饒美婉

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司　廣州　510010)

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城市軌道交通站臺(tái)門(mén)新型整體式絕緣設(shè)計(jì)方案

饒美婉

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司廣州510010)

摘要針對(duì)城市軌道交通當(dāng)前采用站臺(tái)門(mén)與軌道連接、保持與列車(chē)門(mén)體等電位、站臺(tái)門(mén)通過(guò)上下部絕緣套與土建絕緣安裝方式存在的問(wèn)題，提出一種新型有效的整體式絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)的站臺(tái)門(mén)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合樣機(jī)對(duì)其進(jìn)行在承受2 000 Pa風(fēng)壓和乘客擠壓載荷1 500 N/m的共同作用下，變形量不大于12 mm的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及絕緣性能不小于0.5 MΩ等方面的測(cè)試，該方案滿足站臺(tái)門(mén)規(guī)范及設(shè)計(jì)使用要求，是解決目前絕緣存在問(wèn)題的一種新思路和方案。

關(guān)鍵詞城市軌道交通；站臺(tái)門(mén)；絕緣；復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)；整體式

1研究背景

站臺(tái)門(mén)作為軌行區(qū)與站臺(tái)區(qū)的隔離設(shè)備，在保證運(yùn)營(yíng)安全及節(jié)能等方面的作用非常明顯，如今國(guó)內(nèi)各城市地鐵線路已經(jīng)把站臺(tái)門(mén)作為必備設(shè)備廣泛采用。

目前，國(guó)內(nèi)地鐵線路基本采用鋼輪鋼軌車(chē)輛，鋼軌回流制式，列車(chē)車(chē)體與鋼軌等電位。在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)站站臺(tái)區(qū)域鋼軌對(duì)地電位隨列車(chē)運(yùn)行呈現(xiàn)正負(fù)交替變化，在站臺(tái)車(chē)體與地之間存在電位差[1]。站臺(tái)門(mén)安裝在站臺(tái)邊緣，與列車(chē)車(chē)體之間的距離很近，乘客上下車(chē)時(shí)極有可能同時(shí)接觸到列車(chē)車(chē)體外殼和站臺(tái)門(mén)門(mén)體，為保證足夠的強(qiáng)度，站臺(tái)門(mén)的門(mén)體立柱和門(mén) 框 均 為金屬材質(zhì)。在上下車(chē)過(guò)程中，乘客可能同時(shí)接觸到車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)，為了消除車(chē)體電位對(duì)乘客的電擊傷害，站臺(tái)門(mén)目前普遍采用的是與軌道相連接，保持與車(chē)體等電位，同時(shí)為了防止雜散電流通過(guò)站臺(tái)門(mén)泄漏，站臺(tái)門(mén)采用絕緣的安裝方式[2-3]。由于各個(gè)站臺(tái)門(mén)廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限以及站臺(tái)門(mén)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的惡劣，如存在大量的粉塵等都會(huì)使站臺(tái)門(mén)的絕緣安裝電阻值在運(yùn)行中不斷降低，開(kāi)通運(yùn)行1年后其絕緣電阻普遍低于設(shè)計(jì)值。國(guó)內(nèi)各大城市站臺(tái)門(mén)的絕緣都存在此共性問(wèn)題。

鑒于目前業(yè)內(nèi)的通用絕緣方案難以從根本上解決站臺(tái)門(mén)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中絕緣降低乃至失效的問(wèn)題，研究一套新型可行有效的站臺(tái)門(mén)絕緣方案對(duì)于地鐵的安全運(yùn)營(yíng)具有重要的意義，也是發(fā)展的趨勢(shì)。

2當(dāng)前站臺(tái)門(mén)絕緣安裝方式

目前國(guó)內(nèi)軌道交通站臺(tái)門(mén)安裝方式如圖1、2所示，站臺(tái)門(mén)門(mén)體上部、下部的安裝通過(guò)絕緣套與土建絕緣，然后站臺(tái)門(mén)門(mén)體與鋼軌通過(guò)等電位電纜連接，實(shí)現(xiàn)門(mén)體、車(chē)輛同一電位[4-6]。

圖1　門(mén)體絕緣安裝方式

圖2　下部絕緣套示意

在安裝初期絕緣值可以達(dá)到0.5 MΩ[7-8],但由于絕緣套需裸露在外，且需要一定的承受能力，而軌行區(qū)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，存在大量的粉塵等污染絕緣套，導(dǎo)致絕緣值不斷下降，甚至有些完全失效。絕緣失效有可能導(dǎo)致乘客在上、下車(chē)過(guò)程中，軌電位通過(guò)人體進(jìn)入站臺(tái)，并且回流至變電所負(fù)極，形成雜散電流，該電流一般對(duì)正常人群不會(huì)造成傷害，但對(duì)于特殊人群，如帶有心臟起搏器的人群將造成傷害。

