真空灭弧室具备良好的灭弧特性, 适宜频繁操作, 电气寿命长、运行可靠性高、不检修周期长、环境不受污染等的优势, 在当今我国电网改造、化工、冶金、铁道电气化以及矿山等行业得到了广泛的应用。但真空灭弧室生产伴生X射线职业病危害未引起重视, 甚至一些专业人员认为真空灭弧室在使用和高压试验过程中不产生X射线, 不会对人体造成危害^[1-2]。伴生X射线(Associated X-ray)是指某些电子产品在制造和使用过程中产生的无用X射线, 并可能对人体造成危害。而国内外对此鲜有报道, 致使此类场所的放射卫生防护和放射工作人员监督管理处于缺失状态, 大大增加了各种职业性放射性疾病发生的风险。为此, 课题组对真空灭弧室伴生X射线健康危害进行了较全面的研究, 现报道如下。

1 对象与方法 1.1 研究对象

对宝鸡市7家真空灭弧室生产企业进行全面的职业放射卫生调查调查, 选择3家资料完善的企业(甲、乙、丙)为主要研究对象。设备台数分别为10台、5台和2台。包括对真空灭弧室生产高压试验场所放射防护改造前后周围辐射水平检测, 对甲企业13例高压试验作业人员(观察1组)按放射工作人员进行了在岗期间健康检查, 特殊检查项目选择外周血淋巴细胞微核率分析。其中男性11人, 女性2人; 年龄20~46岁, 平均33.2岁; 工龄0.5~23年, 平均10.8年。对51名高压试验工作人员(观察2组)进行了放射人员健康体检和个人剂量监测。特殊检查项目选择外周血淋巴细胞染色体分析。其中男性39人, 女性12人; 年龄19~50岁, 平均32.5岁; 工龄0.5~ 26年, 平均11.5年。对照组选择:①选取工业探伤109名放射工作人员为探伤组, 其中男性93人, 女性16人; 年龄18~51岁, 平均34.6岁; 工龄3月~28年, 平均12.5年。不接触化学毒物等其他职业病危害因素。②选取某烟厂119名值车操作工作为对照组, 只接触烟草尘。其中男性97人, 女性22人; 年龄18~ 47岁, 平均30.2岁; 工龄3月~28年, 平均13.3年。观察组与2个对照组人员的性别、年龄、工龄差别无统计学意义(P > 0.01)。

1.2 研究方法

采用现场职业放射卫生学调查、工作场所职业病危害检测、健康体检、个人剂量监测及综合分析法等进行研究。对其中甲、乙、丙企业进行了详细的研究。根据高压试验场所作业实际环境, 每台高压试验设备操作位设1个监测点, 观察窗设1个点, 四周防护壁各设2个点(共8个点), 防护门中央各设1个点, 防护门四周缝隙各设一个点(共4个点)。采样方法为射线巡测仪现场直读检测法, 仪器探头距离地面1m高度, 距防护室室门外和墙外30 cm, 不同电压条件下测量三次, 取最高值。依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871-2002), 并参照《工业X射线探伤放射卫生防护标准》(GBZ 117-2006)的要求, 四周防护壁外30 cm处空气比释动能率不大于2.5 μGy/h。体检依据《放射工作人员职业健康监护技术规范》中的项目进行, 包括医学史、职业史调查; 内科、外科、皮肤科常规检查; 眼科检查(色觉、视力、晶体裂隙灯检查、玻璃体、眼底); 血常规和白细胞分类; 尿常规; 血糖; 肝功能; 肾功能; 外周血淋巴细胞染色体畸变率或微核试验; 心电图; 腹部B超。个人剂量监测依据《职业性外照射个人监测规范》(GBZ 128 -2002)实施, 佩戴个人剂量计, 周期为3个月, 一年四个周期, 采用热释光法进行测量, 剂量计使用LiF (Mg, Cu, P), 合计年累积剂量。

1.3 统计学处理

采用SPSS 17.0统计软件进行数据处理, 计量资料一般采用x ± s表示, 计数资料用率表示, 组间比较采用t、χ²检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

1.4 质量控制

宝鸡市疾病预防控制中心具备陕西省卫计委及陕西省安全生产监督管理局批准的职业病诊断体检、放射人员体检、放射人员个人剂量监测、职业病危害因素的检测与评价、建设项目放射职业病危害评价(乙级)资质。实验室通过省级计量认证, 使用的设备均在有效使用期内。个人剂量监测定期(1~2年)参加全国比对, 出具的检测数据具有法律效力。

