城市轨道交通站台门接轨及绝缘相关问题探讨

舒骆鹏

（金华市金义东轨道交通有限公司，浙江金华 321000）

1.接轨及绝缘的由来

（1）接轨：地铁列车一般采用直流牵引供电系统，并把行走轨作为回流轨，直接连至牵引变电所[1]。为减少杂散电流对土建结构钢筋的影响，钢轨与大地间要求是绝缘的，故车辆与大地间存在电位差，供电系统在牵引变电所及车站内设计有轨电位限制装置，监视钢轨与地之间的电压，如电压超过一定值（一般设置为DC90V或DC120V），轨电位限制装置将动作，将钢轨接地，并实时监测钢轨与地之间的电流，当电流低于预定值时，轨电位装置自动复位，断开与地的连接。如站台门不与钢轨连接，当列车停车时，站台门门体结构与车体间存在电位差，乘客上、下车或乘客身体同时触摸到站台门及车辆时，将有触电的可能，这也是大部分轨道交通站台门设计要求接轨的主要原因。

（2）绝缘：当站台门与钢轨等电位连接后，站台门与大地之间相当于有了电位差，若不对站台门门体与站台进行绝缘安装，供电系统的回流将会通过站台门流至大地，腐蚀车站主体结构钢筋，根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中规定，地铁的杂散电流（迷流）对城市建筑和地铁本身具有较大的腐蚀作用，为限制地铁杂散电流，降低与消除其不利影响，必须采取防护措施。因此，站台门与站台板须进行绝缘安装。另外，考虑到在站台上候车的乘客会接触到站台门门体部分，存在触电的可能，所以自站台边缘起向内1m范围内的站台地面装饰层以下应设置绝缘层。目前国内轨道交通站台门门体上部、下部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[2-3]。

2.接轨及绝缘的存在问题

目前几乎所有国内轨道交通线路站台门均采用以上接轨与绝缘方案，即站台门与钢轨等电位、站台门在站台绝缘安装，并且敷设绝缘层的方案，但从工程实际施工、运营、使用的情况看，国内大部分线路站台门的绝缘均不理想，在安装初期绝缘值是可以达到0.5MΩ，但由于绝缘件不可避免需裸露在外，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，导致绝缘件绝缘值不断下降，甚至有些完全失效[4]。

而绝缘一旦失效，就可能导致乘客在上、下车的过程中，轨电位可以经人体进入车站站台，最终回流至变电所负极，形成杂散电流。杂散电流正常情况下对普通人群不会造成伤害，但对于少部分特殊人群，例如带有心脏起搏器的人群将可能造成伤害。同时门体接轨后，两者形成等电位，即相当于门体本身带电，当站台门周边的其他金属材料（如金属桥架、吊顶龙骨等）与门体结构距离小于爬电距离时，将出现放电打火的现象。这在各地城市轨道交通均出现过此情况，存在一定的安全隐患，并可能导致不明情况的乘客恐慌、投诉。

分析站台门绝缘性能下降的原因有以下几点。

（1）热影响：列车进站停车时，车辆底部及上部有大量热能排出，排热部位与站台门绝缘位置接近，随着温度升高，站台门与车站结构间的绝缘件变软，其抗剪切力逐步散失。当温度超过绝缘件的阀值时，会导致绝缘件寿命变短，甚至发生绝缘体碳化、破裂的情况。

（2）电磁场影响：站台门绝缘材料会受到来自列车、接触网或接触轨等产生的电磁场时，绝缘材料的表面和内部空隙会发生发电。反复多次放电所产生的离子电弧和离子运动将逐步腐蚀绝缘材料，使其绝缘性能逐步下降。

