張 華

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇常州 213011）

0 引言

鋼軌電位限制裝置（OPD）常被用作站臺(tái)絕緣，在已知工況背景下，深入探究其工作原理、應(yīng)用情況，優(yōu)選出最佳設(shè)計(jì)思路及方法，對(duì)該裝置進(jìn)行優(yōu)化。上述操作結(jié)束后，屏蔽門系統(tǒng)保持接地，最大限度控制OWPD、繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，適當(dāng)控制該裝置次數(shù)，保證城市軌道交通始終處于安全營(yíng)運(yùn)狀態(tài)。

1 城市軌道屏蔽門絕緣層情況

城市軌道屏蔽門系統(tǒng)在月臺(tái)上，以玻璃幕墻形式，對(duì)鐵路月臺(tái)和列車上落空間形成包圍。在地鐵站內(nèi)靠軌道側(cè)邊沿安裝屏蔽門，隔離站臺(tái)區(qū)域和軌道區(qū)域。列車到站后，把玻璃幕墻上的電動(dòng)門打開，便于乘客上下車。之所以要在城市軌道交通內(nèi)設(shè)置屏蔽門，是因?yàn)槠淠軌驅(qū)θ藛T跌落軌道等意外事故加以規(guī)避，并對(duì)車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行能耗進(jìn)行有效控制，把列車運(yùn)行噪聲、活塞風(fēng)對(duì)車站的影響降到最低，為乘客營(yíng)造良好、舒適的候車環(huán)境。其中，站臺(tái)絕緣安裝工作非常關(guān)鍵，實(shí)施過程復(fù)雜，專業(yè)性強(qiáng)，需要考量的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)比較多，需要預(yù)先明確絕緣層情況。

近年，軌道交通系統(tǒng)普遍傾向于選用直流牽引供電系統(tǒng)。該設(shè)備應(yīng)用頻率非常高。其與走行軌道，都為絕緣安裝。故而，在走行軌道和車站地中間有電位差。屏蔽門安裝過程中，為保證乘車安全，門體和走行軌道為一體狀態(tài)，形成等電位，站臺(tái)恰為地電位，上下車時(shí)，車門與站臺(tái)間存在跨步電位[1]。基于上述情況考量，需要把絕緣層設(shè)置在站臺(tái)位置，確保乘客安全。

由于地鐵站臺(tái)絕緣設(shè)計(jì)尚未相關(guān)規(guī)范和依據(jù)，多采用如下操作：①粘貼橡膠絕緣膜。選定橡膠絕緣膜，粘貼在城市軌道交通站臺(tái)找平層位置，繼而設(shè)置水泥砂漿層，作石材鋪貼處理。然而，應(yīng)用效果不佳。②把橡膠絕緣板粘貼在站臺(tái)面。雖說這種操作方法具備非常好的絕緣效果，但與防火規(guī)范不符合。③選定高分子絕緣涂料，涂裝在站臺(tái)找平層上。這一操作方法，在深圳、北京等部分城市軌道交通建設(shè)中做過嘗試，但未達(dá)到預(yù)期效果。加大站臺(tái)絕緣技術(shù)研發(fā)力度，使之高效性和簡(jiǎn)便性兼具，保證城市軌道交通站臺(tái)安全達(dá)標(biāo)。

站臺(tái)絕緣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)城市軌道屏蔽門系統(tǒng)情況，明確站臺(tái)絕緣安裝要求，把站臺(tái)面絕緣電阻值確定下來。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：直流電壓500 V，站臺(tái)面接地電阻在0.5 MΩ 以上。該數(shù)值也可用作屏蔽門電氣絕緣[2]。除此之外，還要對(duì)站臺(tái)面絕緣范圍加以兼顧，明確絕緣電阻檢測(cè)方法。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定，嚴(yán)格控制屏蔽門外側(cè)絕緣寬度，確保其超過2.0 m，站臺(tái)絕緣設(shè)計(jì)寬度以（1.6～2.0）m 為宜。這一過程中，還要對(duì)絕緣電阻檢測(cè)方法加以兼顧。

