地铁屏蔽门门体电阻分类及计算方法研究

卜立峰

（广州市地下铁道总公司，广州510380）

目前，就城市交通而言，一方面城市车辆不断增加，城市交通总量急剧增长；另一方面，城市道路及交通工具的运能不足，又引起交通阻塞、车速下降、车辆安全、乘客拥挤等一系列问题[1]；因此发展城市轨道交通成为必需的路径，在城市轨道交通发展过程中，屏蔽门作为一个重要的安全设备，在安装时需要达到行业制定的绝缘标准。站台绝缘层系统便是屏蔽门工程重要的组成部分之一，本文将就屏蔽门等电位及绝缘系统进行分析。

1 屏蔽门等电位及绝缘系统的组成

屏蔽门在建设前，因为等电位系统直接影响到屏蔽门接轨的各项参数（位置及方式），所以必须向车站提供站台等电位连接的位置及方式，尤其是当上下行的地铁站台均由同一个电源柜进行供电时，站台屏蔽门系统更应具有相同的电位。

屏蔽门系统的绝缘要求应该满足城市轨道交通站台屏蔽门技术规程及地铁杂散电流腐蚀防护技术规程。在大气压下[2]，屏蔽门绝缘要求与站台土建结构电气隔离，环境温度－5～45℃，相对温度≤100%条件下，屏蔽门对地绝缘值≥0.5 MΩ；且在绝缘设计时，应避免冷凝现象，影响屏蔽门对地绝缘值。

在屏蔽门与走行轨进行等电位连接后，如果绝缘良好，且过电压保护装置（Over－Voltage Protection Device，OVPD）、框架保护不发生故障，则人体安全可以得到保障。由于地铁站台的环境受到多方面的影响，如热影响、受压、电磁影响等。在屏蔽门安装使用3个月或6个月以上后，几乎国内没有一个城市的地铁可以达到规定的绝缘要求。国内的研究也提出了新的更为实际绝缘标准，实际施工过程中要求为0.5 MΩ，也有最新的研究提出的检测标准为0.1 MΩ[3]。由于门体与走行轨相连，走行轨作为地铁机车供电系统的回流线，具有一定的电压，所以屏蔽门门体也就具有了与轨道相等的电位。若绝缘达不到要求，不但可能在乘客上下车时产生跨步电压，还会使供电系统所存在的杂散电流通过屏蔽门绝缘最薄弱的环节，轻者打火，局部甚至可能发生金属热熔化，对整个车站建筑结构产生金属腐蚀，产生严重的后果；因此，站台绝缘层的意义与消防栓等一般无二，其绝缘性能合格与否与公众的财产安全密切相关。

1.1 绝缘系统的组成

屏蔽门的绝缘系统主要包括：屏蔽门的上部安装支架与中部、下部系统立柱、站台表面的绝缘。屏蔽门的绝缘，是保证屏蔽门门体与走行轨道等电位的必要条件。屏蔽门结构与车站之间的接口主要建立在屏蔽门顶箱与外墙的连接、门槛处。见图1所示。

如图1，绝缘类型可根据绝缘的不同位置分为3类[4]：① 屏蔽门门体与车站地间的绝缘；② 门扇与面板表面的绝缘；③ 站台的绝缘。

1.2 等电位系统的组成

等电位系统由顶部等电位总线、底部等电位总线、垂直连接线及接轨线组成。其中顶部等电位总线为包含由铜编织带连接在一起的顶箱铝型材料；底部等电位总线为嵌入在不锈钢门槛上的铜排，这些铜排由附加的铜编织带进行连接；顶部或底部等电位线通过垂直连接实现等电位。接轨线为95 mm2截面积的铜电缆，其长度不超过3 m。图2为等电位系统的剖面图。

图1 屏蔽门绝缘系统

图2 屏蔽门等电位原理剖面图

2 屏蔽门门体电阻分类及计算方法

在《地铁设计规范》中，要求“屏蔽门应有良好的绝缘和接地，保证乘客安全”[5]。并未明确具体的绝缘数值，且目前国内、外均无相关规定。在我国的屏蔽门建设中，通常工程要求绝缘电阻大于0.5 MΩ[6]。

根据城市轨道交通技术规范，屏蔽门绝缘系统有以下性能指标：① 在站台绝缘层铺设后，对各检测点用500 V DC兆欧表进行检测，要求每个检测点对地电阻均要大于0.5 MΩ；② 检测点以网格状排列，平行轨道方向间距≤3 000 m，垂直轨道方向不少于2个检测点；③ 端门范围内的检测点不少于6点，以网格状排列。

