沈阳地铁站台门系统绝缘问题及改造方案研究

曲 博 吴李刚 张哲晨

(1.沈阳地铁集团有限公司，110142，沈阳;2.沈阳地铁集团有限公司运营分公司,110161,沈阳//第一作者，高级工程师)

1 站台门系统的绝缘问题

1.1 站台门的绝缘要求

为了改善车站站台区域的环境质量、保障乘客的安全，GB 50157—2013《地铁设计规范》规定新建线路车站宜设置站台门。站台门系统安装在站台边缘，通过门体隔离站台区域与轨行区。全高站台门与列车之间的间距一般不大于200 mm，乘客在上下车时可能同时触碰到站台门门体与列车。

列车在正常运营条件下，站台处走行轨对地电位不应大于120 V。当走行轨对地电压超标时，应采取短时接地措施[1]。沈阳地铁的轨电位限制装置保护整定值设置为90 V。这样列车和钢轨同车站地之间就存在着最高90 V的电位差。当站台门未做任何绝缘时，乘客存在触电的可能，轻者导致感官不适，严重时可能发生电击伤害。同样，当乘客同时接触列车和站台时也会存在触电的可能。所以，现在普遍要求对站台门进行绝缘安装，并在站台铺设绝缘层，将站台门与轨道进行连接，使站台门与列车等电位。

1.2 站台门的绝缘与等电位设计

沈阳地铁与其他大部分城市的地铁一样，采用了金属门体站台门。其绝缘主要包括站台地面的绝缘(站台铺设绝缘层)，站台门上部连接件、下部支撑结构及端门结构同土建结构间的绝缘，以及门体相关部件之间(顶箱及地槛等)的绝缘。绝缘阻值标准为不小于0.5 MΩ。

站台门系统与车站大地绝缘之后，同钢轨进行单点等电位连接。连接电阻不大于0.4 Ω，并使每侧站台门保持整体等电位。[2]

2 沈阳地铁站台门绝缘现状

沈阳地铁站台门的绝缘在建设期达到了验收要求，但在运营过程中，绝缘阻值受站台潮湿环境、土建结构、轨行区粉尘、绝缘的施工工艺、维护保养等多因素影响，其数值动态变化，不能完全满足绝缘要求。在沈阳地铁开通6年后，对43座车站的44套站台门系统绝缘数据进行重新检测。每站选取10个测点，共计测量440个数据。根据检测结果，沈阳地铁1、2号线有35套站台门绝缘阻值低于0.5 MΩ，少数严重的低于0.1 MΩ或近似于0，站台门绝缘不合格的车站数量约占80%。

目前，站台门对地绝缘不良的问题国内普遍存在。从各城市地铁的改造效果来看，均无法根本解决该问题。站台门与钢轨等电位，因绝缘不良而产生的杂散电流不仅会导致电腐蚀反应和打火现象的发生，对设备造成危害，还存在着乘客触电隐患。虽然少见关于乘客由于杂散电流触电的报道，但仍需引起重视。

3 站台门杂散电流分析

3.1 沈阳地铁现场实际电位差及杂散电流检测

当站台门门体与轨道等电位线断开时，理论上，站台门门体与列车门体会形成一定的电位差，又由于列车与轨道为等电位，故可认为门体-轨道电压同门体-列车门电压相等。通过检测沈阳地铁44套站台门系统在列车进站前、进站停稳时及离站后的电压发现，沈阳地铁1、2号线站台门门体与列车门体的最大电位差值为42 V，大部分在30 V以下，理论上已经达到了直流电流的痛苦阈值，但未达到致命程度[3]。

当站台门门体与轨道等电位线连接时，轨道杂散回流通过接轨的等电位线流经站台门门体内部。跟据现场实际情况，选取了35套站台门，在列车进站前、进站停稳时及离站后，对站台门杂散电流进行测量。由实测数据可知，流经站台门门体的电流最大值可达到43 A。部分车站测量数据见表1。

