地鐵屏蔽門(mén)絕緣不良問(wèn)題分析及處置

魏文宏

（深圳地鐵運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵作為許多城市交通工具的重要脈絡(luò)。很多城市都在努力建設(shè)和發(fā)展地鐵，但在建設(shè)過(guò)程中，安裝工藝、施工等情況都會(huì)影響站臺(tái)門(mén)的絕緣性能。同時(shí)在后期運(yùn)營(yíng)中，受到車(chē)站環(huán)境濕度、鐵粉的影響，且隨著絕緣部件結(jié)構(gòu)性能的老化，會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降，從而造成站臺(tái)門(mén)絕緣不達(dá)標(biāo)。站臺(tái)門(mén)絕緣不達(dá)標(biāo)是行業(yè)普遍存在的問(wèn)題，且到目前為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有能夠從本質(zhì)上解決站臺(tái)門(mén)絕緣不達(dá)標(biāo)問(wèn)題的有效措施，該文針對(duì)影響地鐵站臺(tái)門(mén)絕緣的問(wèn)題，對(duì)站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)機(jī)械部分的絕緣性能進(jìn)行研究分析，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并得到解決站臺(tái)門(mén)絕緣不良的對(duì)策。

1 地鐵屏蔽門(mén)絕緣系統(tǒng)

1.1 屏蔽門(mén)系統(tǒng)對(duì)地絕緣的必要性

由于地鐵列車(chē)一般采用直流牽引的供電方式，因此在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，地鐵列車(chē)在隧道鋼軌運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)道床及其周?chē)橘|(zhì)泄露電流（稱(chēng)為迷流或雜散電流）。雜散電流會(huì)對(duì)地鐵周?chē)穆竦亟饘俟艿?、通信電纜外皮以及建筑結(jié)構(gòu)鋼筋造成電化學(xué)腐蝕，危害甚大[1]。通常，為了消除該問(wèn)題，可以采用強(qiáng)制閉合軌電位限制裝置，限制軌電位，但該做法在鋼軌對(duì)大地絕緣失效的情況下會(huì)造成雜散電流病害，嚴(yán)重影響地鐵車(chē)站及周邊設(shè)備的安全；還可以將屏蔽門(mén)與回流軌（鋼軌）等電位連接，具有相同的電位，但屏蔽門(mén)門(mén)體與鋼軌作等電位連接是需要以屏蔽門(mén)（以及站臺(tái)地板）絕緣良好為前提條件。當(dāng)屏蔽門(mén)絕緣失效，鋼軌或者地鐵列車(chē)與屏蔽門(mén)或者車(chē)站站臺(tái)間就存在跨步電壓，容易造成乘客觸電風(fēng)險(xiǎn)，因此，屏蔽門(mén)絕緣必須保證性能良好。

1.2 屏蔽門(mén)系統(tǒng)絕緣方法

地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)絕緣主要是由電氣和機(jī)械2 個(gè)部分組成的，通常來(lái)說(shuō)，電氣部分采用的絕緣處理方式就是安裝隔離變壓器，使屏蔽門(mén)電源回路的一次側(cè)與二次側(cè)的電氣完全絕緣，也使該回路隔離，同時(shí)采用銅芯電纜將屏蔽門(mén)系統(tǒng)與鋼軌進(jìn)行等電位聯(lián)接。機(jī)械部分主要是對(duì)門(mén)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行絕緣處理，在安裝門(mén)體結(jié)構(gòu)的上部、下部的過(guò)程中應(yīng)采用絕緣安裝的方式，即對(duì)門(mén)體結(jié)構(gòu)的下部和上部等進(jìn)行絕緣處理（采用絕緣涂層、絕緣墊片和絕緣軸套），且在站臺(tái)（大地）設(shè)置絕緣層（門(mén)體絕緣和屏蔽門(mén)站臺(tái)側(cè)2000mm 范圍內(nèi)地面裝修層鋪設(shè)絕緣地板）。

