舒駱鵬

（金華市金義東軌道交通有限公司，浙江金華 321000）

1.接軌及絕緣的由來

（1）接軌：地鐵列車一般采用直流牽引供電系統(tǒng)，并把行走軌作為回流軌，直接連至牽引變電所[1]。為減少雜散電流對(duì)土建結(jié)構(gòu)鋼筋的影響，鋼軌與大地間要求是絕緣的，故車輛與大地間存在電位差，供電系統(tǒng)在牽引變電所及車站內(nèi)設(shè)計(jì)有軌電位限制裝置，監(jiān)視鋼軌與地之間的電壓，如電壓超過一定值（一般設(shè)置為DC90V或DC120V），軌電位限制裝置將動(dòng)作，將鋼軌接地，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌與地之間的電流，當(dāng)電流低于預(yù)定值時(shí)，軌電位裝置自動(dòng)復(fù)位，斷開與地的連接。如站臺(tái)門不與鋼軌連接，當(dāng)列車停車時(shí)，站臺(tái)門門體結(jié)構(gòu)與車體間存在電位差，乘客上、下車或乘客身體同時(shí)觸摸到站臺(tái)門及車輛時(shí)，將有觸電的可能，這也是大部分軌道交通站臺(tái)門設(shè)計(jì)要求接軌的主要原因。

（2）絕緣：當(dāng)站臺(tái)門與鋼軌等電位連接后，站臺(tái)門與大地之間相當(dāng)于有了電位差，若不對(duì)站臺(tái)門門體與站臺(tái)進(jìn)行絕緣安裝，供電系統(tǒng)的回流將會(huì)通過站臺(tái)門流至大地，腐蝕車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋，根據(jù)《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，地鐵的雜散電流（迷流）對(duì)城市建筑和地鐵本身具有較大的腐蝕作用，為限制地鐵雜散電流，降低與消除其不利影響，必須采取防護(hù)措施。因此，站臺(tái)門與站臺(tái)板須進(jìn)行絕緣安裝。另外，考慮到在站臺(tái)上候車的乘客會(huì)接觸到站臺(tái)門門體部分，存在觸電的可能，所以自站臺(tái)邊緣起向內(nèi)1m范圍內(nèi)的站臺(tái)地面裝飾層以下應(yīng)設(shè)置絕緣層。目前國(guó)內(nèi)軌道交通站臺(tái)門門體上部、下部安裝通過絕緣套與土建絕緣，然后站臺(tái)門門體與鋼軌通過等電位電纜連接，實(shí)現(xiàn)門體、車輛同一電位[2-3]。

2.接軌及絕緣的存在問題

目前幾乎所有國(guó)內(nèi)軌道交通線路站臺(tái)門均采用以上接軌與絕緣方案，即站臺(tái)門與鋼軌等電位、站臺(tái)門在站臺(tái)絕緣安裝，并且敷設(shè)絕緣層的方案，但從工程實(shí)際施工、運(yùn)營(yíng)、使用的情況看，國(guó)內(nèi)大部分線路站臺(tái)門的絕緣均不理想，在安裝初期絕緣值是可以達(dá)到0.5MΩ，但由于絕緣件不可避免需裸露在外，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，導(dǎo)致絕緣件絕緣值不斷下降，甚至有些完全失效[4]。

而絕緣一旦失效，就可能導(dǎo)致乘客在上、下車的過程中，軌電位可以經(jīng)人體進(jìn)入車站站臺(tái)，最終回流至變電所負(fù)極，形成雜散電流。雜散電流正常情況下對(duì)普通人群不會(huì)造成傷害，但對(duì)于少部分特殊人群，例如帶有心臟起搏器的人群將可能造成傷害。同時(shí)門體接軌后，兩者形成等電位，即相當(dāng)于門體本身帶電，當(dāng)站臺(tái)門周邊的其他金屬材料（如金屬橋架、吊頂龍骨等）與門體結(jié)構(gòu)距離小于爬電距離時(shí)，將出現(xiàn)放電打火的現(xiàn)象。這在各地城市軌道交通均出現(xiàn)過此情況，存在一定的安全隱患，并可能導(dǎo)致不明情況的乘客恐慌、投訴。

分析站臺(tái)門絕緣性能下降的原因有以下幾點(diǎn)。

（1）熱影響：列車進(jìn)站停車時(shí)，車輛底部及上部有大量熱能排出，排熱部位與站臺(tái)門絕緣位置接近，隨著溫度升高，站臺(tái)門與車站結(jié)構(gòu)間的絕緣件變軟，其抗剪切力逐步散失。當(dāng)溫度超過絕緣件的閥值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣件壽命變短，甚至發(fā)生絕緣體碳化、破裂的情況。

（2）電磁場(chǎng)影響：站臺(tái)門絕緣材料會(huì)受到來自列車、接觸網(wǎng)或接觸軌等產(chǎn)生的電磁場(chǎng)時(shí)，絕緣材料的表面和內(nèi)部空隙會(huì)發(fā)生發(fā)電。反復(fù)多次放電所產(chǎn)生的離子電弧和離子運(yùn)動(dòng)將逐步腐蝕絕緣材料，使其絕緣性能逐步下降。

（3）其他因素影響：軌行區(qū)的鐵粉、灰塵、腐蝕氣體、附著的油類也會(huì)加速站臺(tái)門絕緣件老化，尤其是鋼軌與列車摩擦產(chǎn)生的鐵粉，極易附著在絕緣件上，導(dǎo)致絕緣性能下降。

