地铁屏蔽门绝缘不良问题分析及处置

魏文宏

（深圳地铁运营集团有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

随着城市经济的快速发展，地铁作为许多城市交通工具的重要脉络。很多城市都在努力建设和发展地铁，但在建设过程中，安装工艺、施工等情况都会影响站台门的绝缘性能。同时在后期运营中，受到车站环境湿度、铁粉的影响，且随着绝缘部件结构性能的老化，会导致绝缘性能下降，从而造成站台门绝缘不达标。站台门绝缘不达标是行业普遍存在的问题，且到目前为止，国内外还没有能够从本质上解决站台门绝缘不达标问题的有效措施，该文针对影响地铁站台门绝缘的问题，对站台门系统机械部分的绝缘性能进行研究分析，对存在的问题进行分析并得到解决站台门绝缘不良的对策。

1 地铁屏蔽门绝缘系统

1.1 屏蔽门系统对地绝缘的必要性

由于地铁列车一般采用直流牵引的供电方式，因此在地铁运营过程中，地铁列车在隧道钢轨运行时会对道床及其周围介质泄露电流（称为迷流或杂散电流）。杂散电流会对地铁周围的埋地金属管道、通信电缆外皮以及建筑结构钢筋造成电化学腐蚀，危害甚大[1]。通常，为了消除该问题，可以采用强制闭合轨电位限制装置，限制轨电位，但该做法在钢轨对大地绝缘失效的情况下会造成杂散电流病害，严重影响地铁车站及周边设备的安全；还可以将屏蔽门与回流轨（钢轨）等电位连接，具有相同的电位，但屏蔽门门体与钢轨作等电位连接是需要以屏蔽门（以及站台地板）绝缘良好为前提条件。当屏蔽门绝缘失效，钢轨或者地铁列车与屏蔽门或者车站站台间就存在跨步电压，容易造成乘客触电风险，因此，屏蔽门绝缘必须保证性能良好。

1.2 屏蔽门系统绝缘方法

地铁屏蔽门系统绝缘主要是由电气和机械2 个部分组成的，通常来说，电气部分采用的绝缘处理方式就是安装隔离变压器，使屏蔽门电源回路的一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离，同时采用铜芯电缆将屏蔽门系统与钢轨进行等电位联接。机械部分主要是对门体结构进行绝缘处理，在安装门体结构的上部、下部的过程中应采用绝缘安装的方式，即对门体结构的下部和上部等进行绝缘处理（采用绝缘涂层、绝缘垫片和绝缘轴套），且在站台（大地）设置绝缘层（门体绝缘和屏蔽门站台侧2000mm 范围内地面装修层铺设绝缘地板）。

1.3 屏蔽门系统机械部分绝缘原理

该文主要对屏蔽门系统绝缘的机械部分进行分析，屏蔽门主要是通过安装于站台板上的下部绝缘支架和站台顶梁上的上部绝缘支座，可以将屏蔽门门体与主体建筑进行绝缘隔断。这样，每个绝缘支架（座）就相当于一个电阻，整侧屏蔽门门体的等效电阻示意如图1所示。从示意图可以看出，屏蔽门系统总共由N个等效电阻组成，均采用并联的连接方式，可知任意一个电阻为“0”时（即任意一个绝缘支座的绝缘失效），屏蔽门系统的总绝缘电阻值为“0”。

图1 等效电阻示意图

同时，根据材料绝缘原理，屏蔽门系统机械部分中的结构件绝缘值主要由体积电阻和表面电阻2 个部分构成。（注：体积电阻值与物体的厚度成正比，与物体的横截面积成反比；表面电阻值与材料的表面性质有关，并随周围气体介质的温度、湿度等因素的变化而变化）。

2 屏蔽门机械部分绝缘失效原因分析

根据上文的介绍可知，引起屏蔽门机械部分绝缘失效的原因可能有：1）外部环境原因造成绝缘失效，例如装饰装修与屏蔽门系统接触、绝缘地板与屏蔽门地槛间绝缘胶绝缘值不达标等原因。2）屏蔽门门体绝缘构件因绝缘性能下降，导致部件的耐压能力和爬电距离变小，造成屏蔽门系统出现绝缘薄弱点。

2.1 外部环境因素

影响屏蔽门绝缘值不达标的外部因素：1）其他绝缘强度较低的设备、线路等搭接到屏蔽门门体上，进而影响屏蔽门绝缘值。2）屏蔽门地槛与绝缘带间的绝缘胶性能的老化，且屏蔽门门体的绝缘构件受到地铁车站环境湿度、铁粉和铁屑的影响，造成绝缘性能下降。3）前期建设安装施工质量差，例如在铺设站台绝缘层时，为了赶工，导致第一层绝缘垫刺破或者缺失、屏蔽门地槛与绝缘地板之间间隙不够等。

2.2 屏蔽门门体绝缘构件性能因素

2.2.1 下部立柱绝缘失效分析

一般来说，屏蔽门门体下部主要通过使用表面绝缘涂层的下部支架，并在门体立柱与下部支架间垫绝缘片的方式，对下部立柱进行绝缘，使门槛的金属部件与车站土建结构绝缘。结合现场使用情况来看，门体立柱与下部支架间绝缘片厚度不足，下部支架与站台绝缘层仅依靠下部支架表面涂层将两者隔离，从设计角度看，下部支架设计存在明显的不合理。另外，下部支架表面的绝缘涂层在经历安装、建设以及后期维护后，或多或少的存在表面涂层破损，这也是导致下部支架绝缘性能下降的重要因素。

