地鐵屏蔽門與軌道之間電位問題的探討

湯永光

摘要：該文分析了地鐵中直流電機牽引列車屏蔽門與軌道之間存在電勢差問題，并指出了其安全隱患，最后提出了解決問題的方法。

關鍵詞：屏蔽門 軌道 電位 問題 探討

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

由于工作的要求，我們曾經多次去地鐵進行考察，發現在所有用直流電機牽引的地鐵列車中，都存在軌道或車廂與站臺或屏蔽門之間電勢差問題。目前所有地鐵解決站臺屏蔽門與軌道之間等電位及屏蔽門系統絕緣問題方案有：①屏蔽門與軌之間等電位連接，即使用一根導線連接于屏蔽門與軌道兩端，使兩點之間電位相等。②屏蔽門站臺設備與車站接地網連接。可是兩種方案都不能很好解決屏蔽門對地絕緣出現故障時的安全問題，原因是：方案①中雖然能使屏蔽門與軌道電位相等，解決屏蔽門與列車之間的跨步電壓問題，但當站臺屏蔽門絕緣損壞接地時，會出現接地處短路起火的情況，危及車站消防安全；方案②中屏蔽門與列車之間存在超出安全范圍的跨步電壓，威脅乘客的人身安全。為此，該文嘗試提出解決這些問題的可行性方案進行探討。

1 屏蔽門系統與地鐵軌道之間現狀及存在問題

直流電機牽引的機車鋼軌或車廂的電壓即是電源負極對地的電壓，高達90DC，甚至120VDC，列車到站或離整流變壓器出較遠處最高，而站臺屏蔽門是接地絕緣設計的，所以屏蔽門與地鐵軌道之間是可能存在90DC以上的電壓的。目前的兩種處理方案存在問題是：①屏蔽門與軌道進行等電位連接，保持與軌道等電位，如圖1所示：

圖1 屏蔽門與軌道等電位連接示意圖

這樣的處理方法可使屏蔽門與軌道或車廂電位相等即兩處之間不存在電勢差，這時屏蔽門系統也帶有90VDC或更高的電勢，當乘客上下車時，不存在跨步電壓問題，有效地解決了威協乘客人身安全的問題。

屏蔽門系統（包括門體、機頂盒、門檻等）與車站的建筑結構進行絕緣安裝，在絕緣值日益下降，且對于車站兩邊甚長的屏蔽門維護也相當困難，當站臺屏蔽門絕緣受到損壞接地時，電流從軌道經屏蔽門的短路點流入接地網，按接地體的電阻4Ω估算，軌道的電壓是90DC時，經短路點的電流是90/4=22.5（A）。顯然如此值電流經過短路點，必然會產生巨大的火花，使車站出現消防安全問題。

②斷開屏蔽門與軌道間的等電位連接，將屏蔽門站臺設備與車站接地網連接，這樣即使屏蔽門與車站機構間絕緣值不達標或發生短路，依然可以保持車站建筑物和屏蔽門不受影響。屏蔽門內部發生電壓泄漏到門體時，可通過接地保護，但存在的問題是：由于屏蔽門與運營列車或軌道之間的接地點不同，兩者之間存在電勢差（最大DC90 V或120 V）。在乘客上下車時，由于跨步電壓的存在，會發生安全危險。盡管在乘客可觸及的門體部分進行絕緣處理，但仍然不能消除乘客上下車的安全隱患。

2 解決問題的對策

通過以上存在問題的分析，現提出了解決問題的對策進行探討，筆者對此設計了一套改進方案，并申報國家實用新型專利獲得授權，專利號是：ZL201120151044.6，實用新型名稱是：一種屏蔽門與地鐵軌道之間電位連接裝置。具體分析如下圖2所示。

圖2 屏蔽門與地鐵軌道之間連接圖

軌道；2-限流電阻：3.5 Ω，500 W；3-旁路開關：100 A；4-直流

電流表：0～50 A；5-電流電壓表：0～200 V；6-屏蔽門。

基本原理是：本發明專利是在圖1屏蔽門與軌道之間連接基礎上改造而成，其特征在于：軌道1與限流電阻2連接，限流電阻的作用是當屏蔽門出現短路時，該電阻起到限制電流的作用，它既能降低流過短路點的電流，又能使短路時的軌道與屏蔽門之間的跨步電壓控制在安全范圍之內；限流電阻2與直流電流表4連接，直流電流表的作用是監視屏蔽門與軌道之間的泄漏電流，發現問題可及時排除；直流電流表4與屏蔽門6連接，屏蔽門6與旁路開關3連接，旁路開關3的作用是當直流電流表4損壞或檢修時使用，屏蔽門6與直流電壓表5連接，直流電壓表5與軌道1連接，直流電壓表的作用，是指示軌道與屏蔽門之間的電壓，在正常情況下是沒有電壓指示的。當發生故障時，顯示出數值但是在36VDC以下。屏蔽門系統對地絕緣正常時，軌道與屏蔽門之間電位相等；但當屏蔽門系統經絕緣下降甚至接地時，軌道1來的電流經過限流電阻2后，大大減少流到直流電流表4、屏蔽門6的電流，可大大減少屏蔽門對地絕緣最薄弱處打火的可能性。有效地防止安全和消防事故發生。

此設計方案能使地鐵軌道與屏蔽門在正常工作時電位相等，而屏蔽門發生絕緣損壞接地時，又不至于短路起火，且列車與站臺屏蔽門之間跨步電壓控制在安全范圍內，基本解決了這一安全消防問題。

3 結語

屏蔽門系統絕緣問題具有一定普遍性，在國內外以投入使用屏蔽門的地鐵運營線路上事有發生。國內外地鐵部門對此問題，也日益重視并研究各種各樣的對策，并采取了許多防范措施。

為了更好保護車站結構與乘客安全及消防安全，要根據現狀，進一步修正完善系統絕緣問題和屏蔽門與與軌道之間電位問題的解決方案，提高屏蔽門系統運營的可靠性和消防安全性，本研究方案不是唯一的最佳方案，但進行實質性分析探討也可作為相關部門參考應用。

參考文獻

[1] 方漫然.地鐵站臺門絕緣系統與絕緣不良成因[J].現代城市軌道交通，2011（4）.