1.3 屏蔽門(mén)系統(tǒng)機(jī)械部分絕緣原理

該文主要對(duì)屏蔽門(mén)系統(tǒng)絕緣的機(jī)械部分進(jìn)行分析，屏蔽門(mén)主要是通過(guò)安裝于站臺(tái)板上的下部絕緣支架和站臺(tái)頂梁上的上部絕緣支座，可以將屏蔽門(mén)門(mén)體與主體建筑進(jìn)行絕緣隔斷。這樣，每個(gè)絕緣支架（座）就相當(dāng)于一個(gè)電阻，整側(cè)屏蔽門(mén)門(mén)體的等效電阻示意如圖1所示。從示意圖可以看出，屏蔽門(mén)系統(tǒng)總共由N個(gè)等效電阻組成，均采用并聯(lián)的連接方式，可知任意一個(gè)電阻為“0”時(shí)（即任意一個(gè)絕緣支座的絕緣失效），屏蔽門(mén)系統(tǒng)的總絕緣電阻值為“0”。

圖1 等效電阻示意圖

同時(shí)，根據(jù)材料絕緣原理，屏蔽門(mén)系統(tǒng)機(jī)械部分中的結(jié)構(gòu)件絕緣值主要由體積電阻和表面電阻2 個(gè)部分構(gòu)成。（注：體積電阻值與物體的厚度成正比，與物體的橫截面積成反比；表面電阻值與材料的表面性質(zhì)有關(guān)，并隨周?chē)鷼怏w介質(zhì)的溫度、濕度等因素的變化而變化）。

2 屏蔽門(mén)機(jī)械部分絕緣失效原因分析

根據(jù)上文的介紹可知，引起屏蔽門(mén)機(jī)械部分絕緣失效的原因可能有：1）外部環(huán)境原因造成絕緣失效，例如裝飾裝修與屏蔽門(mén)系統(tǒng)接觸、絕緣地板與屏蔽門(mén)地檻間絕緣膠絕緣值不達(dá)標(biāo)等原因。2）屏蔽門(mén)門(mén)體絕緣構(gòu)件因絕緣性能下降，導(dǎo)致部件的耐壓能力和爬電距離變小，造成屏蔽門(mén)系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)。

2.1 外部環(huán)境因素

影響屏蔽門(mén)絕緣值不達(dá)標(biāo)的外部因素：1）其他絕緣強(qiáng)度較低的設(shè)備、線(xiàn)路等搭接到屏蔽門(mén)門(mén)體上，進(jìn)而影響屏蔽門(mén)絕緣值。2）屏蔽門(mén)地檻與絕緣帶間的絕緣膠性能的老化，且屏蔽門(mén)門(mén)體的絕緣構(gòu)件受到地鐵車(chē)站環(huán)境濕度、鐵粉和鐵屑的影響，造成絕緣性能下降。3）前期建設(shè)安裝施工質(zhì)量差，例如在鋪設(shè)站臺(tái)絕緣層時(shí)，為了趕工，導(dǎo)致第一層絕緣墊刺破或者缺失、屏蔽門(mén)地檻與絕緣地板之間間隙不夠等。

2.2 屏蔽門(mén)門(mén)體絕緣構(gòu)件性能因素

2.2.1 下部立柱絕緣失效分析

一般來(lái)說(shuō)，屏蔽門(mén)門(mén)體下部主要通過(guò)使用表面絕緣涂層的下部支架，并在門(mén)體立柱與下部支架間墊絕緣片的方式，對(duì)下部立柱進(jìn)行絕緣，使門(mén)檻的金屬部件與車(chē)站土建結(jié)構(gòu)絕緣。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，門(mén)體立柱與下部支架間絕緣片厚度不足，下部支架與站臺(tái)絕緣層僅依靠下部支架表面涂層將兩者隔離，從設(shè)計(jì)角度看，下部支架設(shè)計(jì)存在明顯的不合理。另外，下部支架表面的絕緣涂層在經(jīng)歷安裝、建設(shè)以及后期維護(hù)后，或多或少的存在表面涂層破損，這也是導(dǎo)致下部支架絕緣性能下降的重要因素。