2 鋼軌電位限制裝置工作原理及隱患

倘若屏蔽門門體系統(tǒng)絕緣性能不達(dá)標(biāo)，可嘗試通過鋼軌電位限制裝置，對(duì)人體形成保護(hù)。依據(jù)人體耐受曲線，把整定參數(shù)確定下來，假使門體漏電，也能夠達(dá)到良好的防護(hù)效果。在車站變電所內(nèi)，安裝鋼軌電位限制裝置，其由接觸器、保護(hù)裝置、狀態(tài)顯示、測(cè)量和操作回路等相關(guān)部件構(gòu)成，戶內(nèi)設(shè)置[3]。鋼軌電位限制裝置工作原理如圖1 所示。倘若供電區(qū)域內(nèi)沒有車輛，而直流牽引系統(tǒng)運(yùn)行正常，鋼軌對(duì)地電位無數(shù)值顯示。假使情況正相反，或者出現(xiàn)短路問題，因有鋼軌對(duì)地泄漏電阻，會(huì)導(dǎo)致鋼軌電位升高，到達(dá)某一限值后，該裝置在較短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，使鋼軌和接地網(wǎng)處于短接狀態(tài)，依托鋼軌電位控制，維護(hù)乘客安全。保護(hù)動(dòng)作設(shè)置情況：選擇接觸器短路裝置，用作鋼軌電位限制，斷開直流接觸器觸頭。如果情況異常，無論短路裝置，還是短接控制主體都是三級(jí)電壓檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施效果好[4]。選定閉環(huán)控制，哪怕無輔助電源，也能夠使鋼軌和大地短接，確保乘客安全。同時(shí)對(duì)電源、短路裝置等進(jìn)行處理，使之恢復(fù)到原有狀態(tài)。除此之外，還應(yīng)對(duì)鋼軌電位限制裝置差給予足夠關(guān)注，在120 V 以上，對(duì)雙向晶匣管作導(dǎo)通處理，接觸器和短接觸頭分別為動(dòng)作和閉合。差值在（90～120）V，接觸器和短接觸頭依次動(dòng)作、閉合，再依據(jù)各電流情況，對(duì)接觸器是否閉鎖加以判斷。

圖1 鋼軌電位限制裝置工作原理

在上述工作原理已知時(shí)，科學(xué)設(shè)置鋼軌電位限制裝置電壓，以DC 90 V 為宜。該背景下，地鐵車輛外殼電壓差為直流90 V。金屬材料具備良好的導(dǎo)電性，用作屏蔽門結(jié)構(gòu)框架，使其剛度和強(qiáng)度兼具。乘客上下車時(shí)，列車外殼、屏蔽門接觸頻率高，使二者之間有電位差存在。當(dāng)乘客上下車或處于候車狀態(tài)時(shí)，身體某兩個(gè)部位有電位差存在，人體內(nèi)會(huì)有直流電流。該背景下，將屏蔽門門體和車站結(jié)構(gòu)間絕緣安裝電阻控制在0.5 MΩ以上，但實(shí)操難度大。以等位聯(lián)結(jié)方式，處理屏蔽門門體和鋼軌，保證屏蔽門和列車門體間無電位差。倘若絕緣安裝不當(dāng)，或者，絕緣層被損壞，屏蔽門體和地之間會(huì)有電位差，使乘客發(fā)生觸電危險(xiǎn)，雜散電流甚至?xí)g車站建筑。故而，在屏蔽門門體系統(tǒng)和走行軌之間進(jìn)行等電位連接，會(huì)使觸電安全隱患增加[5]。倘若鋼軌電位出現(xiàn)框架泄漏問題，會(huì)使晶閘管承受長(zhǎng)時(shí)間跳閘，引發(fā)安全問題。

3 鋼軌電位限制裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

采用專業(yè)技術(shù)手段和方法，全面研究鋼軌電位，把智能鋼軌電位系統(tǒng)確定下來。優(yōu)越性：在該系統(tǒng)環(huán)境下，屏蔽門處于直接接地狀態(tài)，不需要對(duì)絕緣問題多作考量；選擇最優(yōu)方式，控制這一裝置動(dòng)作次數(shù)，把OVPD 故障降到最低頻次。

3.1 智能鋼軌電位系統(tǒng)工作原理

智能鋼軌電位系統(tǒng)除了有主接觸器、低壓限制器之外，還包含控制器、隔離變速器等構(gòu)成零件。智能鋼軌電位限制裝置原理如圖2 所示。

圖2 智能鋼軌電位限制裝置原理

相較于傳統(tǒng)鋼軌電位限制裝置，這一系統(tǒng)非常具有優(yōu)越性。在實(shí)際操作中，與機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)，完成車況自動(dòng)識(shí)別。如果站內(nèi)無地鐵，使鋼軌電位限制裝置處于閉鎖狀態(tài)。反之，則發(fā)揮回路優(yōu)勢(shì)，把電壓情況作為動(dòng)作智能判斷指標(biāo)。首先，列車進(jìn)站后，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)發(fā)送列車進(jìn)站信號(hào)至屏蔽門系統(tǒng)，由后者向鋼軌電位限制裝置傳達(dá)站內(nèi)是否有車命令信號(hào)。開啟屏蔽門時(shí)，這一接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)[6]。反之，鎖緊屏蔽門后，該信號(hào)接點(diǎn)是閉合的。直至屏蔽門全部處于關(guān)閉鎖緊狀態(tài)，把關(guān)門信號(hào)給出來，確保接點(diǎn)閉合，依次給出上下行信號(hào)。

