城市軌道交通站臺(tái)門接軌及絕緣相關(guān)問(wèn)題探討

舒駱鵬

（金華市金義東軌道交通有限公司，浙江金華 321000）

1.接軌及絕緣的由來(lái)

（1）接軌：地鐵列車一般采用直流牽引供電系統(tǒng)，并把行走軌作為回流軌，直接連至牽引變電所[1]。為減少雜散電流對(duì)土建結(jié)構(gòu)鋼筋的影響，鋼軌與大地間要求是絕緣的，故車輛與大地間存在電位差，供電系統(tǒng)在牽引變電所及車站內(nèi)設(shè)計(jì)有軌電位限制裝置，監(jiān)視鋼軌與地之間的電壓，如電壓超過(guò)一定值（一般設(shè)置為DC90V或DC120V），軌電位限制裝置將動(dòng)作，將鋼軌接地，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌與地之間的電流，當(dāng)電流低于預(yù)定值時(shí)，軌電位裝置自動(dòng)復(fù)位，斷開(kāi)與地的連接。如站臺(tái)門不與鋼軌連接，當(dāng)列車停車時(shí)，站臺(tái)門門體結(jié)構(gòu)與車體間存在電位差，乘客上、下車或乘客身體同時(shí)觸摸到站臺(tái)門及車輛時(shí)，將有觸電的可能，這也是大部分軌道交通站臺(tái)門設(shè)計(jì)要求接軌的主要原因。

（2）絕緣：當(dāng)站臺(tái)門與鋼軌等電位連接后，站臺(tái)門與大地之間相當(dāng)于有了電位差，若不對(duì)站臺(tái)門門體與站臺(tái)進(jìn)行絕緣安裝，供電系統(tǒng)的回流將會(huì)通過(guò)站臺(tái)門流至大地，腐蝕車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋，根據(jù)《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，地鐵的雜散電流（迷流）對(duì)城市建筑和地鐵本身具有較大的腐蝕作用，為限制地鐵雜散電流，降低與消除其不利影響，必須采取防護(hù)措施。因此，站臺(tái)門與站臺(tái)板須進(jìn)行絕緣安裝。另外，考慮到在站臺(tái)上候車的乘客會(huì)接觸到站臺(tái)門門體部分，存在觸電的可能，所以自站臺(tái)邊緣起向內(nèi)1m范圍內(nèi)的站臺(tái)地面裝飾層以下應(yīng)設(shè)置絕緣層。目前國(guó)內(nèi)軌道交通站臺(tái)門門體上部、下部安裝通過(guò)絕緣套與土建絕緣，然后站臺(tái)門門體與鋼軌通過(guò)等電位電纜連接，實(shí)現(xiàn)門體、車輛同一電位[2-3]。

2.接軌及絕緣的存在問(wèn)題

目前幾乎所有國(guó)內(nèi)軌道交通線路站臺(tái)門均采用以上接軌與絕緣方案，即站臺(tái)門與鋼軌等電位、站臺(tái)門在站臺(tái)絕緣安裝，并且敷設(shè)絕緣層的方案，但從工程實(shí)際施工、運(yùn)營(yíng)、使用的情況看，國(guó)內(nèi)大部分線路站臺(tái)門的絕緣均不理想，在安裝初期絕緣值是可以達(dá)到0.5MΩ，但由于絕緣件不可避免需裸露在外，且需要一定的承受能力，而軌行區(qū)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，存在大量的粉塵等污染，導(dǎo)致絕緣件絕緣值不斷下降，甚至有些完全失效[4]。

而絕緣一旦失效，就可能導(dǎo)致乘客在上、下車的過(guò)程中，軌電位可以經(jīng)人體進(jìn)入車站站臺(tái)，最終回流至變電所負(fù)極，形成雜散電流。雜散電流正常情況下對(duì)普通人群不會(huì)造成傷害，但對(duì)于少部分特殊人群，例如帶有心臟起搏器的人群將可能造成傷害。同時(shí)門體接軌后，兩者形成等電位，即相當(dāng)于門體本身帶電，當(dāng)站臺(tái)門周邊的其他金屬材料（如金屬橋架、吊頂龍骨等）與門體結(jié)構(gòu)距離小于爬電距離時(shí)，將出現(xiàn)放電打火的現(xiàn)象。這在各地城市軌道交通均出現(xiàn)過(guò)此情況，存在一定的安全隱患，并可能導(dǎo)致不明情況的乘客恐慌、投訴。

分析站臺(tái)門絕緣性能下降的原因有以下幾點(diǎn)。

（1）熱影響：列車進(jìn)站停車時(shí)，車輛底部及上部有大量熱能排出，排熱部位與站臺(tái)門絕緣位置接近，隨著溫度升高，站臺(tái)門與車站結(jié)構(gòu)間的絕緣件變軟，其抗剪切力逐步散失。當(dāng)溫度超過(guò)絕緣件的閥值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣件壽命變短，甚至發(fā)生絕緣體碳化、破裂的情況。

（2）電磁場(chǎng)影響：站臺(tái)門絕緣材料會(huì)受到來(lái)自列車、接觸網(wǎng)或接觸軌等產(chǎn)生的電磁場(chǎng)時(shí)，絕緣材料的表面和內(nèi)部空隙會(huì)發(fā)生發(fā)電。反復(fù)多次放電所產(chǎn)生的離子電弧和離子運(yùn)動(dòng)將逐步腐蝕絕緣材料，使其絕緣性能逐步下降。

（3）其他因素影響：軌行區(qū)的鐵粉、灰塵、腐蝕氣體、附著的油類也會(huì)加速站臺(tái)門絕緣件老化，尤其是鋼軌與列車摩擦產(chǎn)生的鐵粉，極易附著在絕緣件上，導(dǎo)致絕緣性能下降。

