地鐵屏蔽門門體電阻分類及計(jì)算方法研究

卜立峰

（廣州市地下鐵道總公司，廣州510380）

目前，就城市交通而言，一方面城市車輛不斷增加，城市交通總量急劇增長(zhǎng)；另一方面，城市道路及交通工具的運(yùn)能不足，又引起交通阻塞、車速下降、車輛安全、乘客擁擠等一系列問題[1]；因此發(fā)展城市軌道交通成為必需的路徑，在城市軌道交通發(fā)展過程中，屏蔽門作為一個(gè)重要的安全設(shè)備，在安裝時(shí)需要達(dá)到行業(yè)制定的絕緣標(biāo)準(zhǔn)。站臺(tái)絕緣層系統(tǒng)便是屏蔽門工程重要的組成部分之一，本文將就屏蔽門等電位及絕緣系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 屏蔽門等電位及絕緣系統(tǒng)的組成

屏蔽門在建設(shè)前，因?yàn)榈入娢幌到y(tǒng)直接影響到屏蔽門接軌的各項(xiàng)參數(shù)（位置及方式），所以必須向車站提供站臺(tái)等電位連接的位置及方式，尤其是當(dāng)上下行的地鐵站臺(tái)均由同一個(gè)電源柜進(jìn)行供電時(shí)，站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)更應(yīng)具有相同的電位。

屏蔽門系統(tǒng)的絕緣要求應(yīng)該滿足城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門技術(shù)規(guī)程及地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程。在大氣壓下[2]，屏蔽門絕緣要求與站臺(tái)土建結(jié)構(gòu)電氣隔離，環(huán)境溫度－5～45℃，相對(duì)溫度≤100%條件下，屏蔽門對(duì)地絕緣值≥0.5 MΩ；且在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免冷凝現(xiàn)象，影響屏蔽門對(duì)地絕緣值。

在屏蔽門與走行軌進(jìn)行等電位連接后，如果絕緣良好，且過電壓保護(hù)裝置（Over－Voltage Protection Device，OVPD）、框架保護(hù)不發(fā)生故障，則人體安全可以得到保障。由于地鐵站臺(tái)的環(huán)境受到多方面的影響，如熱影響、受壓、電磁影響等。在屏蔽門安裝使用3個(gè)月或6個(gè)月以上后，幾乎國(guó)內(nèi)沒有一個(gè)城市的地鐵可以達(dá)到規(guī)定的絕緣要求。國(guó)內(nèi)的研究也提出了新的更為實(shí)際絕緣標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際施工過程中要求為0.5 MΩ，也有最新的研究提出的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為0.1 MΩ[3]。由于門體與走行軌相連，走行軌作為地鐵機(jī)車供電系統(tǒng)的回流線，具有一定的電壓，所以屏蔽門門體也就具有了與軌道相等的電位。若絕緣達(dá)不到要求，不但可能在乘客上下車時(shí)產(chǎn)生跨步電壓，還會(huì)使供電系統(tǒng)所存在的雜散電流通過屏蔽門絕緣最薄弱的環(huán)節(jié)，輕者打火，局部甚至可能發(fā)生金屬熱熔化，對(duì)整個(gè)車站建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生金屬腐蝕，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果；因此，站臺(tái)絕緣層的意義與消防栓等一般無(wú)二，其絕緣性能合格與否與公眾的財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)。

1.1 絕緣系統(tǒng)的組成

屏蔽門的絕緣系統(tǒng)主要包括：屏蔽門的上部安裝支架與中部、下部系統(tǒng)立柱、站臺(tái)表面的絕緣。屏蔽門的絕緣，是保證屏蔽門門體與走行軌道等電位的必要條件。屏蔽門結(jié)構(gòu)與車站之間的接口主要建立在屏蔽門頂箱與外墻的連接、門檻處。見圖1所示。

如圖1，絕緣類型可根據(jù)絕緣的不同位置分為3類[4]：① 屏蔽門門體與車站地間的絕緣；② 門扇與面板表面的絕緣；③ 站臺(tái)的絕緣。

1.2 等電位系統(tǒng)的組成

等電位系統(tǒng)由頂部等電位總線、底部等電位總線、垂直連接線及接軌線組成。其中頂部等電位總線為包含由銅編織帶連接在一起的頂箱鋁型材料；底部等電位總線為嵌入在不銹鋼門檻上的銅排，這些銅排由附加的銅編織帶進(jìn)行連接；頂部或底部等電位線通過垂直連接實(shí)現(xiàn)等電位。接軌線為95 mm2截面積的銅電纜，其長(zhǎng)度不超過3 m。圖2為等電位系統(tǒng)的剖面圖。

圖1 屏蔽門絕緣系統(tǒng)

圖2 屏蔽門等電位原理剖面圖

2 屏蔽門門體電阻分類及計(jì)算方法

在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中，要求“屏蔽門應(yīng)有良好的絕緣和接地，保證乘客安全”[5]。并未明確具體的絕緣數(shù)值，且目前國(guó)內(nèi)、外均無(wú)相關(guān)規(guī)定。在我國(guó)的屏蔽門建設(shè)中，通常工程要求絕緣電阻大于0.5 MΩ[6]。

