电可靠性和优质服务水平提出了更高要求。因此，配网不停电作业也慢慢发展为城市配网检修作业的主要方式。虽然城市配网检修作业主要为“春检”和“秋检”，但由于一些大中城市负荷密度高，用户需求多样纷繁，即使在炎热夏季仍然有许多配网施工作业。配网不停电作业个人基础防护用具4件套为绝缘安全帽、绝缘服、绝缘手套和绝缘鞋。在高气温、强辐射和高气湿的夏季及夏秋交替季节，配网不停电作业人员劳动强度明显增大，给作业人员的体力和耐力提出了极大考验，也增大了配网不停电作业安全性风险。因此，对配网不停电作业用绝缘降温防护设备的需求越来越紧迫。本文从高气温对配网不停电作业人员的影响出发，对现阶段不停电作业绝缘降温防护设备的研究进展进行概述总结，并探讨新型防护设备的研究思路。

在夏季进行配网不停电检修时，作业人员除受太阳的辐射作用外，还受被加热的地面及周围物体放出的热辐射作用。以下几个因素会导致在高温条件下开展配网不停电作业人员出现强烈的热应激[1]。

(1)绝缘安全帽、绝缘服、绝缘手套等的密闭性较强，使人体热量的散失和汗液的蒸发受到限制。

(2)绝缘服吸收太阳辐射热量，由于内部空气无法流通，热量无法流失，故而温度不断升高。

(3)绝缘斗深度仅1.2 m，加之斗内放置绝缘遮蔽工具、施工材料等物体，使其内部空气不流通，阻碍空气对流散热。

(4)配网不停电作业时作业人员精神高度紧张，劳动强度大，人体散发的热量会大幅提升。

当作业人员身体热量无法及时散发，将会出现体力、耐力明显减退情况，甚至引发中暑，不仅降低了不停电作业效率，还增加了事故发生概率。

目前夏季开展配网不停电作业采取的人身安全防护措施主要有以下几种。

(1)错时。早班制，早出发、早结束，避开一天中温度最高的时间段。

(2)保证足够的休息时间。人员轮换安排，合理调节日常作业和抢修作业。

(3)现场合理执行组织措施。加强作业人员的监护，调整长时间户外高温作业工作间断，调整上下作业人员分工。

(4)配备盐汽水、防暑降温药品等。

目前防护措施的不足是缺少特殊劳动防护设备对人体降温。可采取的补充措施有：在绝缘斗臂车的工作斗内加装强迫通风装置；
在工作服内穿戴降温服来改善人体表面微气象条件。对比两种措施，改装绝缘斗难度较大，斗内加装的通风装置不能太小，否则功率不足，装置太大会占用斗内空间，而且作业人员穿戴的绝缘手套、绝缘披肩密不透风，严重影响斗内通风装置的效果。个人可穿戴降温设备灵活便利，可以通过微气候降温系统(Microclimate Cooling Systrm, 简称MCS)调节人体表微气象更容易实现温度控制，降低作业人员的不适感。

人体的散热途径有4类：传导、对流、辐射和蒸发。如能够改善这些因素的任何一条途径均可能用于开发新的降温服装，具体可分类为主动式降温方法和被动式降温方法两种[3]。

2.1 被动式降温法

被动式降温法不依赖外部电源设备来提供循环动力实现降温，而且通过使用冰袋或凝胶来降温，优点是价廉、便携，缺点是降温时效短，重量大，易发生材料泄漏等安全问题。被动式降温法种类如表1所示。

2.2 主动式降温法

主动式降温法是一种更“高科技”的降温方法，其使用电动系统进行空气、冷水或冷却液循环。主动式降温法由于采用电动组件，降温时间长，可控性和降温效果更好。主动式降温法种类如表2所示。

表2 主动式降温法种类

随着配网不停电作业的发展，对降温服的需求越来越迫切，目前已研发可用的降温服种类如下。

3.1 风循环降温服(气体冷却服)

在工作服上加装风扇是一种简便的降温方法，利用风循环降低体表温度。风循环降温服结构简单，价格便宜，但是降温位置固定，降温效果差，长期对着一个位置吹会造成身体不适。风循环降温服如图1所示。

(1)改进型风循环降温服，是基于微型风扇阵列的风循环降温服[5]，其风扇尺寸较小，因而易于编织到衣服内，通过调节集成风扇阵列，还可实现对身体特定部位进行降温。微型风扇体积小，重量轻，能耗低，人体穿着后无明显不适，舒适性高。

(2)新型气冷式微循环降温服，由数根软管或气囊组成，软管(或气囊)在贴近皮肤的位置开有小孔，降温服与制冷器通过总管相连。通过空气的流动，实现了人体对流、蒸发散热功能，可以为作业人员提供足够的制冷量，同时提高了舒适性。

图1 风循环降温服

3.2 降温袋降温服

降温袋降温服是利用马甲内装设降温材料提供冷源制冷，制冷源通常是利用冷凝胶或相变材料作为降温剂，将降温袋放入冰箱冷冻凝结后，插入马甲背心降温口袋中使用。降温袋降温服结构简单、使用方便，价格便宜。缺点是降温持续时间短，蓄冷、存储、运输不便，重量大，会加重带电作业人员的负担[9]。