同時(shí)由于門(mén)體與鋼軌等電位，相當(dāng)于門(mén)體本身帶電，如果站臺(tái)門(mén)周邊的金屬材料(金屬橋架、吊頂龍骨等)與門(mén)體過(guò)于緊密時(shí)，將出現(xiàn)打火花的情況，這在各地的地鐵站中均出現(xiàn)過(guò)，存在一定的安全隱患。

3新型整體式絕緣方案

結(jié)合上面出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者提出了一種新的設(shè)計(jì)方案：絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3)。該結(jié)構(gòu)是以絕緣的非金屬?gòu)?fù)合材料制作站臺(tái)門(mén)門(mén)體上下連接件(與站臺(tái)板或頂梁的連接件)、立柱、立柱包板、踢腳板、門(mén)檻、頂箱蓋板、應(yīng)急門(mén)、端門(mén)推桿及活動(dòng)門(mén)、固定門(mén)、應(yīng)急門(mén)、端門(mén)的門(mén)框等乘客和司乘人員有可能接觸到的站臺(tái)門(mén)門(mén)體的各個(gè)部位構(gòu)件，這些復(fù)合材料制作的各個(gè)部件，絕緣性能穩(wěn)定持久。

圖3　絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)

下面以立柱為例，對(duì)絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單論述。

復(fù)合材料立柱由上部伸縮裝置、復(fù)合材料立柱型材及下部固定裝置構(gòu)成。上部伸縮裝置和下部固定裝置為鋼質(zhì)件，其表面附著1.5 mm厚度的復(fù)合材料絕緣包覆層。復(fù)合材料立柱型材采用鍍鋅鋼管、絕緣樹(shù)脂及加強(qiáng)纖維共擠工藝擠拉成型，成型后外層為復(fù)合材料層，內(nèi)層為鋼質(zhì)層，其剖面和截面如圖4所示。

圖4　立柱剖視及截面

立柱是站臺(tái)門(mén)的主體結(jié)構(gòu)受力件，根據(jù)站臺(tái)門(mén)的載荷受力特點(diǎn)，其縱向抗壓和橫向抗彎強(qiáng)度的大小是站臺(tái)門(mén)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵因素[9]，因此對(duì)復(fù)合材料立柱的強(qiáng)度要求可以確定為：縱向抗壓強(qiáng)度和橫向抗彎強(qiáng)度不小于相同外徑尺寸、相同壁厚的常規(guī)鋼質(zhì)立柱的強(qiáng)度。復(fù)合材料立柱的設(shè)計(jì)方案是在常規(guī)立柱的規(guī)格厚度下再加上3 mm厚的復(fù)合材料層，理論和實(shí)際對(duì)比結(jié)果都證明了其抗壓和抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)高于常規(guī)的鋼質(zhì)立柱。復(fù)合材料門(mén)檻型材、復(fù)合材料門(mén)框型材的原理與之相同。

4樣機(jī)測(cè)試結(jié)果

采用絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)，對(duì)原有站臺(tái)門(mén)的電氣部分和機(jī)械傳動(dòng)部分沒(méi)做任何改變，因此主要是對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試和絕緣測(cè)試以驗(yàn)證其可行性。

選用的復(fù)合材料樣機(jī)立柱規(guī)格為60 mm×120 mm×(5+3) mm,復(fù)合材料門(mén)框規(guī)格為60 mm×60 mm×(2.5+1.5) mm，復(fù)合門(mén)檻材料為120 mm×20 mm×5 mm。

門(mén)體變形量測(cè)試：門(mén)體在承受風(fēng)壓2 000 Pa和乘客擠壓載荷1 500 N/m(距站臺(tái)裝修完成面1.125 m高度)時(shí)，最大變形量主要體現(xiàn)在滑動(dòng)門(mén)門(mén)框中部，變形量為9.13 mm，滿足站臺(tái)門(mén)門(mén)框或支撐立柱外輪廓邊緣上任何一點(diǎn)向軌道側(cè)的最大變形量不大于12 mm的要求。

門(mén)檻的變形量測(cè)試方式：在門(mén)檻長(zhǎng)度2 m、極限站8人、每人75 kg的情況下，即有效載荷600 kg加載到兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)上進(jìn)行變形量模擬測(cè)試，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為變形量2.51 mm，滿足規(guī)定的門(mén)檻最大彈性變形量小于 4 mm的要求。