针对地铁等电位系统，在施工过程中，一般有以下要求：①等电位连接点能够承受持续20 ms的90 k A的瞬时电流；② 屏蔽门结构及等电位体上任一点与接轨点之间的电阻值不能超过50 mΩ。

按照屏蔽门设计规范要求，屏蔽门门体上任意点与走行轨之间的总电阻都要小于50 mΩ，以确保当接触网发生意外事故时，能够及时触发轨道电位过压保护装置，且等电位材料要求能够承受瞬时短路电流（90 k A／20 ms）。屏蔽门门体的等电位布置详见图3，根据不同位置的电阻，将等电位电阻主要分为5类。

图3 屏蔽门等电位电阻类型

（1）整个单元（内部元件）的对角线电阻：设计要求小于35 mΩ，即每一组屏蔽门单元或是单个屏蔽门体连接到顶箱型材上的电阻R1≤35 mΩ。

（2）顶部水平等电位总线电阻R2（包含顶箱铝型材及铜编织带，其中顶箱铝型材截面积为4 000 mm2，铜编织带截面积为50 mm2），其中，ρAl为铝的电导率；ρCu为铜的电导率；LAl为顶箱铝型材长度；SAl为顶箱铝型材截面积；LCuTop为顶部铜排长度；SCuTop为铜排截面积。有

（3）底部水平等电位总线电阻R3（嵌入在不锈钢门槛型材内的铜排，截面积为100 mm2，包括50 mm2铜编织带），其中，LCuBot为底部铜排长度；SCuBot为铜排截面积。有

（4）顶部等电位总线与底部等电位总线在中点处垂直连接电阻R4（铜电缆，截面积须等同于2 mm×95 mm），其中，LTop－Bot为中点处垂直连接铜排长度；STop－Bot为中点处垂直连接铜排截面积。有

（5）屏蔽门等电位总线与轨道的接轨电阻R5假设在车站两端均采取接轨措施（铜电缆，截面积为95 mm2），其中，LBot－Rail为等电位总线与轨道的接轨铜排长度；SBot－Rail为等电位总线与轨道的接轨铜排截面积。有

因此，可计算出门体至钢轨总接电阻为

此设计保证屏蔽门系统的安全接轨，在任意电位点与走行轨之间的电阻不超过50 mΩ。由于顶箱使用的金属铝，有较好的导电性能（其电阻率为0.028 3 mm2／m）；因此，截面积4 000 mm2的铝制顶箱可以直接作为顶部水平总线，顶箱间由50 mm2的铜编织带连接，此方法可以避免使用铜排等导体作顶部等电位总线，有效地降低了实际成本。屏蔽门底部，使用铜排嵌入在不锈钢门槛上作为等电位总线，其截面积根据能够承受瞬时短路电流（90 k A／20 ms）选用100 mm2。各段铜排间通过铜编织带进行连接。最后用2根铜电缆连接顶部等电位与底部等电位总线。门框结构通过铜纺织带与顶箱材料连接固定屏、双扇滑动门、应急疏散门、端墙、手动端门的电阻均小于35 mΩ。

3 结 语

本文重点对屏蔽门等电位系统及绝缘系统进行了分析，明确了绝缘系统及等电位系统的组成。根据具体结构，对屏蔽门门体进行了划分，将门体电阻分为了5种类型。针对等电位连接，将分类后的连接电阻进行了分析计算。根据计算结果，从理论上验证了地铁屏蔽门工程设计的门体结构能够满足等电位性能的需要，完全能达到设计的要求。所提出的基于结构的电阻计算方法，便于在等电位系统工程施工和测量中进行参考，也为绝缘系统性能测试提供了理论依据。

[1] Furda A，Vlacic L.Towards increased road safety：Real－time decision making for driverless city vehicles[C]／／TX USA IEEE Conference.John E.Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Systems，Man and Cybernetics，2009.SMC 2009.San Antonio，TX，USA IEEE International Conference on.2009.

[2]李 伟，周建平.轨道绝缘测试仪的研究[J].中国铁路，2004，1（9）：47－49.

[3] 鲁 楠，谢 伟，王彦利.地铁屏蔽门的绝缘电阻问题和解决措施[C]／／中国铁道学会，城市轨道交通供电系统新技术年会论文集.深圳：中国铁道学会，2009：169－174.

[4] 马洪亮.地铁站台屏蔽门等电位与绝缘系统研究[J].机车电传动，2011，7（3）：49－51.

[5] 施仲衡，周庆瑞，郑晓薇.GB－05157－2003，地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[6] 陈韶章.地下铁道站台屏蔽门系统[M].北京：科学出版社，2005：155－158.