3.2 判斷智能鋼軌電位系統(tǒng)動(dòng)作邏輯

鋼軌與大地之間電壓檢測(cè)工作非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到智能鋼軌電位系統(tǒng)動(dòng)作邏輯判斷。倘若鋼軌與大地之間電壓在120 V以上，鋼軌電位限制裝置會(huì)發(fā)生如下動(dòng)作：在較短時(shí)間內(nèi)，將低電壓限制器導(dǎo)通，保證軌道電壓鉗制和地電位相等。依托接觸器動(dòng)作，使回路電流泄放能力增強(qiáng)。如果鋼軌與大地的電壓范圍在（60～120）V，對(duì)鋼軌電位限制裝置動(dòng)作過程具備清晰的認(rèn)識(shí)和了解：一旦有車輛進(jìn)入車站，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間發(fā)送信息給鋼軌電位限制裝置，顯示出“站內(nèi)有車”信息。該背景下，接觸器動(dòng)作，通過強(qiáng)制手段，使軌道電壓與地電位無差別[7]。當(dāng)車站內(nèi)地鐵處于駛離狀態(tài)，該裝置不會(huì)有信號(hào)提醒，而系統(tǒng)也在回路電流作用下復(fù)歸。地鐵站內(nèi)無車輛出入，閉鎖鋼軌電位會(huì)制約控制邏輯，此刻也不會(huì)有合閘隱憂。倘若鋼軌和大地之間電壓不超過36 V，電壓狀態(tài)安全，無人體傷害問題。故而，系統(tǒng)也不會(huì)有任何動(dòng)作。結(jié)束鋼軌電位限制裝置動(dòng)作后，依據(jù)以下情況，判斷接觸器觸頭是否返回。具體如下：當(dāng)電流在1000 A 以上時(shí)，會(huì)有指令發(fā)出，進(jìn)行告警。這一過程中，閉鎖鋼軌電位限制裝置復(fù)歸到出口，嚴(yán)禁發(fā)生復(fù)歸情況。當(dāng)電流在（100～1000）A 時(shí)，復(fù)歸閉鎖鋼軌電位限制裝置，至出口位置，直至電流完全消失，允許復(fù)歸。倘若電流在（50～100）A，把斷開時(shí)間控制在接觸器閉合10 s 之后，如果電流持續(xù)時(shí)間為20 s，接觸器觸頭會(huì)出現(xiàn)二次閉合情況，嚴(yán)禁出現(xiàn)復(fù)歸情況，直至電流消失之后，該操作才被允許[8]。

在實(shí)操中，把智能鋼軌電位系統(tǒng)優(yōu)越性發(fā)揮出來，車輛進(jìn)站，且乘客上下車后，鋼軌負(fù)極與站臺(tái)、屏蔽門等有電位差，改造后的OVPD 裝置，動(dòng)作時(shí)間ns 級(jí)。

4 結(jié)束語

優(yōu)選專業(yè)方法，科學(xué)分析屏蔽門系統(tǒng)站臺(tái)絕緣是否安全，深入研究站臺(tái)層絕緣設(shè)置與OVPD 鋼軌電位限制裝置的關(guān)聯(lián)度，在該背景下，對(duì)該裝置加以優(yōu)化和改進(jìn)，把新型智能鋼軌電位限制裝置確定下來。在實(shí)操中，這一裝置經(jīng)改進(jìn)后，動(dòng)作時(shí)間能夠達(dá)到ns 級(jí)，也對(duì)鋼軌電位限制裝置動(dòng)作次數(shù)實(shí)施了有效控制。除此之外，屏蔽門系統(tǒng)還具備接地特性，可直接把絕緣處理環(huán)節(jié)忽略掉，使地鐵運(yùn)營(yíng)過程更加安全，保證乘客人身安全。目前，該系統(tǒng)在城市軌道交通建設(shè)中有所應(yīng)用，但尚未得到普及，亟待從設(shè)計(jì)、技術(shù)、設(shè)備等方面加以改進(jìn)和優(yōu)化，把站臺(tái)屏蔽門絕緣問題解決掉。