王哲

（中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，杭州310004）

1 相關(guān)方案

1.1 雜散電流與軌電位

目前，國(guó)內(nèi)地鐵一般采用1500V 直流牽引供電系統(tǒng)，以鋼軌兼作牽引回流通路【1】。牽引電流從牽引變電所的正極經(jīng)接觸網(wǎng)、電動(dòng)列車和走行軌（即回流軌）返回牽引變電所的負(fù)極。走行軌鋪設(shè)在整體道床上，由于鋼軌存在縱向電阻且鋼軌與整體道床之間不完全絕緣，所以，牽引電流有一部分泄漏至道床，并由道床流經(jīng)結(jié)構(gòu)鋼筋及沿線金屬管線，又重新流回鋼軌和牽引變電所的負(fù)極，如圖1 所示。這些雜散電流會(huì)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)鋼筋以及地鐵周圍土壤中埋設(shè)的金屬構(gòu)件、管線設(shè)施等造成電化學(xué)腐蝕。

圖1 地鐵雜散電流示意圖

鋼軌與大地間存在一定的過(guò)渡電阻，雜散電流的存在使得軌道與大地之間存在電位差，鋼軌對(duì)地電位的大小主要受機(jī)車數(shù)量、負(fù)荷電流、牽引所間距、過(guò)渡電阻的均衡程度等因素的影響，為確保乘客和運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的安全，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及限制鋼軌電位，地鐵供電系統(tǒng)在車站變電所、車輛段及停車場(chǎng)檢修庫(kù)內(nèi)設(shè)置了鋼軌電位限制裝置（簡(jiǎn)稱OVPD），用來(lái)將鋼軌的電位限制在預(yù)定的安全范圍內(nèi)。在正常運(yùn)營(yíng)條件下，正線回流軌與大地之間的電壓通過(guò)OVPD 被限制在DC90V 以下。當(dāng)軌電位超過(guò)設(shè)定值時(shí)，OVPD 動(dòng)作，將鋼軌與大地短接并監(jiān)測(cè)流過(guò)OVPD 中（鋼軌與大地之間）的電流，當(dāng)該電流低于整定值時(shí)，OVPD 自動(dòng)復(fù)位，斷開鋼軌與大地的連接。

1.2 站臺(tái)門等電位聯(lián)接及絕緣安裝

列車停靠在站臺(tái)時(shí)，站臺(tái)門與列車車體之間的間隙較小，乘客上下車時(shí)可能同時(shí)接觸到列車車體和站臺(tái)門門體，由于軌地電位的存在，列車與站臺(tái)門間將存在電位差，若此電位超出人體能耐受的電壓，將給司乘人員造成危害或不適。

因此，為保護(hù)人身安全，通常將站臺(tái)門金屬框架與鋼軌通過(guò)單點(diǎn)雙線冗余電纜進(jìn)行聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)每側(cè)站臺(tái)門和列車車廂之間的等電位。

為避免站臺(tái)門與鋼軌等電位聯(lián)接后雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線的腐蝕，需要將正常情況下人體可觸及的站臺(tái)門金屬構(gòu)件與車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行絕緣處理，其絕緣電阻應(yīng)≥0.5MΩ；為防止車輛電位危及乘客人身安全，自站臺(tái)邊緣起站臺(tái)側(cè)一定范圍的地面裝飾層也應(yīng)進(jìn)行絕緣處理。一般通過(guò)在站臺(tái)邊緣內(nèi)側(cè)1000mm 范圍內(nèi)，端門內(nèi)外側(cè)2000mm 范圍內(nèi)設(shè)置絕緣地坪的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 站臺(tái)門絕緣不滿足要求

由于站臺(tái)門與鋼軌之間進(jìn)行了等電位聯(lián)接，站臺(tái)門安裝時(shí)通常采用在門體結(jié)構(gòu)上部與軌頂風(fēng)道梁連接件、下部與站臺(tái)板連接件中設(shè)置絕緣襯套、絕緣墊片和打密封膠的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)門體與土建結(jié)構(gòu)的絕緣，并將端門門體與主段門體做電氣隔離處理。但從全國(guó)各城市地鐵工程實(shí)際檢測(cè)情況來(lái)看，由于外部環(huán)境、施工等因素的影響，站臺(tái)門與站臺(tái)結(jié)構(gòu)及周邊設(shè)施實(shí)現(xiàn)絕緣安裝的難度很大，尤其是運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，普遍存在絕緣失效的情況。

