地鐵站臺屏蔽門在線絕緣監(jiān)測裝置的研制

梁紹昌

摘 要：通過對廣州地鐵各線路屏蔽門絕緣故障的統(tǒng)計分析，得出了造成屏蔽門打火的主要原因，提出了相應(yīng)的解決方案，并且研制了相應(yīng)的產(chǎn)品，通過在線運行測試，驗證了該產(chǎn)品能較好的解決了屏蔽門安全接地及防止屏蔽門打火的問題。

關(guān)鍵詞：地鐵屏蔽門；絕緣；泄漏電流；打火；軌電位

1 緒論

自從屏蔽門在地鐵開始投入使用，廣州地鐵各路線網(wǎng)的屏蔽門都在不同程度上出現(xiàn)了打火故障，嚴(yán)重的，還會造成電纜燒斷。經(jīng)過不完全調(diào)查顯示，2010年廣州地鐵屏蔽門發(fā)生打火故障35次，26次都是因為屏蔽門接地故障直接或間接導(dǎo)致。這一問題的存在，會嚴(yán)重威脅乘客的安全，影響客運的安全性以及穩(wěn)定性。

2 屏蔽門絕緣以及等電位連接

廣州地鐵在供電系統(tǒng)方面普遍選擇1500伏的直流牽引供電系統(tǒng)。并且，其將鋼軌設(shè)計為回流軌，以及避免雜散電流腐蝕線路的結(jié)構(gòu)鋼筋以及金屬管線。地鐵處于正常工作狀態(tài)時，鋼軌可能會產(chǎn)生最高為90V上下的電壓。同時，列車同鋼軌屬于等電位關(guān)系，為了保證乘客在上下車的過程中不會受到危害，屏蔽門應(yīng)用對地絕緣設(shè)計，并使屏蔽門以及鋼軌保持等電位連接。

3 屏蔽門絕緣問題

正常狀態(tài)下，屏蔽門處于絕對的對地絕緣，其絕緣電阻能夠保證在0.5MΩ以上。但因為安裝上的差異性，以及工作的環(huán)境影響，現(xiàn)場的實際絕緣電阻普遍只能達到幾百歐，甚至約等于零。如圖2所示，若將屏蔽門的對地絕緣看做是一組過渡電阻，則當(dāng)過渡電阻處于較大值時，可以判定屏蔽門處于絕緣狀態(tài)，此時經(jīng)過屏蔽門傳到到地面的電流就非常小，可認(rèn)約等于零。而若是屏蔽門出現(xiàn)絕緣故障或者短路故障，故障位置的過渡電阻會迅速變小，則列車運行過程中產(chǎn)生的大量牽引電就會經(jīng)由屏蔽門的故障位置傳導(dǎo)向大地。這時，電流的熱效應(yīng)將會引發(fā)屏蔽門的打火故障，嚴(yán)重時甚至?xí)龜嗥帘伍T的等電位電纜。

如圖1所示，R人表示人體的正常電阻，正常在1KΩ2KΩ之間，U代表鋼軌同地面的平均電位差值，U1表示屏蔽門同鋼軌的平均電位差值，U2表示屏蔽門同結(jié)構(gòu)地面之間的電位差值。當(dāng)屏蔽門電纜保持正常的連接良好狀態(tài)時，人體電壓不會引發(fā)觸電危險。但是，若屏蔽門產(chǎn)生異常接地故障，甚至發(fā)生電纜燒斷問題，軌電壓將會在吉大程度上對人體造成嚴(yán)重危害。

4 解決措施

4.1 方案一

圖2所示，于屏蔽門以及電纜之間以串聯(lián)的方式連接分流器，分流器所接收到的信號在經(jīng)過變送器自動的放大作用之后，回快速傳輸至PLC模塊之中，并使用PLC對屏蔽門進行監(jiān)控。若其泄漏電流超出預(yù)先的設(shè)定值，報警器就會及時的發(fā)出報警信息。此外，若泄漏電流超過預(yù)設(shè)的動作值，PLC會迅速將合閘電位限制設(shè)備，以此控制屏蔽門由于故障產(chǎn)生的泄漏電流，降低軌道電位上升，維護乘客的人身安全。

裝置好圖2所示監(jiān)控裝置之后，應(yīng)該在起正常工作的過程中開展功能監(jiān)測。當(dāng)屏蔽門保持接地，且限制設(shè)備合閘時，得到屏蔽門在該階段內(nèi)的接地電流嚴(yán)重下降，但是，其依舊能夠保證在幾百A的程度上。假使屏蔽門與結(jié)構(gòu)之間形成短路，則會得到屏蔽門接地電流同軌電位限制電流的比例是1：3。這就表示了，這一設(shè)計并不足以完全應(yīng)對屏蔽門出現(xiàn)的打火故障。

