城市轨道交通站台门新型整体式绝缘设计方案

饶美婉

(广州地铁设计研究院有限公司　广州　510010)



城市轨道交通站台门新型整体式绝缘设计方案

饶美婉

(广州地铁设计研究院有限公司广州510010)

摘要针对城市轨道交通当前采用站台门与轨道连接、保持与列车门体等电位、站台门通过上下部绝缘套与土建绝缘安装方式存在的问题，提出一种新型有效的整体式绝缘型复合门体结构的站台门设计方案，并结合样机对其进行在承受2 000 Pa风压和乘客挤压载荷1 500 N/m的共同作用下，变形量不大于12 mm的结构强度要求及绝缘性能不小于0.5 MΩ等方面的测试，该方案满足站台门规范及设计使用要求，是解决目前绝缘存在问题的一种新思路和方案。

关键词城市轨道交通；站台门；绝缘；复合门体结构；整体式

1研究背景

站台门作为轨行区与站台区的隔离设备，在保证运营安全及节能等方面的作用非常明显，如今国内各城市地铁线路已经把站台门作为必备设备广泛采用。

目前，国内地铁线路基本采用钢轮钢轨车辆，钢轨回流制式，列车车体与钢轨等电位。在列车运行过程中，车站站台区域钢轨对地电位随列车运行呈现正负交替变化，在站台车体与地之间存在电位差[1]。站台门安装在站台边缘，与列车车体之间的距离很近，乘客上下车时极有可能同时接触到列车车体外壳和站台门门体，为保证足够的强度，站台门的门体立柱和门 框 均 为金属材质。在上下车过程中，乘客可能同时接触到车门与站台门，为了消除车体电位对乘客的电击伤害，站台门目前普遍采用的是与轨道相连接，保持与车体等电位，同时为了防止杂散电流通过站台门泄漏，站台门采用绝缘的安装方式[2-3]。由于各个站台门厂家产品结构设计的局限以及站台门实际运行环境的恶劣，如存在大量的粉尘等都会使站台门的绝缘安装电阻值在运行中不断降低，开通运行1年后其绝缘电阻普遍低于设计值。国内各大城市站台门的绝缘都存在此共性问题。

鉴于目前业内的通用绝缘方案难以从根本上解决站台门在运营过程中绝缘降低乃至失效的问题，研究一套新型可行有效的站台门绝缘方案对于地铁的安全运营具有重要的意义，也是发展的趋势。

2当前站台门绝缘安装方式

目前国内轨道交通站台门安装方式如图1、2所示，站台门门体上部、下部的安装通过绝缘套与土建绝缘，然后站台门门体与钢轨通过等电位电缆连接，实现门体、车辆同一电位[4-6]。

图1　门体绝缘安装方式

图2　下部绝缘套示意

在安装初期绝缘值可以达到0.5 MΩ[7-8],但由于绝缘套需裸露在外，且需要一定的承受能力，而轨行区实际运行环境比较恶劣，存在大量的粉尘等污染绝缘套，导致绝缘值不断下降，甚至有些完全失效。绝缘失效有可能导致乘客在上、下车过程中，轨电位通过人体进入站台，并且回流至变电所负极，形成杂散电流，该电流一般对正常人群不会造成伤害，但对于特殊人群，如带有心脏起搏器的人群将造成伤害。

同时由于门体与钢轨等电位，相当于门体本身带电，如果站台门周边的金属材料(金属桥架、吊顶龙骨等)与门体过于紧密时，将出现打火花的情况，这在各地的地铁站中均出现过，存在一定的安全隐患。

3新型整体式绝缘方案

结合上面出现的问题，笔者提出了一种新的设计方案：绝缘型复合门体结构(见图3)。该结构是以绝缘的非金属复合材料制作站台门门体上下连接件(与站台板或顶梁的连接件)、立柱、立柱包板、踢脚板、门槛、顶箱盖板、应急门、端门推杆及活动门、固定门、应急门、端门的门框等乘客和司乘人员有可能接触到的站台门门体的各个部位构件，这些复合材料制作的各个部件，绝缘性能稳定持久。

图3　绝缘型复合门体结构

下面以立柱为例，对绝缘型复合门体结构的结构特点进行简单论述。

复合材料立柱由上部伸缩装置、复合材料立柱型材及下部固定装置构成。上部伸缩装置和下部固定装置为钢质件，其表面附着1.5 mm厚度的复合材料绝缘包覆层。复合材料立柱型材采用镀锌钢管、绝缘树脂及加强纤维共挤工艺挤拉成型，成型后外层为复合材料层，内层为钢质层，其剖面和截面如图4所示。

图4　立柱剖视及截面

立柱是站台门的主体结构受力件，根据站台门的载荷受力特点，其纵向抗压和横向抗弯强度的大小是站台门结构强度能否满足设计要求的关键因素[9]，因此对复合材料立柱的强度要求可以确定为：纵向抗压强度和横向抗弯强度不小于相同外径尺寸、相同壁厚的常规钢质立柱的强度。复合材料立柱的设计方案是在常规立柱的规格厚度下再加上3 mm厚的复合材料层，理论和实际对比结果都证明了其抗压和抗弯强度远高于常规的钢质立柱。复合材料门槛型材、复合材料门框型材的原理与之相同。

4样机测试结果

采用绝缘型复合门体结构，对原有站台门的电气部分和机械传动部分没做任何改变，因此主要是对其进行结构测试和绝缘测试以验证其可行性。

选用的复合材料样机立柱规格为60 mm×120 mm×(5+3) mm,复合材料门框规格为60 mm×60 mm×(2.5+1.5) mm，复合门槛材料为120 mm×20 mm×5 mm。