2.2.2 上部支架絕緣失效分析

屏蔽門(mén)上部支架通過(guò)連接件與上部支撐板連接，在連接件與上部支撐板采用絕緣軸套和襯墊實(shí)現(xiàn)屏蔽門(mén)門(mén)體與上部建筑結(jié)構(gòu)的隔離，而在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)整門(mén)體立柱的連接件處的絕緣墊存在裂紋、且表面有缺口的問(wèn)題，一定程度影響了上部支架的絕緣性能。

3 屏蔽門(mén)機(jī)械部分絕緣整改方案

3.1 整改思路

屏蔽門(mén)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分絕緣主要由下部支架絕緣構(gòu)件、底側(cè)部絕緣部件、上部支架絕緣構(gòu)件及站臺(tái)絕緣地板4 個(gè)部分組成。因此，為解決屏蔽門(mén)絕緣不良的問(wèn)題，主要考慮以下2 種整改思路：1）采用新型材料＋貼膜的方式將屏蔽門(mén)隔開(kāi)絕緣。將下部支架絕緣構(gòu)件替換為采用由高分子復(fù)合絕緣材料構(gòu)成的門(mén)型材、不銹鋼或鋁合金的門(mén)檻面板和屏蔽門(mén)下部支架。同時(shí)，考慮在上部支架頂箱蓋板貼高分子復(fù)合絕緣膜，使門(mén)體頂箱與周邊的設(shè)備、管網(wǎng)完全絕緣。2）優(yōu)化上、下部支架構(gòu)件結(jié)構(gòu)，采用“雙層隔離”將屏蔽門(mén)隔開(kāi)絕緣。針對(duì)下部支架絕緣構(gòu)件，將屏蔽門(mén)門(mén)體下立柱與下部支架、下部支架以及預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)之間采用PBT 絕緣套進(jìn)行隔離，增加爬電距離。將原有的立柱與下部支座之間的一處絕緣變成下部支架上部和下部?jī)商幗^緣隔離。同時(shí)，在上部支架絕緣構(gòu)件處通過(guò)在屏蔽門(mén)上部支架連接件與門(mén)體立柱連接件間的金屬塊處增加PBT 絕緣襯套與絕緣墊片，使連接件與上部支撐板處的絕緣點(diǎn)形成“二次”絕緣隔離，達(dá)到絕緣的效果。

從上述兩者方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性以及后期維護(hù)3 個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，詳見(jiàn)表1，最終選擇方案2 優(yōu)化上、下部支架構(gòu)件結(jié)構(gòu)，對(duì)采用“雙層隔離”將屏蔽門(mén)隔開(kāi)絕緣的方式進(jìn)行整改。

表1 2 種方案可行性、經(jīng)濟(jì)性及后期維護(hù)對(duì)比

3.2 下部立柱整改方案

針對(duì)門(mén)體下部立柱支架表面絕緣涂層破損、支架頂部絕緣片厚度不夠以及爬電距離偏小的問(wèn)題，通過(guò)在下部支架上、下2 處增加絕緣分?jǐn)嗟姆椒ń鉀Q問(wèn)題，即增加門(mén)體下立柱、下部支架與預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)之間的爬電距離，同時(shí)，將優(yōu)化下部支架尺寸，以便于安裝。

通過(guò)在門(mén)體下立柱與下部支架、下部支架與預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)之間采用絕緣套、絕緣墊片進(jìn)行隔離，產(chǎn)生2 處絕緣分?jǐn)嗝?，將這2 處絕緣分?jǐn)嗝孢M(jìn)行串聯(lián)，就形成了“二次”絕緣分?jǐn)啵ㄈ鐖D2 所示）。同時(shí)，在門(mén)體下立柱與下部支架間采用傘狀結(jié)構(gòu)的絕緣套，使導(dǎo)電介質(zhì)難以貫通，提高了立柱與下部支架間的爬電距離，且濕氣、鐵粉和粉塵不易附著在表面，提高了抗?jié)瘛⒖刮廴镜哪芰Α?/p>

