地铁站台门绝缘问题分析及应对措施

2020-07-25王哲

工程建设与设计 2020年13期

王哲

（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，杭州310004）

1 相关方案

1.1 杂散电流与轨电位

目前，国内地铁一般采用1500V 直流牵引供电系统，以钢轨兼作牵引回流通路【1】。牵引电流从牵引变电所的正极经接触网、电动列车和走行轨（即回流轨）返回牵引变电所的负极。走行轨铺设在整体道床上，由于钢轨存在纵向电阻且钢轨与整体道床之间不完全绝缘，所以，牵引电流有一部分泄漏至道床，并由道床流经结构钢筋及沿线金属管线，又重新流回钢轨和牵引变电所的负极，如图1 所示。这些杂散电流会对地铁结构钢筋以及地铁周围土壤中埋设的金属构件、管线设施等造成电化学腐蚀。

图1 地铁杂散电流示意图

钢轨与大地间存在一定的过渡电阻，杂散电流的存在使得轨道与大地之间存在电位差，钢轨对地电位的大小主要受机车数量、负荷电流、牵引所间距、过渡电阻的均衡程度等因素的影响，为确保乘客和运营维护人员的安全，实时监测及限制钢轨电位，地铁供电系统在车站变电所、车辆段及停车场检修库内设置了钢轨电位限制装置（简称OVPD），用来将钢轨的电位限制在预定的安全范围内。在正常运营条件下，正线回流轨与大地之间的电压通过OVPD 被限制在DC90V 以下。当轨电位超过设定值时，OVPD 动作，将钢轨与大地短接并监测流过OVPD 中（钢轨与大地之间）的电流，当该电流低于整定值时，OVPD 自动复位，断开钢轨与大地的连接。

1.2 站台门等电位联接及绝缘安装

列车停靠在站台时，站台门与列车车体之间的间隙较小，乘客上下车时可能同时接触到列车车体和站台门门体，由于轨地电位的存在，列车与站台门间将存在电位差，若此电位超出人体能耐受的电压，将给司乘人员造成危害或不适。

因此，为保护人身安全，通常将站台门金属框架与钢轨通过单点双线冗余电缆进行联接，以实现每侧站台门和列车车厢之间的等电位。

为避免站台门与钢轨等电位联接后杂散电流对结构钢筋、金属管线的腐蚀，需要将正常情况下人体可触及的站台门金属构件与车站结构进行绝缘处理，其绝缘电阻应≥0.5MΩ；为防止车辆电位危及乘客人身安全，自站台边缘起站台侧一定范围的地面装饰层也应进行绝缘处理。一般通过在站台边缘内侧1000mm 范围内，端门内外侧2000mm 范围内设置绝缘地坪的方式来实现。

2 运行现状

2.1 站台门绝缘不满足要求

由于站台门与钢轨之间进行了等电位联接，站台门安装时通常采用在门体结构上部与轨顶风道梁连接件、下部与站台板连接件中设置绝缘衬套、绝缘垫片和打密封胶的形式来实现门体与土建结构的绝缘，并将端门门体与主段门体做电气隔离处理。但从全国各城市地铁工程实际检测情况来看，由于外部环境、施工等因素的影响，站台门与站台结构及周边设施实现绝缘安装的难度很大，尤其是运营一段时间后，普遍存在绝缘失效的情况。

在站台门绝缘偏低或失效的情况下与轨道进行等电位联结，相当于人为制造了一个杂散电流通路，牵引回流通过钢轨进入站台门，使结构钢筋、金属连接件和金属管线等受到腐蚀。

2.2 站台门对车站地放电

在站台门立柱底座、上部绝缘不合格或绝缘阻值不稳定的情况下，站台门门体类似走行轨，站台门和车站地之间存在杂散电流。当回流过大，门体通过其他金属物与车站地连接或回路中金属件的过小间隙空气被击穿时会造成站台门结构对相邻金属部件发生放电打火、拉弧的现象。通过对国内不同城市站台门打火次数及位置的调查统计汇总，按打火位置分类统计得出，多数站台门放电位置是在固定面板与装修吊顶之间、端门固定面板与装修挂板之间、端门与边门的连接拐角处等。