在站臺(tái)門絕緣偏低或失效的情況下與軌道進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，相當(dāng)于人為制造了一個(gè)雜散電流通路，牽引回流通過(guò)鋼軌進(jìn)入站臺(tái)門，使結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬連接件和金屬管線等受到腐蝕。

2.2 站臺(tái)門對(duì)車站地放電

在站臺(tái)門立柱底座、上部絕緣不合格或絕緣阻值不穩(wěn)定的情況下，站臺(tái)門門體類似走行軌，站臺(tái)門和車站地之間存在雜散電流。當(dāng)回流過(guò)大，門體通過(guò)其他金屬物與車站地連接或回路中金屬件的過(guò)小間隙空氣被擊穿時(shí)會(huì)造成站臺(tái)門結(jié)構(gòu)對(duì)相鄰金屬部件發(fā)生放電打火、拉弧的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)不同城市站臺(tái)門打火次數(shù)及位置的調(diào)查統(tǒng)計(jì)匯總，按打火位置分類統(tǒng)計(jì)得出，多數(shù)站臺(tái)門放電位置是在固定面板與裝修吊頂之間、端門固定面板與裝修掛板之間、端門與邊門的連接拐角處等。

2.3 原因分析

縱觀國(guó)內(nèi)地鐵，站臺(tái)門及站臺(tái)絕緣地坪在投入使用后絕緣不良是共性問(wèn)題，在進(jìn)行等電位連接情況下，導(dǎo)致雜散電流腐蝕及金屬連接部件“打火”現(xiàn)象的原因主要有：

1）站臺(tái)門絕緣材料選擇不當(dāng)或絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，絕緣間隙和爬電距離受電位差、絕緣材料性質(zhì)等影響較大；

2）站臺(tái)邊緣絕緣層與門檻之間、固定面板與裝修吊頂之間、端門與裝飾板之間的安裝間隙過(guò)小或縫隙中有異物；

3）站臺(tái)門長(zhǎng)度較長(zhǎng)，絕緣受施工工藝、灰塵潮氣等因素影響，導(dǎo)致站臺(tái)門絕緣阻值降低或失效。

3 相關(guān)對(duì)策

3.1 提高門體及絕緣層絕緣性能

具體可通過(guò)以下幾點(diǎn)內(nèi)容提高門體及絕緣層絕緣性能。

1）做好結(jié)構(gòu)布局，減少各金屬部件連接點(diǎn)。門體、地、金屬構(gòu)件之間敷設(shè)絕緣材料，拼接位置避免留有過(guò)小間隙或點(diǎn)接觸，門體與其他設(shè)備之間應(yīng)有至少20mm 的間隙防止爬電或放電。

2）做好防水導(dǎo)水措施。門體頂部應(yīng)有遮擋槽，防止車站滲水、漏水影響門體絕緣。

3）施工過(guò)程中加強(qiáng)絕緣保障。站臺(tái)地面裝修施工時(shí)，在門檻邊緣設(shè)置絕緣擋板，將門檻與裝修層隔離，避免混凝土進(jìn)入站臺(tái)門絕緣區(qū)域，避免施工過(guò)程中裝修對(duì)門體絕緣件的影響。

4）在司乘人員能夠觸及的站臺(tái)門外露金屬構(gòu)件表面涂刷絕緣材料、粘貼電氣絕緣膜，或采用滿足站臺(tái)門機(jī)械性能、運(yùn)行性能要求的復(fù)合絕緣材料制作站臺(tái)門門體上下連接件、立柱、門檻等司乘人員可能觸及的構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)門體自身完全絕緣。

上述方案屬于常規(guī)措施，可在一定程度上解決站臺(tái)門絕緣安裝的問(wèn)題，但不能從根源上解決問(wèn)題。

3.2 站臺(tái)門與鋼軌不做等電位聯(lián)結(jié)

對(duì)站臺(tái)門進(jìn)行絕緣安裝不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且絕緣效果無(wú)法保證，一旦絕緣下降也沒(méi)有很好的恢復(fù)辦法，因此，應(yīng)對(duì)站臺(tái)門等電位聯(lián)接的必要性進(jìn)行研究。