圖2 下部支架二次絕緣結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 上部支架整改方案

針對(duì)門(mén)體上部支架的絕緣軸套和襯墊、連接件表面的絕緣涂層絕緣性能下降的問(wèn)題，現(xiàn)采用在連接件的長(zhǎng)螺栓處與金屬塊之間增加絕緣襯套與絕緣墊片的方式，形成了連接件與門(mén)體立柱間的第二處絕緣，與原有的連接件與上部支撐板間的第一處絕緣產(chǎn)生“二次”絕緣隔離的效果，使門(mén)體立柱與上部支架隔離，如圖3 所示。

圖3 上部支架二次絕緣結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 方案優(yōu)點(diǎn)

該方案采用對(duì)屏蔽門(mén)上、下部立柱進(jìn)行“二次”絕緣分?jǐn)嗟姆绞剑行г龃罅似帘伍T(mén)門(mén)體與土建結(jié)構(gòu)的絕緣電阻。其絕緣電阻等效示意圖如圖4 所示。由此可知，該方案的優(yōu)點(diǎn)有3 個(gè)：1）上部支架與下部立柱的絕緣阻值增大，屏蔽門(mén)系統(tǒng)的總絕緣阻值增大。2）只有在上部立柱或者下部支架的2 處絕緣結(jié)構(gòu)失效時(shí)，才會(huì)造成屏蔽門(mén)絕緣失效。3）當(dāng)絕緣下降時(shí)，可以通過(guò)分別測(cè)量下部支架對(duì)立柱和對(duì)地、上部支架對(duì)立柱和對(duì)地絕緣，有效快速地找準(zhǔn)絕緣性能下降的地方。

圖4 整改后等效示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要分析屏蔽門(mén)機(jī)械部分絕緣構(gòu)件，對(duì)屏蔽門(mén)下部立柱進(jìn)行“二次”絕緣分?jǐn)嗪驮谏喜恐Ъ苄略鼋^緣結(jié)構(gòu)的方式，增大了門(mén)體下立柱與下部支架、下部支架與預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)、連接件與金屬塊之間的絕緣套（絕緣軸套）的厚度，即增大被絕緣套（絕緣軸套）隔離的金屬結(jié)構(gòu)間的爬電距離，增加了屏蔽門(mén)門(mén)體與土建結(jié)構(gòu)的絕緣電阻，且在門(mén)體上部、下部都形成有效的“二次”絕緣。

因此，該整改方案優(yōu)點(diǎn)如下：1）下部支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免絕緣件被屏蔽門(mén)周邊的復(fù)雜環(huán)境污染和破壞，導(dǎo)致絕緣性能下降甚至失效的情況。2）屏蔽門(mén)系統(tǒng)的總絕緣阻值增大。3）上、下支架均為“雙層絕緣”結(jié)構(gòu)，有效防止因某一處絕緣結(jié)構(gòu)絕緣失效而造成屏蔽門(mén)絕緣失效。4）能夠有效快速地找準(zhǔn)絕緣性能下降薄弱點(diǎn)，并降低了下部立柱與上部支架安裝時(shí)的工藝要求。

下一階段須進(jìn)一步研究分析如何有效保證站臺(tái)絕緣帶良好的絕緣性能。相信隨著地鐵行業(yè)相關(guān)人員在理論和實(shí)際運(yùn)用中的不斷探索、研究和總結(jié)分析，地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)絕緣、接地的問(wèn)題將會(huì)得到解決，極大地提高地鐵運(yùn)營(yíng)的可靠性和安全性。