2.3 原因分析

纵观国内地铁，站台门及站台绝缘地坪在投入使用后绝缘不良是共性问题，在进行等电位连接情况下，导致杂散电流腐蚀及金属连接部件“打火”现象的原因主要有：

1）站台门绝缘材料选择不当或绝缘结构设计不合理，绝缘间隙和爬电距离受电位差、绝缘材料性质等影响较大；

2）站台边缘绝缘层与门槛之间、固定面板与装修吊顶之间、端门与装饰板之间的安装间隙过小或缝隙中有异物；

3）站台门长度较长，绝缘受施工工艺、灰尘潮气等因素影响，导致站台门绝缘阻值降低或失效。

3 相关对策

3.1 提高门体及绝缘层绝缘性能

具体可通过以下几点内容提高门体及绝缘层绝缘性能。

1）做好结构布局，减少各金属部件连接点。门体、地、金属构件之间敷设绝缘材料，拼接位置避免留有过小间隙或点接触，门体与其他设备之间应有至少20mm 的间隙防止爬电或放电。

2）做好防水导水措施。门体顶部应有遮挡槽，防止车站渗水、漏水影响门体绝缘。

3）施工过程中加强绝缘保障。站台地面装修施工时，在门槛边缘设置绝缘挡板，将门槛与装修层隔离，避免混凝土进入站台门绝缘区域，避免施工过程中装修对门体绝缘件的影响。

4）在司乘人员能够触及的站台门外露金属构件表面涂刷绝缘材料、粘贴电气绝缘膜，或采用满足站台门机械性能、运行性能要求的复合绝缘材料制作站台门门体上下连接件、立柱、门槛等司乘人员可能触及的构件，实现门体自身完全绝缘。

上述方案属于常规措施，可在一定程度上解决站台门绝缘安装的问题，但不能从根源上解决问题。

3.2 站台门与钢轨不做等电位联结

对站台门进行绝缘安装不仅费时费力，而且绝缘效果无法保证，一旦绝缘下降也没有很好的恢复办法，因此，应对站台门等电位联接的必要性进行研究。

根据GB/T 28026.1—2018《轨道交通地面装置电气安全、接地和回流第1 部分：电击防护措施》规定【2】，对于直流系统，持续可接触安全电压的上限为120V。对于站台门本身，驱动电源大多采用110V 直流配电，通过隔离变压器实现与交流配电间的电气隔离，并实现“不共地”，即使出现直流输出回路短路故障，也可以避免出现人身触电事故。

正常情况下，轨道电位升高是由于钢轨中的回流电流引起的，经现场实际测量，在列车进站停稳后，站台门对钢轨电位通常≤DC60V，大部分在36V 以下，小于人体能接受的安全电压。即使乘客同时接触到站台及车体金属构件，通过人体电流值也较小。

在车辆未到站或驶出期间，钢轨电位虽有所升高，但此时站台门已关，站台乘客不能同时接触站台门与车体，不存在人身安全问题；即使接触网对钢轨、对地或架空地线发生短路故障或直流供电系统保护装置失灵，钢轨电位限制装置的保护作用也可将电位差限制在DC90V 内。

站台门与钢轨之间不进行等电位连接，再加上站台门金属框架均有覆膜绝缘处理，实际风险很低【3】。目前，很多城市的地铁线路站台门与钢轨均未进行等电位联接，尚未有乘客因此感觉不适的情况。此时不需要对站台门进行绝缘处理，只须将站台门通过接地端子接地，这不仅大幅地降低了建设成本，也可以解决杂散电流腐蚀及站台门打火问题。

3.3 设置站台门等电位导通装置

列车在进出站时，钢轨的对地电位、泄漏电流更大，因此，可以设置专用的站台门等电位导通装置。在无列车停靠的情况下，使站台门与大地进行连接，与钢轨不连接，以确保站台人员的安全，并防止泄漏电流串入车站；列车到站停稳后，通过站台门联动指令，断开站台门与大地的连通，闭合与钢轨的连接，并对连通电流进行监测，再打开站台门供乘客上下车，从而最大限度地遏制站台门绝缘薄弱点的“打火”现象，并确保乘客安全；而在列车出发前，站台门关闭后，开关恢复至正常状态。

站台门等电位导通装置相对于站台门等电位联接或不设联接而言，提供了更加灵活的选择，可始终保障乘客安全，并可遏制站台门打火现象，有效降低杂散电流通过站台门进入车站。