3.接軌及絕緣的建議措施

鑒于目前站臺(tái)門絕緣方案及實(shí)際運(yùn)用存在一些問題，并且導(dǎo)致絕緣性能下降的因素難于控制，有必要對(duì)站臺(tái)門系統(tǒng)接軌及絕緣的方案進(jìn)行重新考量，轉(zhuǎn)換思路，從根本上解決問題。

解決站臺(tái)門接軌與絕緣問題的核心是解決站臺(tái)門與列車的電位差的問題，而鋼軌作為回流軌的特性決定了必然帶軌電位。解決此問題可采取兩個(gè)方案：供電設(shè)置專用回流軌，即“第四軌”和站臺(tái)門采用整體式絕緣方案。

3.1 供電系統(tǒng)設(shè)置專用回流軌，即“第四軌”

采用專用鋼軌回流，則車輛不帶電壓，站臺(tái)門門體無需與鋼軌進(jìn)行等電位連接，而通過接地端子連接車站接地網(wǎng)，乘客上下車時(shí)不會(huì)存在跨步電壓。

站臺(tái)門無需進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)及安裝，站臺(tái)側(cè)地面、端門內(nèi)外地面及墻面不再需要進(jìn)行絕緣處理，站臺(tái)側(cè)吊頂及其上方的管線等由于均接地而無需與門體結(jié)構(gòu)保證50mm以上的間隙。自此，站臺(tái)門不再受運(yùn)營(yíng)后絕緣下降、與周邊管線、天花打火的問題困擾。

綜上所述，采用專用鋼軌回流方案將大大簡(jiǎn)化站臺(tái)門的絕緣、接地設(shè)計(jì)方案及實(shí)施難度，解決了站臺(tái)門的絕緣消失或下降帶來的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)問題，同時(shí)解決了門體周邊天花及管線打火問題。因此，采用專用鋼軌回流方案對(duì)于站臺(tái)門系統(tǒng)有著非常積極的作用。

但采用專用鋼軌回流方案涉及到供電專業(yè)的方案變化以及增加供電造價(jià)，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況全盤統(tǒng)籌考慮。

3.2 站臺(tái)門采用整體式絕緣方案

如果不設(shè)置專用回流軌，為徹底解決站臺(tái)門的打火與絕緣問題，站臺(tái)門可考慮采用新型整體式絕緣方案。從根本上解決站臺(tái)門的絕緣問題就得從其本身材質(zhì)的絕緣性出發(fā)，改變以前局部安裝絕緣件的處理方式，使站臺(tái)門作為一個(gè)獨(dú)立絕緣體來屏蔽站臺(tái)區(qū)域和軌行區(qū)域。

3.2.1 具體方案

站臺(tái)門不再與鋼軌連接，頂箱內(nèi)電氣設(shè)備通過接地端子排與車站大地連接，而門體結(jié)構(gòu)采用絕緣的非金屬?gòu)?fù)合材料制作而成，包括站臺(tái)門門體上下連接件、頂箱蓋板、立柱及包板、門檻、踢腳板、應(yīng)急門和端門的推桿、所有門體的門框等乘客和站務(wù)人員有可能接觸到的站臺(tái)門門體的各個(gè)部位構(gòu)件。采用復(fù)合材料制作的各個(gè)部件，絕緣性能穩(wěn)定持久。

3.2.2 整體式絕緣門體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）經(jīng)過高溫、鹽霧等系列測(cè)試，復(fù)合結(jié)構(gòu)門體絕緣值可滿足0.5MΩ的要求，滿足軌道交通的使用環(huán)境要求。

（2）經(jīng)加速老化測(cè)試，復(fù)合材料的壽命可達(dá)到站臺(tái)門整體壽命30年的要求。

（3）采用共擠工藝成型的復(fù)合材料立柱型材、門檻型材、門框型材的金屬厚度與傳統(tǒng)方案一致。經(jīng)受力分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)試，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全滿足站臺(tái)門的設(shè)計(jì)和使用要求。

3.2.3 整體式絕緣方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用整體復(fù)合絕緣方案后，可以取消站臺(tái)門至鋼軌的等電位連接電纜，阻斷了一條可能的雜散電流通路。

（2）采用整體復(fù)合絕緣門體后，門體結(jié)構(gòu)可以不需再做絕緣處理而直接和站臺(tái)土建結(jié)構(gòu)連接，在保證絕緣效果的同時(shí)大大簡(jiǎn)化了站臺(tái)門的安裝工藝。

（3）可以從根源上杜絕由于站臺(tái)門帶電所引起與周邊金屬材料打火的情況，保證乘客和站務(wù)人員的人身安全，消除了對(duì)運(yùn)營(yíng)安全的隱患。

4.總結(jié)

現(xiàn)有的站臺(tái)門絕緣安裝方式，供電設(shè)置專用回流軌及整體復(fù)合絕緣門體結(jié)構(gòu)的方式，從電氣原理和技術(shù)角度分析均是合理的。但供電設(shè)置專用回流軌方案和整體復(fù)合絕緣門體結(jié)構(gòu)形式是解決目前接軌和絕緣存在問題的一種新思路和解決方案的嘗試。后續(xù)可根據(jù)新方案的試點(diǎn)測(cè)試情況及項(xiàng)目實(shí)際選取相應(yīng)的方案，保障城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全。