絕緣性能測(cè)試：門(mén)體在模擬的車(chē)站環(huán)境常溫、常壓，落有灰塵、空氣濕潤(rùn)(相對(duì)濕度90%左右)的環(huán)境下，門(mén)體絕緣值可保持在500 MΩ左右；繼續(xù)噴灑適量水霧，在型材表面有結(jié)露的惡劣環(huán)境下，門(mén)體絕緣值仍可保持在10 MΩ～50 MΩ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的0.5 MΩ[10]。

5絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

綜上所述，絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)具備如下特點(diǎn)：

1) 可根據(jù)各個(gè)結(jié)構(gòu)件的不同特點(diǎn)和功能要求，予以不同的纖維配比、成型樹(shù)脂、成型工藝配合。立柱、門(mén)框、上下部連接件、門(mén)檻、推桿等構(gòu)件的組裝及現(xiàn)場(chǎng)安裝方式與原結(jié)構(gòu)一致，不需要增加工序；

2) 復(fù)合材料構(gòu)件不含有害化學(xué)成分，低煙無(wú)鹵，防火等級(jí)可以達(dá)到B1級(jí)，滿足站臺(tái)門(mén)的使用要求；

3) 材料的使用壽命滿足站臺(tái)門(mén)壽命30年的要求;

4) 復(fù)合材料構(gòu)件的外觀可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行表面熱轉(zhuǎn)印工藝處理，達(dá)到多顏色、多質(zhì)地的效果；

5) 復(fù)合材料立柱型材、復(fù)合材料門(mén)檻型材及其內(nèi)部的金屬厚度不變，外加絕緣復(fù)合材料與之相結(jié)合，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試， 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全滿足站臺(tái)門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用要求；

6) 在地鐵車(chē)站的常規(guī)環(huán)境狀態(tài)和惡劣環(huán)境狀態(tài)下，復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)的門(mén)體絕緣值可以滿足0.5 MΩ的要求。

6新型整體式絕緣方案的優(yōu)勢(shì)

1) 站臺(tái)門(mén)門(mén)體結(jié)構(gòu)直接和站臺(tái)土建結(jié)構(gòu)連接，不需要再做絕緣處理，使得站臺(tái)門(mén)的安裝工藝大大簡(jiǎn)化；

2) 取消門(mén)體與鋼軌間的等電位電纜連接,既減少了工程量，又阻斷了一個(gè)軌道電路可能出現(xiàn)的雜散電流通路；

3) 站臺(tái)門(mén)內(nèi)部金屬構(gòu)件等電位后直接接地，符合相關(guān)《電氣設(shè)備安裝規(guī)范》要求；

4) 徹底消除因站臺(tái)門(mén)帶電引起與周邊金屬設(shè)備打火花的情況，消除了運(yùn)營(yíng)安全隱患，保證乘客和司乘人員的人身安全；

5) 提高了門(mén)體結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；

6) 門(mén)體顏色可根據(jù)裝修需求進(jìn)行調(diào)整，可以與車(chē)站裝修更加協(xié)調(diào)。

7結(jié)論

當(dāng)前的站臺(tái)門(mén)絕緣安裝方式及筆者論述的絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)的方式都是基于保護(hù)乘客安全出發(fā)的，從電氣技術(shù)角度分析均是合理的，但絕緣型復(fù)合門(mén)體結(jié)構(gòu)的整體式絕緣方式更適用于地鐵的使用環(huán)境，目前正在進(jìn)行試驗(yàn)性應(yīng)用，是解決目前絕緣存在問(wèn)題的一種新思路。

參考文獻(xiàn)

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(編輯：王艷菊)

Design of Integral Insulating PED for Urban Rail Transit

Rao Meiwan

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

Abstract:In order to solve the current problems of connection between platform edge door (PED) and rail and maintain the equipotent body at the train door and the installation of PED insulation sleeve from civil structure, a new type of effective and integral insulating compound structure of PED design is proposed. Tests are carried out on the prototype to ensure that the structural strength requirement is not more than 12mm and insulation performance will not be less than 0.5MΩ under a 2000Pa wind pressure and 1500N/m passenger extrusion load. The scheme satisfies the PED specifications and design requirements, providing a new method to solve the problem of insulation.

Key words:urban rail transit; platform edge door(PED); insulation; the composite door structure; integral

doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2016.03.027

收稿日期:2015-07-01修回日期: 2015-08-25

作者簡(jiǎn)介:饒美婉，女，工學(xué)學(xué)位，電氣一室副主任，高級(jí)工程師，從事軌道交通線路電氣、站臺(tái)門(mén)、自動(dòng)扶梯、電梯等設(shè)計(jì)和研究，raomeiwan@dtsjy.com

中圖分類(lèi)號(hào)U231

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1672-6073(2016)03-0119-03