根據(jù)城市軌道交通技術(shù)規(guī)范，屏蔽門絕緣系統(tǒng)有以下性能指標(biāo)：① 在站臺(tái)絕緣層鋪設(shè)后，對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)用500 V DC兆歐表進(jìn)行檢測(cè)，要求每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)地電阻均要大于0.5 MΩ；② 檢測(cè)點(diǎn)以網(wǎng)格狀排列，平行軌道方向間距≤3 000 m，垂直軌道方向不少于2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；③ 端門范圍內(nèi)的檢測(cè)點(diǎn)不少于6點(diǎn)，以網(wǎng)格狀排列。

針對(duì)地鐵等電位系統(tǒng)，在施工過程中，一般有以下要求：①等電位連接點(diǎn)能夠承受持續(xù)20 ms的90 k A的瞬時(shí)電流；② 屏蔽門結(jié)構(gòu)及等電位體上任一點(diǎn)與接軌點(diǎn)之間的電阻值不能超過50 mΩ。

按照屏蔽門設(shè)計(jì)規(guī)范要求，屏蔽門門體上任意點(diǎn)與走行軌之間的總電阻都要小于50 mΩ，以確保當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生意外事故時(shí)，能夠及時(shí)觸發(fā)軌道電位過壓保護(hù)裝置，且等電位材料要求能夠承受瞬時(shí)短路電流（90 k A／20 ms）。屏蔽門門體的等電位布置詳見圖3，根據(jù)不同位置的電阻，將等電位電阻主要分為5類。

圖3 屏蔽門等電位電阻類型

（1）整個(gè)單元（內(nèi)部元件）的對(duì)角線電阻：設(shè)計(jì)要求小于35 mΩ，即每一組屏蔽門單元或是單個(gè)屏蔽門體連接到頂箱型材上的電阻R1≤35 mΩ。

（2）頂部水平等電位總線電阻R2（包含頂箱鋁型材及銅編織帶，其中頂箱鋁型材截面積為4 000 mm2，銅編織帶截面積為50 mm2），其中，ρAl為鋁的電導(dǎo)率；ρCu為銅的電導(dǎo)率；LAl為頂箱鋁型材長(zhǎng)度；SAl為頂箱鋁型材截面積；LCuTop為頂部銅排長(zhǎng)度；SCuTop為銅排截面積。有

（3）底部水平等電位總線電阻R3（嵌入在不銹鋼門檻型材內(nèi)的銅排，截面積為100 mm2，包括50 mm2銅編織帶），其中，LCuBot為底部銅排長(zhǎng)度；SCuBot為銅排截面積。有

（4）頂部等電位總線與底部等電位總線在中點(diǎn)處垂直連接電阻R4（銅電纜，截面積須等同于2 mm×95 mm），其中，LTop－Bot為中點(diǎn)處垂直連接銅排長(zhǎng)度；STop－Bot為中點(diǎn)處垂直連接銅排截面積。有

（5）屏蔽門等電位總線與軌道的接軌電阻R5假設(shè)在車站兩端均采取接軌措施（銅電纜，截面積為95 mm2），其中，LBot－Rail為等電位總線與軌道的接軌銅排長(zhǎng)度；SBot－Rail為等電位總線與軌道的接軌銅排截面積。有

因此，可計(jì)算出門體至鋼軌總接電阻為

此設(shè)計(jì)保證屏蔽門系統(tǒng)的安全接軌，在任意電位點(diǎn)與走行軌之間的電阻不超過50 mΩ。由于頂箱使用的金屬鋁，有較好的導(dǎo)電性能（其電阻率為0.028 3 mm2／m）；因此，截面積4 000 mm2的鋁制頂箱可以直接作為頂部水平總線，頂箱間由50 mm2的銅編織帶連接，此方法可以避免使用銅排等導(dǎo)體作頂部等電位總線，有效地降低了實(shí)際成本。屏蔽門底部，使用銅排嵌入在不銹鋼門檻上作為等電位總線，其截面積根據(jù)能夠承受瞬時(shí)短路電流（90 k A／20 ms）選用100 mm2。各段銅排間通過銅編織帶進(jìn)行連接。最后用2根銅電纜連接頂部等電位與底部等電位總線。門框結(jié)構(gòu)通過銅紡織帶與頂箱材料連接固定屏、雙扇滑動(dòng)門、應(yīng)急疏散門、端墻、手動(dòng)端門的電阻均小于35 mΩ。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文重點(diǎn)對(duì)屏蔽門等電位系統(tǒng)及絕緣系統(tǒng)進(jìn)行了分析，明確了絕緣系統(tǒng)及等電位系統(tǒng)的組成。根據(jù)具體結(jié)構(gòu)，對(duì)屏蔽門門體進(jìn)行了劃分，將門體電阻分為了5種類型。針對(duì)等電位連接，將分類后的連接電阻進(jìn)行了分析計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，從理論上驗(yàn)證了地鐵屏蔽門工程設(shè)計(jì)的門體結(jié)構(gòu)能夠滿足等電位性能的需要，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。所提出的基于結(jié)構(gòu)的電阻計(jì)算方法，便于在等電位系統(tǒng)工程施工和測(cè)量中進(jìn)行參考，也為絕緣系統(tǒng)性能測(cè)試提供了理論依據(jù)。

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