门体变形量测试：门体在承受风压2 000 Pa和乘客挤压载荷1 500 N/m(距站台装修完成面1.125 m高度)时，最大变形量主要体现在滑动门门框中部，变形量为9.13 mm，满足站台门门框或支撑立柱外轮廓边缘上任何一点向轨道侧的最大变形量不大于12 mm的要求。

门槛的变形量测试方式：在门槛长度2 m、极限站8人、每人75 kg的情况下，即有效载荷600 kg加载到两个测试点上进行变形量模拟测试，试验测试结果为变形量2.51 mm，满足规定的门槛最大弹性变形量小于 4 mm的要求。

绝缘性能测试：门体在模拟的车站环境常温、常压，落有灰尘、空气湿润(相对湿度90%左右)的环境下，门体绝缘值可保持在500 MΩ左右；继续喷洒适量水雾，在型材表面有结露的恶劣环境下，门体绝缘值仍可保持在10 MΩ～50 MΩ，远远大于规范要求的0.5 MΩ[10]。

5绝缘型复合门体结构特点

综上所述，绝缘型复合门体结构具备如下特点：

1) 可根据各个结构件的不同特点和功能要求，予以不同的纤维配比、成型树脂、成型工艺配合。立柱、门框、上下部连接件、门槛、推杆等构件的组装及现场安装方式与原结构一致，不需要增加工序；

2) 复合材料构件不含有害化学成分，低烟无卤，防火等级可以达到B1级，满足站台门的使用要求；

3) 材料的使用寿命满足站台门寿命30年的要求;

4) 复合材料构件的外观可根据设计要求进行表面热转印工艺处理，达到多颜色、多质地的效果；

5) 复合材料立柱型材、复合材料门槛型材及其内部的金属厚度不变，外加绝缘复合材料与之相结合，经试验测试， 结构强度完全满足站台门结构的设计和使用要求；

6) 在地铁车站的常规环境状态和恶劣环境状态下，复合门体结构的门体绝缘值可以满足0.5 MΩ的要求。

6新型整体式绝缘方案的优势

1) 站台门门体结构直接和站台土建结构连接，不需要再做绝缘处理，使得站台门的安装工艺大大简化；

2) 取消门体与钢轨间的等电位电缆连接,既减少了工程量，又阻断了一个轨道电路可能出现的杂散电流通路；

3) 站台门内部金属构件等电位后直接接地，符合相关《电气设备安装规范》要求；

4) 彻底消除因站台门带电引起与周边金属设备打火花的情况，消除了运营安全隐患，保证乘客和司乘人员的人身安全；

5) 提高了门体结构的耐腐蚀性能，延长设备的使用寿命；

6) 门体颜色可根据装修需求进行调整，可以与车站装修更加协调。

7结论

当前的站台门绝缘安装方式及笔者论述的绝缘型复合门体结构的方式都是基于保护乘客安全出发的，从电气技术角度分析均是合理的，但绝缘型复合门体结构的整体式绝缘方式更适用于地铁的使用环境，目前正在进行试验性应用，是解决目前绝缘存在问题的一种新思路。

参考文献

[1] 王耀文，史和平.地铁站台屏蔽门系统的结构强度与安全性分析[J].城市轨道交通研究，2013(6)：76-78.

[2] 孙增田,李华,程强.屏蔽门接轨保护及绝缘保护必要性分析[J].城市轨道交通研究，2006(8)：44-46.

[3] 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(3)：49-51.

[4] 赵振江，黄明才.地铁站台屏蔽门的绝缘与接地处理[J].城市轨道交通研究，2012(6) :110-112.

[5] 陈韶章.地下铁道站台屏蔽门系统[M].北京：科学出版社，2005：137-140.

[6] 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程：CJJ 49—1992[S].北京：中国计划出版社，1993.

[7] 李鲲鹏，饶美婉.城市轨道交通站台门绝缘安装电阻值分析[J].建筑电气，2015(6)：22-25.

[8] 城市轨道交通站台屏蔽门系统技术规范：CJJ183-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[9] 地铁设计规范：GB 50157—2013 [S].北京: 中国建设工业出版社, 2014.

[10] 邓协和，孙斌，夏美霞，等.城市轨道交通站台屏蔽门系统等电位、总电阻、绝缘电阻的测试方法研究[J].城市轨道交通研究，2011(9):65-67.

(编辑：王艳菊)

Design of Integral Insulating PED for Urban Rail Transit

Rao Meiwan

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

Abstract:In order to solve the current problems of connection between platform edge door (PED) and rail and maintain the equipotent body at the train door and the installation of PED insulation sleeve from civil structure, a new type of effective and integral insulating compound structure of PED design is proposed. Tests are carried out on the prototype to ensure that the structural strength requirement is not more than 12mm and insulation performance will not be less than 0.5MΩ under a 2000Pa wind pressure and 1500N/m passenger extrusion load. The scheme satisfies the PED specifications and design requirements, providing a new method to solve the problem of insulation.

Key words:urban rail transit; platform edge door(PED); insulation; the composite door structure; integral

doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2016.03.027

收稿日期:2015-07-01修回日期: 2015-08-25

作者简介:饶美婉，女，工学学位，电气一室副主任，高级工程师，从事轨道交通线路电气、站台门、自动扶梯、电梯等设计和研究，raomeiwan@dtsjy.com

中图分类号U231

文献标志码A

文章编号1672-6073(2016)03-0119-03