根據(jù)GB/T 28026.1—2018《軌道交通 地面裝置 電氣安全、接地和回流 第1 部分：電擊防護(hù)措施》規(guī)定【2】，對(duì)于直流系統(tǒng)，持續(xù)可接觸安全電壓的上限為120V。對(duì)于站臺(tái)門本身，驅(qū)動(dòng)電源大多采用110V 直流配電，通過(guò)隔離變壓器實(shí)現(xiàn)與交流配電間的電氣隔離，并實(shí)現(xiàn)“不共地”，即使出現(xiàn)直流輸出回路短路故障，也可以避免出現(xiàn)人身觸電事故。

正常情況下，軌道電位升高是由于鋼軌中的回流電流引起的，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，在列車進(jìn)站停穩(wěn)后，站臺(tái)門對(duì)鋼軌電位通常≤DC60V，大部分在36V 以下，小于人體能接受的安全電壓。即使乘客同時(shí)接觸到站臺(tái)及車體金屬構(gòu)件，通過(guò)人體電流值也較小。

在車輛未到站或駛出期間，鋼軌電位雖有所升高，但此時(shí)站臺(tái)門已關(guān)，站臺(tái)乘客不能同時(shí)接觸站臺(tái)門與車體，不存在人身安全問(wèn)題；即使接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌、對(duì)地或架空地線發(fā)生短路故障或直流供電系統(tǒng)保護(hù)裝置失靈，鋼軌電位限制裝置的保護(hù)作用也可將電位差限制在DC90V 內(nèi)。

站臺(tái)門與鋼軌之間不進(jìn)行等電位連接，再加上站臺(tái)門金屬框架均有覆膜絕緣處理，實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)很低【3】。目前，很多城市的地鐵線路站臺(tái)門與鋼軌均未進(jìn)行等電位聯(lián)接，尚未有乘客因此感覺(jué)不適的情況。此時(shí)不需要對(duì)站臺(tái)門進(jìn)行絕緣處理，只須將站臺(tái)門通過(guò)接地端子接地，這不僅大幅地降低了建設(shè)成本，也可以解決雜散電流腐蝕及站臺(tái)門打火問(wèn)題。

3.3 設(shè)置站臺(tái)門等電位導(dǎo)通裝置

列車在進(jìn)出站時(shí)，鋼軌的對(duì)地電位、泄漏電流更大，因此，可以設(shè)置專用的站臺(tái)門等電位導(dǎo)通裝置。在無(wú)列車停靠的情況下，使站臺(tái)門與大地進(jìn)行連接，與鋼軌不連接，以確保站臺(tái)人員的安全，并防止泄漏電流串入車站；列車到站停穩(wěn)后，通過(guò)站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)指令，斷開站臺(tái)門與大地的連通，閉合與鋼軌的連接，并對(duì)連通電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再打開站臺(tái)門供乘客上下車，從而最大限度地遏制站臺(tái)門絕緣薄弱點(diǎn)的“打火”現(xiàn)象，并確保乘客安全；而在列車出發(fā)前，站臺(tái)門關(guān)閉后，開關(guān)恢復(fù)至正常狀態(tài)。

站臺(tái)門等電位導(dǎo)通裝置相對(duì)于站臺(tái)門等電位聯(lián)接或不設(shè)聯(lián)接而言，提供了更加靈活的選擇，可始終保障乘客安全，并可遏制站臺(tái)門打火現(xiàn)象，有效降低雜散電流通過(guò)站臺(tái)門進(jìn)入車站。

3.4 采用專用軌回流系統(tǒng)

專用軌回流供電系統(tǒng)主要由接觸網(wǎng)授電系統(tǒng)和專用軌回流系統(tǒng)組成。專用回流軌采用絕緣支架獨(dú)立安裝，走行軌、站臺(tái)門均可與接地網(wǎng)連接，形成等電位體，可從系統(tǒng)角度杜絕回流電流的泄漏，能從根本上解決雜散電流腐蝕問(wèn)題，站臺(tái)門無(wú)須再考慮絕緣安裝問(wèn)題，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵車站站臺(tái)門系統(tǒng)的絕緣問(wèn)題，一直困擾著設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位。站臺(tái)門絕緣性能受地鐵環(huán)境的影響很大，很難滿足絕緣要求。本文通過(guò)對(duì)直流牽引供電系統(tǒng)雜散電流、軌電位、站臺(tái)門等電位聯(lián)接問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了在滿足地鐵運(yùn)營(yíng)安全要求的情況下，站臺(tái)門絕緣問(wèn)題的改進(jìn)和解決方案。