2 结果 2.1 现场放射卫生学调查

宝鸡是以机械、电子工业为主的陕西省第二大工业城市。近8年来, 宝鸡市真空灭弧室、真空断路器生产和研制得到了飞速发展, 目前生产真空灭弧室及真空断路器的企业已达到7家, 从业人员近万人, 分布在渭滨区和高新技术开发区。占全球真空管的市场份额为10%左右。高压试验区一般设置于普通生产区。真空灭弧室高压试验是指真空灭弧室在生产过程中, 人为降低真空灭弧室动静触头间距离, 对其施加一定高压, 以检验真空灭弧室的性能。高压试验工作条件:高压值:48~200 kV, 电流70 mA~50 A, 持续时间:50 s~5 min。每天8 h工作日内设备开启高压试验时间合计约30~120 min。真空灭弧室高压试验工艺流程是:将断路器推至高压室→按照对地、相间及断口三种高压试验状态要求分别进行导线连接→人走出高压室并关好高压室门→根据对照表设定高压数值→高压试验→关闭电源并打开高压室门→用接地棒头部接触各高压部位进行放电→将断路器推出高压室。

甲企业防护室大小为(长×宽×高)3.0 m × 2.5 m × 2.0 m, 顶部敞开, 改造前为普通三合板隔断; 改造后使用铁皮内包铅皮防护, 防护门与防护壁有铅皮裸露现象, 防护门关闭不严, 且铅皮防护当量不详, 总体上相对简陋; 高压试验时断路器距四周防护壁约1.0 ~1.5 m。乙、丙企业防护室大小为(长×宽×高)4.0 m × 3.5 m × 3.5 m改造前四周为约2.0 m高铁网防护; 改造后使用铁皮内层加铅皮防护, 顶部敞开, 无铅皮裸露, 防护关闭严实, 铅皮防护2 mm铅当量, 相比较甲企业防护情况较好; 高压试验时断路器距四周防护壁约1.5~2.5 m。

2.2 工作场所辐射水平检测结果

真空灭弧室高压试验设备防护前后辐射水平比较见表 1。可见改造前真空灭弧室处于分闸状态时, 操作位和设备周围辐射水平明显高于国家标准, 操作位平均辐射水平达到(10.13 ± 6.11)μGy/h, 最高达到20 μGy/h。防护网外30 cm处平均达到(31.36 ± 15.78)μGy/h, 最高达到75 μGy/h。改造前后相比较差异有统计学意义(P < 0.01);真空灭弧室处于合闸状态时, 改造前后操作位和设备周围辐射水平基本为本底水平^[3]。改造后仍有1处(铅防护壁外)超过国家标准。以上车间内本底为0.12~0.15 μGy/h。

试验状态:断口、相间及对地高压试验(均处于分闸状态)。

2.3 高压测试人员职业健康检查结果

对甲企业13例高压试验作业人员(观察1组)按放射工作人员进行了在岗期间健康检查, 特殊检查项目选择外周血淋巴细胞微核率分析。与109名X射线探伤组工人进行对照。观察组与工业探伤组主要体检结果比较见表 2。高压试验作业人员体检结果异常率、微核率及晶状体混浊比率略高于工业探伤组, 经统计学分析均无明显差异(P > 0.05), 但高压试验作业人员白细胞减少人数明显高于对照组, 且差异具有统计学意义(P < 0.05)。

对乙丙企业51例高压试验作业人员(观察2组)进行了健康检查, 特殊检查项目选择外周血淋巴细胞染色体畸变分析。选取某烟厂119名值车操作工为对照组, 见表 3。高压试验作业人员体检结果异常率和白细胞减少人数均高于对照组, 且差异具有统计学意义(P < 0.05), 两组染色体畸变率和晶体混浊经统计学分析, 差异无统计学意义(P > 0.05), 但高压试验组出现与职业密切相关性异常:双着丝粒体和晶状体斑片状混浊各1例。

2.4 个人剂量监测结果

2010年(防护改造前), 对13名真空灭弧室高压试验人员进行了个人剂量监测, 高压试验人员人均年有效剂量1.25 mSv/a。与工业探伤人员比较, 差异有统计学意义(P < 0.01), 2例实际过量照射均为真空灭弧室高压老练人员。2013年对21例真空灭弧室高压试验人员进行个人剂量监测(主要是防护改造后), 人均年有效剂量0.57 mSv/a, 与工业探伤人员比较差异无统计学意义(P > 0.05)。见表 4。

3 讨论

真空灭弧室类似大型真空电子管, 外壳由玻璃或陶瓷构成, 动触头的密封靠金属波纹管, 在允许的弹性变形范围内伸缩, 有足够高的机械寿命。在动、静触头的外周, 装设了悬浮电位的金属屏蔽罩, 起冷凝吸收金属蒸汽、均匀电场分布、保护外壳等表面绝缘作用。真空灭弧室是利用真空阻止电弧重燃来达到熄灭电弧的目的^[4]。当真空灭弧室处于分闸状态下进行高压试验时, 在加高压过程中, 真空灭弧室核心部件真空灭弧室的动、静触头分别处于高压的阴阳两极, 阴极触头温度增高, 会产生一定量的热电子, 在高压作用下, 向阳极高速运动并撞击阳极, 而触头材料主要由钨、钼、镍、铬等材料制成。其原理符合X射线产生的条件, 因此在其高压试验过程中可产生伴生X射线, 也可产生臭氧、氮氧化物等职业危害因素。

