城市軌道交通站臺門新型整體式絕緣設計方案

饒美婉

(廣州地鐵設計研究院有限公司　廣州　510010)

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城市軌道交通站臺門新型整體式絕緣設計方案

饒美婉

(廣州地鐵設計研究院有限公司廣州510010)

摘要針對城市軌道交通當前采用站臺門與軌道連接、保持與列車門體等電位、站臺門通過上下部絕緣套與土建絕緣安裝方式存在的問題，提出一種新型有效的整體式絕緣型復合門體結構的站臺門設計方案，并結合樣機對其進行在承受2 000 Pa風壓和乘客擠壓載荷1 500 N/m的共同作用下，變形量不大于12 mm的結構強度要求及絕緣性能不小于0.5 MΩ等方面的測試，該方案滿足站臺門規(guī)范及設計使用要求，是解決目前絕緣存在問題的一種新思路和方案。

關鍵詞城市軌道交通；站臺門；絕緣；復合門體結構；整體式

1研究背景

站臺門作為軌行區(qū)與站臺區(qū)的隔離設備，在保證運營安全及節(jié)能等方面的作用非常明顯，如今國內各城市地鐵線路已經把站臺門作為必備設備廣泛采用。

目前，國內地鐵線路基本采用鋼輪鋼軌車輛，鋼軌回流制式，列車車體與鋼軌等電位。在列車運行過程中，車站站臺區(qū)域鋼軌對地電位隨列車運行呈現(xiàn)正負交替變化，在站臺車體與地之間存在電位差[1]。站臺門安裝在站臺邊緣，與列車車體之間的距離很近，乘客上下車時極有可能同時接觸到列車車體外殼和站臺門門體，為保證足夠的強度，站臺門的門體立柱和門 框 均 為金屬材質。在上下車過程中，乘客可能同時接觸到車門與站臺門，為了消除車體電位對乘客的電擊傷害，站臺門目前普遍采用的是與軌道相連接，保持與車體等電位，同時為了防止雜散電流通過站臺門泄漏，站臺門采用絕緣的安裝方式[2-3]。由于各個站臺門廠家產品結構設計的局限以及站臺門實際運行環(huán)境的惡劣，如存在大量的粉塵等都會使站臺門的絕緣安裝電阻值在運行中不斷降低，開通運行1年后其絕緣電阻普遍低于設計值。國內各大城市站臺門的絕緣都存在此共性問題。

鑒于目前業(yè)內的通用絕緣方案難以從根本上解決站臺門在運營過程中絕緣降低乃至失效的問題，研究一套新型可行有效的站臺門絕緣方案對于地鐵的安全運營具有重要的意義，也是發(fā)展的趨勢。

2當前站臺門絕緣安裝方式

目前國內軌道交通站臺門安裝方式如圖1、2所示，站臺門門體上部、下部的安裝通過絕緣套與土建絕緣，然后站臺門門體與鋼軌通過等電位電纜連接，實現(xiàn)門體、車輛同一電位[4-6]。

圖1　門體絕緣安裝方式

圖2　下部絕緣套示意

在安裝初期絕緣值可以達到0.5 MΩ[7-8],但由于絕緣套需裸露在外，且需要一定的承受能力，而軌行區(qū)實際運行環(huán)境比較惡劣，存在大量的粉塵等污染絕緣套，導致絕緣值不斷下降，甚至有些完全失效。絕緣失效有可能導致乘客在上、下車過程中，軌電位通過人體進入站臺，并且回流至變電所負極，形成雜散電流，該電流一般對正常人群不會造成傷害，但對于特殊人群，如帶有心臟起搏器的人群將造成傷害。

同時由于門體與鋼軌等電位，相當于門體本身帶電，如果站臺門周邊的金屬材料(金屬橋架、吊頂龍骨等)與門體過于緊密時，將出現(xiàn)打火花的情況，這在各地的地鐵站中均出現(xiàn)過，存在一定的安全隱患。

3新型整體式絕緣方案

結合上面出現(xiàn)的問題，筆者提出了一種新的設計方案：絕緣型復合門體結構(見圖3)。該結構是以絕緣的非金屬復合材料制作站臺門門體上下連接件(與站臺板或頂梁的連接件)、立柱、立柱包板、踢腳板、門檻、頂箱蓋板、應急門、端門推桿及活動門、固定門、應急門、端門的門框等乘客和司乘人員有可能接觸到的站臺門門體的各個部位構件，這些復合材料制作的各個部件，絕緣性能穩(wěn)定持久。

圖3　絕緣型復合門體結構

下面以立柱為例，對絕緣型復合門體結構的結構特點進行簡單論述。

復合材料立柱由上部伸縮裝置、復合材料立柱型材及下部固定裝置構成。上部伸縮裝置和下部固定裝置為鋼質件，其表面附著1.5 mm厚度的復合材料絕緣包覆層。復合材料立柱型材采用鍍鋅鋼管、絕緣樹脂及加強纖維共擠工藝擠拉成型，成型后外層為復合材料層，內層為鋼質層，其剖面和截面如圖4所示。