（3）其他因素影响：轨行区的铁粉、灰尘、腐蚀气体、附着的油类也会加速站台门绝缘件老化，尤其是钢轨与列车摩擦产生的铁粉，极易附着在绝缘件上，导致绝缘性能下降。

3.接轨及绝缘的建议措施

鉴于目前站台门绝缘方案及实际运用存在一些问题，并且导致绝缘性能下降的因素难于控制，有必要对站台门系统接轨及绝缘的方案进行重新考量，转换思路，从根本上解决问题。

解决站台门接轨与绝缘问题的核心是解决站台门与列车的电位差的问题，而钢轨作为回流轨的特性决定了必然带轨电位。解决此问题可采取两个方案：供电设置专用回流轨，即“第四轨”和站台门采用整体式绝缘方案。

3.1 供电系统设置专用回流轨，即“第四轨”

采用专用钢轨回流，则车辆不带电压，站台门门体无需与钢轨进行等电位连接，而通过接地端子连接车站接地网，乘客上下车时不会存在跨步电压。

站台门无需进行绝缘设计及安装，站台侧地面、端门内外地面及墙面不再需要进行绝缘处理，站台侧吊顶及其上方的管线等由于均接地而无需与门体结构保证50mm以上的间隙。自此，站台门不再受运营后绝缘下降、与周边管线、天花打火的问题困扰。

综上所述，采用专用钢轨回流方案将大大简化站台门的绝缘、接地设计方案及实施难度，解决了站台门的绝缘消失或下降带来的运营风险问题，同时解决了门体周边天花及管线打火问题。因此，采用专用钢轨回流方案对于站台门系统有着非常积极的作用。

但采用专用钢轨回流方案涉及到供电专业的方案变化以及增加供电造价，需根据项目实际情况全盘统筹考虑。

3.2 站台门采用整体式绝缘方案

如果不设置专用回流轨，为彻底解决站台门的打火与绝缘问题，站台门可考虑采用新型整体式绝缘方案。从根本上解决站台门的绝缘问题就得从其本身材质的绝缘性出发，改变以前局部安装绝缘件的处理方式，使站台门作为一个独立绝缘体来屏蔽站台区域和轨行区域。

3.2.1 具体方案

站台门不再与钢轨连接，顶箱内电气设备通过接地端子排与车站大地连接，而门体结构采用绝缘的非金属复合材料制作而成，包括站台门门体上下连接件、顶箱盖板、立柱及包板、门槛、踢脚板、应急门和端门的推杆、所有门体的门框等乘客和站务人员有可能接触到的站台门门体的各个部位构件。采用复合材料制作的各个部件，绝缘性能稳定持久。

3.2.2 整体式绝缘门体结构的特点

（1）经过高温、盐雾等系列测试，复合结构门体绝缘值可满足0.5MΩ的要求，满足轨道交通的使用环境要求。

（2）经加速老化测试，复合材料的寿命可达到站台门整体寿命30年的要求。

（3）采用共挤工艺成型的复合材料立柱型材、门槛型材、门框型材的金属厚度与传统方案一致。经受力分析及实验测试，复合材料的结构强度完全满足站台门的设计和使用要求。

3.2.3 整体式绝缘方案的优点

（1）采用整体复合绝缘方案后，可以取消站台门至钢轨的等电位连接电缆，阻断了一条可能的杂散电流通路。

（2）采用整体复合绝缘门体后，门体结构可以不需再做绝缘处理而直接和站台土建结构连接，在保证绝缘效果的同时大大简化了站台门的安装工艺。

（3）可以从根源上杜绝由于站台门带电所引起与周边金属材料打火的情况，保证乘客和站务人员的人身安全，消除了对运营安全的隐患。

4.总结

现有的站台门绝缘安装方式，供电设置专用回流轨及整体复合绝缘门体结构的方式，从电气原理和技术角度分析均是合理的。但供电设置专用回流轨方案和整体复合绝缘门体结构形式是解决目前接轨和绝缘存在问题的一种新思路和解决方案的尝试。后续可根据新方案的试点测试情况及项目实际选取相应的方案，保障城市轨道交通的运营安全。