无论是IEC (国际电工委员会)还是ANSI (美国国家标准学会)为了防止进行真空灭弧室高压试验时产生的伴生X射线对高压试验人员产生伤害, 均对其试验条件做出相应规定^[5-6]; Walczak, Frontzek, HMere^[7-10]等研究了用于真空灭弧室的真空状态检查与评估方法, 提出在高压条件下真空灭弧室可释放较高剂量的X射线, 并提出了X射线的测量方法与距离; Ki rkland Smith R和Wil liam Long R^[11]研究了真空灭弧室高压试验过程中施加多大电压才会检测到真空灭弧室发射的X射线, 并对不同电压等级真空灭弧室做了统计。John Howell^[12]认为在触头侵蚀和真空度完整性测量中, 当真空灭弧室触头断开状态下, 在一定的高压作用下, 会产生强烈的X射线。当真空管操作电压高于10 kV时, 可随着电压的升高而产生越来越多的有害X射线^[13]。真空灭弧室在高压试验过程中, 真空中两个触头之间加一定高压可能产生X射线, 且随着电压电流的增高和触头之间距离的减小, 射线量和强度明显增加^[1-2]。

课题组对高压试验场所的X射线监测结果也验证了此项推断。部分检测点空气比释动能率相对很高, 最高达到75 μGy/h以上, 即使完善防护设施后仍有个别监测点超出国家标准。根据高压试验场所辐射水平监测结果分析, 防护改造前, 高压试验(断路器处于分闸状态)操作位和防护铁网外高压试验结果均明显高于国家标准, 与改造后相比较差异有统计学意义(P < 0.01)。

工业探伤是公认的放射工作场所, 13例高压试验作业人员白细胞减少人数明显高于工业探伤组, 具有统计学差异(P < 0.05);51例高压试验作业人员高压试验作业人员体检结果异常率和白细胞减少人数均高于某烟厂非放射工作人员对照组, 且具有统计学差异(P < 0.05), 两组染色体畸变率和晶体混浊经统计学分析, 无显著性差异(P > 0.05), 但高压试验组出现与职业密切相关性异常:双着丝粒体和晶状体斑片状混浊各1例。可见, 高压试验场所的辐射生物效应明显。

李炜等^[14]研究表明, 如果测试人员在不加任何遮挡的情况下, 距离灭弧室1 m处进行工频电压老练试验, 那么1年总共受到的X射线照射的累计有效剂量将达到256 mSv, 远远超出公众可接收的辐射水平。在技术改造前的2010年, 宝鸡市部分高压测试工作人员人均年有效剂量为1.25 mSv/a, 明显高于全国水平^[15], 且与宝鸡市其他工业应用的放射工作人员人均年有效剂量相比较具有明显差异, 主要是由于技改前高压试验场所防护设施不到位所致; 企业进行技术改造后的2012年, 高压试验人员人均年有效剂量为0.57 mSv/a, 与宝鸡市放射工作人员2003-2005年间剂量水平^[16]相当, 与宝鸡市其它工业应用人均有效剂量水平非常接近, 处于最优化水平(年剂量限制的1/20)。说明进行技术改造后, 现场工作环境改善, 防护改造效果良好。

综上所述, 真空灭弧室高压试验场所由于产生的伴生X射线应是典型的放射工作场所, 必须重视防护工作。根据研究结果, 课题组提出"真空灭弧室伴生X射线"的概念:真空灭弧室高压试验过程产生的伴生X射线是指断路器核心部件真空灭弧室动静触头在断开状态下, 在一定高压作用下, 产生的无用的X射线。空灭弧室伴生X射线与普通X射线机比较, 伴生X射线出线量大且持续时间长, 波长、能量范围相对较广。既有软X射线和硬X射线, 又有连续光谱的X射线和线状光谱的特征X射线。且随着所施高压、电流的增加和动、静触头之间距离的减小, 射线量和强度也随着增加。该研究表明, 伴生X射线是真空灭弧室高压试验过程最严重的职业病危害因素, 由于真空灭弧室的使用日益广泛, 并不断向更高电流和电压领域扩展, 其伴生X射线的危害将更加严重。因此建议尽快制定《真空灭弧室高压试验卫生防护标准》, 所有真空灭弧室生产企业高压试验场所均应进行放射防护改造, 设置专用的铅防护室和电离辐射警示标识, 配备必要的防护用品, 完善现场防护措施和相关规章制度, 将高压试验作业人员纳入放射人员范畴进行管理。通过健康监护了解真空灭弧室高压试验工作场所对工作人员的健康危害。通过健康教育及必要的防护对策对该职业人群行为和防护进行干预, 促进企业健康可持续发展和社会的和谐稳定。