3.接軌及絕緣的建議措施

鑒于目前站臺(tái)門絕緣方案及實(shí)際運(yùn)用存在一些問(wèn)題，并且導(dǎo)致絕緣性能下降的因素難于控制，有必要對(duì)站臺(tái)門系統(tǒng)接軌及絕緣的方案進(jìn)行重新考量，轉(zhuǎn)換思路，從根本上解決問(wèn)題。

解決站臺(tái)門接軌與絕緣問(wèn)題的核心是解決站臺(tái)門與列車的電位差的問(wèn)題，而鋼軌作為回流軌的特性決定了必然帶軌電位。解決此問(wèn)題可采取兩個(gè)方案：供電設(shè)置專用回流軌，即“第四軌”和站臺(tái)門采用整體式絕緣方案。

3.1 供電系統(tǒng)設(shè)置專用回流軌，即“第四軌”

采用專用鋼軌回流，則車輛不帶電壓，站臺(tái)門門體無(wú)需與鋼軌進(jìn)行等電位連接，而通過(guò)接地端子連接車站接地網(wǎng)，乘客上下車時(shí)不會(huì)存在跨步電壓。

站臺(tái)門無(wú)需進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)及安裝，站臺(tái)側(cè)地面、端門內(nèi)外地面及墻面不再需要進(jìn)行絕緣處理，站臺(tái)側(cè)吊頂及其上方的管線等由于均接地而無(wú)需與門體結(jié)構(gòu)保證50mm以上的間隙。自此，站臺(tái)門不再受運(yùn)營(yíng)后絕緣下降、與周邊管線、天花打火的問(wèn)題困擾。

綜上所述，采用專用鋼軌回流方案將大大簡(jiǎn)化站臺(tái)門的絕緣、接地設(shè)計(jì)方案及實(shí)施難度，解決了站臺(tái)門的絕緣消失或下降帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，同時(shí)解決了門體周邊天花及管線打火問(wèn)題。因此，采用專用鋼軌回流方案對(duì)于站臺(tái)門系統(tǒng)有著非常積極的作用。

但采用專用鋼軌回流方案涉及到供電專業(yè)的方案變化以及增加供電造價(jià)，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況全盤統(tǒng)籌考慮。

3.2 站臺(tái)門采用整體式絕緣方案

如果不設(shè)置專用回流軌，為徹底解決站臺(tái)門的打火與絕緣問(wèn)題，站臺(tái)門可考慮采用新型整體式絕緣方案。從根本上解決站臺(tái)門的絕緣問(wèn)題就得從其本身材質(zhì)的絕緣性出發(fā)，改變以前局部安裝絕緣件的處理方式，使站臺(tái)門作為一個(gè)獨(dú)立絕緣體來(lái)屏蔽站臺(tái)區(qū)域和軌行區(qū)域。

3.2.1 具體方案

站臺(tái)門不再與鋼軌連接，頂箱內(nèi)電氣設(shè)備通過(guò)接地端子排與車站大地連接，而門體結(jié)構(gòu)采用絕緣的非金屬?gòu)?fù)合材料制作而成，包括站臺(tái)門門體上下連接件、頂箱蓋板、立柱及包板、門檻、踢腳板、應(yīng)急門和端門的推桿、所有門體的門框等乘客和站務(wù)人員有可能接觸到的站臺(tái)門門體的各個(gè)部位構(gòu)件。采用復(fù)合材料制作的各個(gè)部件，絕緣性能穩(wěn)定持久。

3.2.2 整體式絕緣門體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）經(jīng)過(guò)高溫、鹽霧等系列測(cè)試，復(fù)合結(jié)構(gòu)門體絕緣值可滿足0.5MΩ的要求，滿足軌道交通的使用環(huán)境要求。

（2）經(jīng)加速老化測(cè)試，復(fù)合材料的壽命可達(dá)到站臺(tái)門整體壽命30年的要求。

（3）采用共擠工藝成型的復(fù)合材料立柱型材、門檻型材、門框型材的金屬厚度與傳統(tǒng)方案一致。經(jīng)受力分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)試，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全滿足站臺(tái)門的設(shè)計(jì)和使用要求。

3.2.3 整體式絕緣方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用整體復(fù)合絕緣方案后，可以取消站臺(tái)門至鋼軌的等電位連接電纜，阻斷了一條可能的雜散電流通路。

（2）采用整體復(fù)合絕緣門體后，門體結(jié)構(gòu)可以不需再做絕緣處理而直接和站臺(tái)土建結(jié)構(gòu)連接，在保證絕緣效果的同時(shí)大大簡(jiǎn)化了站臺(tái)門的安裝工藝。

（3）可以從根源上杜絕由于站臺(tái)門帶電所引起與周邊金屬材料打火的情況，保證乘客和站務(wù)人員的人身安全，消除了對(duì)運(yùn)營(yíng)安全的隱患。

4.總結(jié)

現(xiàn)有的站臺(tái)門絕緣安裝方式，供電設(shè)置專用回流軌及整體復(fù)合絕緣門體結(jié)構(gòu)的方式，從電氣原理和技術(shù)角度分析均是合理的。但供電設(shè)置專用回流軌方案和整體復(fù)合絕緣門體結(jié)構(gòu)形式是解決目前接軌和絕緣存在問(wèn)題的一種新思路和解決方案的嘗試。后續(xù)可根據(jù)新方案的試點(diǎn)測(cè)試情況及項(xiàng)目實(shí)際選取相應(yīng)的方案，保障城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全。