如圖3所示，假如將地鐵列車的牽引電流當(dāng)做有機的電流源，則屏蔽門的接地電阻與軌電位限制接觸電阻二者并聯(lián)，則其電流的大小值會同電阻之間保持一種反比關(guān)系。這就代表了在屏蔽門接地電阻值大于軌電位的接觸電阻的條件下，其接地電流會有機的保持一個較小值，此時，才能夠有效避免打火問題的出現(xiàn)。

4.2 方案二

為了切實防止屏蔽門由于接地短路導(dǎo)致的打火問題，維護乘客的生命健康安全，如圖4所示，需要在電纜之中以串聯(lián)的方式接入直流接觸器。在正常工作狀態(tài)下，若假使蔽門不存在相應(yīng)的接地故障，接觸器會處于合位，而假設(shè)屏蔽門出現(xiàn)接地故障，分流器會第一時間發(fā)現(xiàn)泄漏電流，并將其傳送至PLC。PLC會直接使電位限制設(shè)備自動合閘。并且，其輔助節(jié)點會迅速連接到直流接觸器之中的保護線圈回路，斷開等電位電纜，阻斷接地電流，進而防止屏蔽門發(fā)生打火問題。

直流接觸器動作設(shè)計原則：

1）為了避免由于控制電源故障導(dǎo)致的接觸器閉合問題，接觸器需要設(shè)計為相對常閉狀態(tài)，并且，線圈得到到電壓時斷開，線圈失去電壓時閉合。

2）應(yīng)該保證等電位連接在電位限制設(shè)備分開時，接觸器不會斷開。

3）電位限制設(shè)備從合位轉(zhuǎn)變到分位，直流接觸器必須要立刻閉合。

4）在泄漏電流超過動作值的同時，電位限制設(shè)備首先閉合，直流接觸器隨之?dāng)嚅_。

4.3 整定值的計算

按照《CJ/T2362006城市軌道交通站臺屏蔽門》的要求：屏蔽門同車站結(jié)構(gòu)中間絕緣的絕緣電阻不可以小于0.5MΩ。但因為施工材料、工藝、環(huán)境的多方面影響，屏蔽門的實際絕緣電阻普遍在0.5MΩ以下。也就是說，將0.5MΩ設(shè)置為屏蔽門自動報警的動作值是不合適的。由于屏蔽門之中的絕緣設(shè)計主要是為了避免雜散電流腐蝕，則按照CJJ4992技術(shù)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，新建線路的過渡電阻值應(yīng)該在15Ω/Km以上，運行線路應(yīng)該在3Ω/Km以上。屏蔽門長度的設(shè)計，應(yīng)該在100150m之間，以100m的屏蔽門作為案例進行考慮分析，15Ω/Km也就是150Ω/100m。而3Ω/Km也就是30Ω/100m。一般來說，地鐵在運行狀態(tài)時的軌電位，最高可以達到90伏左右。對此，報警電流的動作值就可以設(shè)置為I=U/R=90/150=0.6A。而針對對運行時間相對比較長的列車，報警電流的動作值可以設(shè)置為I=U/R=90/30=3A。如此，就能夠保證屏蔽門不會發(fā)生打火故障問題。

4.4 主要功能

1）絕緣監(jiān)測：可以對屏蔽門的泄漏電流進行實時的動態(tài)監(jiān)控，并可以及時發(fā)現(xiàn)其絕緣缺陷。

2）可以切斷接地電流，避免屏蔽門打火故障。

3）防止鋼軌電壓上升，維護乘客的人身安全。

5 結(jié)語

本裝置現(xiàn)階段已經(jīng)在廣州八號線地鐵的屏蔽門之中進行了實踐應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場實踐測試，證明了本裝置確實能夠在屏蔽門產(chǎn)生接地故障的第一時間迅速斷開故障位置電流，同時自動合閘電位限制設(shè)備，進而將其電位控制在地電位的范圍之內(nèi)，避免屏蔽門產(chǎn)生打火問題，進而保證乘客的基本人身安全。

參考文獻：

[1]孫增田，等.屏蔽門接軌保護及絕緣保護必要性分析.城市軌道交通研究，2006（7）.

[2]CJJ 4992地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程[S].

[3]CJ/T 2362006城市軌道交通站臺屏蔽門.