3.2 模拟人体电阻情况下的电流测量

为测量人体所受站台门与列车(钢轨)之间电位差的实际影响，进行了模拟人体电阻情况下的电流测量。在最不利的情况下，1个人用湿润的双手同时接触站台门与车体，会形成导电回路。此时，可将人体看作为1个串联在轨道与门体之间的电阻，其电阻值约为975～4 100 Ω。在门体接地(门体绝缘电阻为0)的极端条件下，模拟电压及人体条件，测试流经人体的最大电流。为方便测试，试验选取在高压变电所进行，并采用在轨道与大地之间串联1个1 175 Ω电阻的方式模拟。试验结果见表2。

根据表2可知，在门体完全接地的条件下，当人体电阻为1 175 Ω时,最大杂散电流为25.5 mA，已能使人体感到不适。只有轨道电位达到90 V，导电回路才能导通。计算可得此时的人体最大电流约为90 mA，可以对人体造成伤害。

表1 沈阳地铁1、2号线部分车站站台门与列车门体电压及杂散电流测量数据

表2 沈阳地铁模拟人体电阻电压及杂散电流测量数据

3.3 沈阳地铁站台门杂散电流对人体的危害

经过测量及论证，现阶段沈阳地铁暂时取消了站台门与钢轨的等电位连接线。由于乘客同时接触站台门与列车的概率极低且时间很短，而且，虽然门体对地绝缘不符合要求，但其并未完全真正接地，仍具有一定阻值。该阻值相对于人体电阻很大，导致实际上流经人体的电流很小。这使得乘客至今几乎没有触电感。因此，在实际运营中尚未接到关于此类事件的乘客投诉，乘客实际触电风险较低。但随着门体对地绝缘进一步老化，绝缘阻值进一步降低，不排除未来有发生乘客触电风险的可能。因此有必要开展对站台门绝缘的改造。

4 绝缘不良的改造方案

4.1 常见的绝缘改造方案

对于已开通线路，站台门系统绝缘改造方案主要有对站台门外露部分进行绝缘防护处理、断开站台门与钢轨等电位线、更换绝缘地槛、更换或重新铺设绝缘地板、对金属门体采用复合材料进行替换等改造方案。

4.2 常见改造方案的详细对比

对常见绝缘防护改造方案的技术难度、施工可行度、后期维护要求、施工工期、价格因素、寿命等方面进行调研。调研结果见表3。

表3 常见的绝缘防护方案对比

从经济性、可实施性及后期维护的便利性来看，采用对乘客可触及部分的门体进行绝缘处理的方案(包括喷涂绝缘漆或贴绝缘膜)比较贴近沈阳地铁改造实际，可大幅降低乘客候车触电的风险。

5 结语

随着运营年限的增加，运营环境和设备老化等因素，会使站台门存在整体绝缘阻值不断下降或绝缘阻值不稳定的风险。随着站台门绝缘阻值的下降，通过门体的杂散电流势必增大。当站台门门体与轨道等电位线断开时，门体与列车之间也形成了一定的电位差。而人体承受直流电流10 mA以上即会产生痛感[2]，当电流过大或者电位差过高超出安全阈值时都会导致乘客触电的风险增高，对运营安全造成危害。

为保障运营安全，有必要确保站台门绝缘阻值不低于《地铁设计规范》中0.5 MΩ的要求。当站台门绝缘阻值低于设计值时，由于缺少切实可行的维护方法，运营过程中难以通过日常的维保恢复该绝缘阻值，只能对站台门绝缘进行改造。

经过对现有较为成熟的改造方案进行综合对比，采用站台门直接接地、并对乘客可触及部分的门体进行绝缘处理的方案较适合沈阳地铁。该方案防护比较全面，经济性较好，实施及后期维护比较方便，既解决了杂散电流的腐蚀和金属部件之间虚连打火的问题，又满足地铁设计规范的要求，同时降低了大电流对人体伤害的风险及乘客正常候车时的触电风险，能满足沈阳地铁现阶段对站台门绝缘防护的需求。