圖4　立柱剖視及截面

立柱是站臺門的主體結構受力件，根據(jù)站臺門的載荷受力特點，其縱向抗壓和橫向抗彎強度的大小是站臺門結構強度能否滿足設計要求的關鍵因素[9]，因此對復合材料立柱的強度要求可以確定為：縱向抗壓強度和橫向抗彎強度不小于相同外徑尺寸、相同壁厚的常規(guī)鋼質立柱的強度。復合材料立柱的設計方案是在常規(guī)立柱的規(guī)格厚度下再加上3 mm厚的復合材料層，理論和實際對比結果都證明了其抗壓和抗彎強度遠高于常規(guī)的鋼質立柱。復合材料門檻型材、復合材料門框型材的原理與之相同。

4樣機測試結果

采用絕緣型復合門體結構，對原有站臺門的電氣部分和機械傳動部分沒做任何改變，因此主要是對其進行結構測試和絕緣測試以驗證其可行性。

選用的復合材料樣機立柱規(guī)格為60 mm×120 mm×(5+3) mm,復合材料門框規(guī)格為60 mm×60 mm×(2.5+1.5) mm，復合門檻材料為120 mm×20 mm×5 mm。

門體變形量測試：門體在承受風壓2 000 Pa和乘客擠壓載荷1 500 N/m(距站臺裝修完成面1.125 m高度)時，最大變形量主要體現(xiàn)在滑動門門框中部，變形量為9.13 mm，滿足站臺門門框或支撐立柱外輪廓邊緣上任何一點向軌道側的最大變形量不大于12 mm的要求。

門檻的變形量測試方式：在門檻長度2 m、極限站8人、每人75 kg的情況下，即有效載荷600 kg加載到兩個測試點上進行變形量模擬測試，試驗測試結果為變形量2.51 mm，滿足規(guī)定的門檻最大彈性變形量小于 4 mm的要求。

絕緣性能測試：門體在模擬的車站環(huán)境常溫、常壓，落有灰塵、空氣濕潤(相對濕度90%左右)的環(huán)境下，門體絕緣值可保持在500 MΩ左右；繼續(xù)噴灑適量水霧，在型材表面有結露的惡劣環(huán)境下，門體絕緣值仍可保持在10 MΩ～50 MΩ，遠遠大于規(guī)范要求的0.5 MΩ[10]。

5絕緣型復合門體結構特點

綜上所述，絕緣型復合門體結構具備如下特點：

1) 可根據(jù)各個結構件的不同特點和功能要求，予以不同的纖維配比、成型樹脂、成型工藝配合。立柱、門框、上下部連接件、門檻、推桿等構件的組裝及現(xiàn)場安裝方式與原結構一致，不需要增加工序；

2) 復合材料構件不含有害化學成分，低煙無鹵，防火等級可以達到B1級，滿足站臺門的使用要求；

3) 材料的使用壽命滿足站臺門壽命30年的要求;

4) 復合材料構件的外觀可根據(jù)設計要求進行表面熱轉印工藝處理，達到多顏色、多質地的效果；

5) 復合材料立柱型材、復合材料門檻型材及其內部的金屬厚度不變，外加絕緣復合材料與之相結合，經試驗測試， 結構強度完全滿足站臺門結構的設計和使用要求；

6) 在地鐵車站的常規(guī)環(huán)境狀態(tài)和惡劣環(huán)境狀態(tài)下，復合門體結構的門體絕緣值可以滿足0.5 MΩ的要求。

6新型整體式絕緣方案的優(yōu)勢

1) 站臺門門體結構直接和站臺土建結構連接，不需要再做絕緣處理，使得站臺門的安裝工藝大大簡化；

2) 取消門體與鋼軌間的等電位電纜連接,既減少了工程量，又阻斷了一個軌道電路可能出現(xiàn)的雜散電流通路；

3) 站臺門內部金屬構件等電位后直接接地，符合相關《電氣設備安裝規(guī)范》要求；

4) 徹底消除因站臺門帶電引起與周邊金屬設備打火花的情況，消除了運營安全隱患，保證乘客和司乘人員的人身安全；

5) 提高了門體結構的耐腐蝕性能，延長設備的使用壽命；

6) 門體顏色可根據(jù)裝修需求進行調整，可以與車站裝修更加協(xié)調。

7結論

當前的站臺門絕緣安裝方式及筆者論述的絕緣型復合門體結構的方式都是基于保護乘客安全出發(fā)的，從電氣技術角度分析均是合理的，但絕緣型復合門體結構的整體式絕緣方式更適用于地鐵的使用環(huán)境，目前正在進行試驗性應用，是解決目前絕緣存在問題的一種新思路。

參考文獻

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(編輯：王艷菊)

Design of Integral Insulating PED for Urban Rail Transit

Rao Meiwan

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

Abstract:In order to solve the current problems of connection between platform edge door (PED) and rail and maintain the equipotent body at the train door and the installation of PED insulation sleeve from civil structure, a new type of effective and integral insulating compound structure of PED design is proposed. Tests are carried out on the prototype to ensure that the structural strength requirement is not more than 12mm and insulation performance will not be less than 0.5MΩ under a 2000Pa wind pressure and 1500N/m passenger extrusion load. The scheme satisfies the PED specifications and design requirements, providing a new method to solve the problem of insulation.

Key words:urban rail transit; platform edge door(PED); insulation; the composite door structure; integral

doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2016.03.027

收稿日期:2015-07-01修回日期: 2015-08-25

作者簡介:饒美婉，女，工學學位，電氣一室副主任，高級工程師，從事軌道交通線路電氣、站臺門、自動扶梯、電梯等設計和研究，raomeiwan@dtsjy.com

中圖分類號U231

文獻標志碼A

文章編號1672-6073(2016)03-0119-03