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、過渡電阻的均衡程度等因素的影響，為確保乘客和運(yùn)營維護(hù)人員的安全，實(shí)時(shí)監(jiān)測及限制鋼軌電位，地鐵供電系統(tǒng)在車站變電所、車輛段及停車場檢修庫內(nèi)設(shè)置了鋼軌電位限制裝置（簡稱OVPD），用來將鋼軌的電位限制在預(yù)定的安全范圍內(nèi)。在正常運(yùn)營條件下，正線回流軌與大地之間的電壓通過OVPD 被限制在DC90V 以下。當(dāng)軌電位超過設(shè)定值時(shí)，OVPD 動(dòng)作，將鋼軌與大地短接并監(jiān)測流過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?？吭谡九_(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。但從全國各城市地鐵工程實(shí)際檢測情況來看，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)回流過大，門體通過其他金屬物與車站地連接或回路中金屬件的過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。通過對(duì)國內(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小或縫隙中有異物；

3）站臺(tái)門長度較長，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)門絕緣安裝的問題，但不能從根源上解決問題。

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，而且絕緣效果無法保證，一旦絕緣下降也沒有很好的恢復(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)場實(shí)際測量，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，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題，站臺(tái)門無須再考慮絕緣安裝問題，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

綜上所述，地鐵車站站臺(tái)門系統(tǒng)的絕緣問題，一直困擾著設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)以及運(yùn)營維護(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)接問題進(jìn)行分析，提出了在滿足地鐵運(yùn)營安全要求的情況下，站臺(tái)門絕緣問題的改進(jìn)和解決方案。