降温袋降温服如图2所示。

图2 降温袋降温服

3.3 冰水循环降温服(液体冷却服)

冰水循环降温服俗称水冷背心，通过循环水导入冷源(冰块)中的冷量，从而降低人体皮肤和血液的温度。液冷降温服可分为移动式和固定式两种，固定式液体冷却服比较厚重[6]。相比较之下，移动式液体冷却服更适合配网不停电作业使用，作业工作斗限制了人员的活动范围，而移动式液体冷却服正好可以在斗内使用，管道也不需要太长。

冰水循环降温服如图3所示。

图3 冰水循环降温服

3.4 绝缘冷却液降温服

绝缘冷却液降温服工作原理与冰水冷循环降温服基本相同，区别在于循环液采用绝缘冷却液，将其导入降温背心的软管，带走人体热量。

绝缘冷却液降温服与冰水循环降温服最大冷却功率都出现在着装的初期，造成皮肤温度下降过快过大，同时会出现冷凝水现象，导致人体产生不适感。改进措施是与风循环装置相结合，加装调节设备，控制液冷与通风量的配合，既实现了舒适性，又解决了冷凝水问题。

绝缘冷却液微型压缩机降温服如图4所示。

图4 绝缘冷却液微型压缩机降温服

3.5 水循环半导体双工降温服

水循环半导体双工降温服具有制冷降温和制热保暖两种功能。利用控制器可以设定自动工作模式，实现温度自动调节和模式切换，在断电的情况下可以保持温度[9]。

水循环半导体双工降温服的缺点是其内部没有空气对流，只是单纯依靠循环管道网散热，导致绝缘工作服内空气不流通，舒适性差。改进措施是在降温服上安装微型风扇，与微气候区连通，开启后可以加速微气候区空气对流，达到辅助散热的效果，同时提高舒适性。循环液体可采用绝缘液，电池模块改装便于随时更换和充电。

水循环半导体双工劳动防护服如图5所示。

图5 水循环半导体双工劳动防护服

通过对现有降温服进行研究发现，目前可用及在用降温防护设备主要存在总体重量偏重、制冷温度不宜控制、穿着舒适性偏差、制冷过程中经常出现制冷不足或过冷等问题。

未来配网不停电作业需要的降温服，主要体现在减轻负荷、温度范围易调节、穿着舒适、操作方便、功能多样化(添加无线通信模块，实现远程监测功能)、智能化(智能温控系统和监测使用者生命体征系统)[7]等方面，更加注重人体工学的设计。在制冷实现路径上体现出由单一制冷路径向彼此交叉综合运用的复合制冷方法发展[8]。降温服应用上的扩展，不再局限于工作斗内作业人员，地面电工及监护人也可以使用，普适性提高。

4.1 新型降温防护设备可发展种类

(1)相变材料与物理风冷降温相结合。对降温服上衣与裤子进行重新设计，合理规划风扇与相变材料的位置，在降温服内装备微型风扇，同时在适当位置预留口袋便于装相变材料。此方法可以减轻降温服的重量，降温服内风扇促进空气对流，相变材料吸收热量，提高降温制冷效果。

(2)上身及头部降温服。人的头部血管丰富，在高温环境作业往往容易大汗淋漓，特别是当穿着绝缘安全帽、绝缘服、绝缘手套时，作业人员自己无法擦汗，汗液很容易流入眼部造成不适，进而导致视线模糊造成安全隐患；
另外高温造成头晕也会使工作效率降低。因此，针对头颈部的降温也非常重要，目前已经开发出液冷头盔。

(3)全身式降温服。全身式液冷服可分为片式液冷服、单管回转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、透气性好、冷却效率高、可靠性好等优点，广泛应用于舱外航天服的散热系统。

(4)跨行业降温防护设备启示。借鉴航天、医疗、军工全身式防护服的设计理念，可以将不停电作业全身式绝缘服组合起来，实现绝缘安全帽、绝缘上衣、绝缘裤、绝缘手套、绝缘鞋组合，外端接降温循环设备。还可以研究进一步的扩展，头戴式智能设备接入，例如视频、通话、头盔屏幕显示等。腰部两侧直接预留安全挂钩，头盔加装过滤紫外线功能等。可以形象地称之为带电作业“航天服”。

全身式绝缘降温工作服图6所示。

图6 全身式绝缘降温工作服

全身式绝缘降温工作服，包括绝缘衣裤(分体式或连体式)、绝缘手套、绝缘兜帽、弹性手腕、绝缘袜靴、外部降温循环设备和连接管。

(5) 分级使用降温服。由于各种降温服特性不同，探索其在不同场景下的应用，根据不同气候条件和环境条件分级使用。分级防护服如图7所示。

分级式绝缘服的使用如表3所示。

4.2 对降温服外接装置的绝缘防护

降温服的外接制冷装置和总管道不具有绝缘特性，为了避免降温装置对绝缘斗和绝缘服绝缘特性的影响，可对降温装置采取以下绝缘改进措施。

表3 分级式绝缘服的使用

图7 分级防护服

(1)在制冷装置的底部放置一块绝缘垫，或放入专用的绝缘桶或其他绝缘容器装置内；

(2)利用绝缘软管或绝缘毯对循环总管进行遮蔽，或将循环总管外部直接绝缘化处理；

(3)制冷装置与绝缘斗的内表面保持适当距离。