2.2.2 上部支架绝缘失效分析

屏蔽门上部支架通过连接件与上部支撑板连接，在连接件与上部支撑板采用绝缘轴套和衬垫实现屏蔽门门体与上部建筑结构的隔离，而在现场的实际使用过程中，发现调整门体立柱的连接件处的绝缘垫存在裂纹、且表面有缺口的问题，一定程度影响了上部支架的绝缘性能。

3 屏蔽门机械部分绝缘整改方案

3.1 整改思路

屏蔽门机械结构部分绝缘主要由下部支架绝缘构件、底侧部绝缘部件、上部支架绝缘构件及站台绝缘地板4 个部分组成。因此，为解决屏蔽门绝缘不良的问题，主要考虑以下2 种整改思路：1）采用新型材料＋贴膜的方式将屏蔽门隔开绝缘。将下部支架绝缘构件替换为采用由高分子复合绝缘材料构成的门型材、不锈钢或铝合金的门槛面板和屏蔽门下部支架。同时，考虑在上部支架顶箱盖板贴高分子复合绝缘膜，使门体顶箱与周边的设备、管网完全绝缘。2）优化上、下部支架构件结构，采用“双层隔离”将屏蔽门隔开绝缘。针对下部支架绝缘构件，将屏蔽门门体下立柱与下部支架、下部支架以及预埋钢结构之间采用PBT 绝缘套进行隔离，增加爬电距离。将原有的立柱与下部支座之间的一处绝缘变成下部支架上部和下部两处绝缘隔离。同时，在上部支架绝缘构件处通过在屏蔽门上部支架连接件与门体立柱连接件间的金属块处增加PBT 绝缘衬套与绝缘垫片，使连接件与上部支撑板处的绝缘点形成“二次”绝缘隔离，达到绝缘的效果。

从上述两者方案的可行性、经济性以及后期维护3 个角度对其进行对比分析，详见表1，最终选择方案2 优化上、下部支架构件结构，对采用“双层隔离”将屏蔽门隔开绝缘的方式进行整改。

表1 2 种方案可行性、经济性及后期维护对比

3.2 下部立柱整改方案

针对门体下部立柱支架表面绝缘涂层破损、支架顶部绝缘片厚度不够以及爬电距离偏小的问题，通过在下部支架上、下2 处增加绝缘分断的方法解决问题，即增加门体下立柱、下部支架与预埋钢结构之间的爬电距离，同时，将优化下部支架尺寸，以便于安装。

通过在门体下立柱与下部支架、下部支架与预埋钢结构之间采用绝缘套、绝缘垫片进行隔离，产生2 处绝缘分断面，将这2 处绝缘分断面进行串联，就形成了“二次”绝缘分断（如图2 所示）。同时，在门体下立柱与下部支架间采用伞状结构的绝缘套，使导电介质难以贯通，提高了立柱与下部支架间的爬电距离，且湿气、铁粉和粉尘不易附着在表面，提高了抗湿、抗污染的能力。

图2 下部支架二次绝缘结构示意图

3.3 上部支架整改方案

针对门体上部支架的绝缘轴套和衬垫、连接件表面的绝缘涂层绝缘性能下降的问题，现采用在连接件的长螺栓处与金属块之间增加绝缘衬套与绝缘垫片的方式，形成了连接件与门体立柱间的第二处绝缘，与原有的连接件与上部支撑板间的第一处绝缘产生“二次”绝缘隔离的效果，使门体立柱与上部支架隔离，如图3 所示。

图3 上部支架二次绝缘结构示意图

3.4 方案优点

该方案采用对屏蔽门上、下部立柱进行“二次”绝缘分断的方式，有效增大了屏蔽门门体与土建结构的绝缘电阻。其绝缘电阻等效示意图如图4 所示。由此可知，该方案的优点有3 个：1）上部支架与下部立柱的绝缘阻值增大，屏蔽门系统的总绝缘阻值增大。2）只有在上部立柱或者下部支架的2 处绝缘结构失效时，才会造成屏蔽门绝缘失效。3）当绝缘下降时，可以通过分别测量下部支架对立柱和对地、上部支架对立柱和对地绝缘，有效快速地找准绝缘性能下降的地方。

图4 整改后等效示意图

4 结语

该文主要分析屏蔽门机械部分绝缘构件，对屏蔽门下部立柱进行“二次”绝缘分断和在上部支架新增绝缘结构的方式，增大了门体下立柱与下部支架、下部支架与预埋钢结构、连接件与金属块之间的绝缘套（绝缘轴套）的厚度，即增大被绝缘套（绝缘轴套）隔离的金属结构间的爬电距离，增加了屏蔽门门体与土建结构的绝缘电阻，且在门体上部、下部都形成有效的“二次”绝缘。

因此，该整改方案优点如下：1）下部支架结构优化，避免绝缘件被屏蔽门周边的复杂环境污染和破坏，导致绝缘性能下降甚至失效的情况。2）屏蔽门系统的总绝缘阻值增大。3）上、下支架均为“双层绝缘”结构，有效防止因某一处绝缘结构绝缘失效而造成屏蔽门绝缘失效。4）能够有效快速地找准绝缘性能下降薄弱点，并降低了下部立柱与上部支架安装时的工艺要求。

下一阶段须进一步研究分析如何有效保证站台绝缘带良好的绝缘性能。相信随着地铁行业相关人员在理论和实际运用中的不断探索、研究和总结分析，地铁屏蔽门系统绝缘、接地的问题将会得到解决，极大地提高地铁运营的可靠性和安全性。