沈陽地鐵站臺門系統(tǒng)絕緣問題及改造方案研究

曲 博 吳李剛 張哲晨

(1.沈陽地鐵集團(tuán)有限公司，110142，沈陽;2.沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司,110161,沈陽//第一作者，高級工程師)

1 站臺門系統(tǒng)的絕緣問題

1.1 站臺門的絕緣要求

為了改善車站站臺區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量、保障乘客的安全，GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定新建線路車站宜設(shè)置站臺門。站臺門系統(tǒng)安裝在站臺邊緣，通過門體隔離站臺區(qū)域與軌行區(qū)。全高站臺門與列車之間的間距一般不大于200 mm，乘客在上下車時(shí)可能同時(shí)觸碰到站臺門門體與列車。

列車在正常運(yùn)營條件下，站臺處走行軌對地電位不應(yīng)大于120 V。當(dāng)走行軌對地電壓超標(biāo)時(shí)，應(yīng)采取短時(shí)接地措施[1]。沈陽地鐵的軌電位限制裝置保護(hù)整定值設(shè)置為90 V。這樣列車和鋼軌同車站地之間就存在著最高90 V的電位差。當(dāng)站臺門未做任何絕緣時(shí)，乘客存在觸電的可能，輕者導(dǎo)致感官不適，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生電擊傷害。同樣，當(dāng)乘客同時(shí)接觸列車和站臺時(shí)也會(huì)存在觸電的可能。所以，現(xiàn)在普遍要求對站臺門進(jìn)行絕緣安裝，并在站臺鋪設(shè)絕緣層，將站臺門與軌道進(jìn)行連接，使站臺門與列車等電位。

1.2 站臺門的絕緣與等電位設(shè)計(jì)

沈陽地鐵與其他大部分城市的地鐵一樣，采用了金屬門體站臺門。其絕緣主要包括站臺地面的絕緣(站臺鋪設(shè)絕緣層)，站臺門上部連接件、下部支撐結(jié)構(gòu)及端門結(jié)構(gòu)同土建結(jié)構(gòu)間的絕緣，以及門體相關(guān)部件之間(頂箱及地檻等)的絕緣。絕緣阻值標(biāo)準(zhǔn)為不小于0.5 MΩ。

站臺門系統(tǒng)與車站大地絕緣之后，同鋼軌進(jìn)行單點(diǎn)等電位連接。連接電阻不大于0.4 Ω，并使每側(cè)站臺門保持整體等電位。[2]

2 沈陽地鐵站臺門絕緣現(xiàn)狀

沈陽地鐵站臺門的絕緣在建設(shè)期達(dá)到了驗(yàn)收要求，但在運(yùn)營過程中，絕緣阻值受站臺潮濕環(huán)境、土建結(jié)構(gòu)、軌行區(qū)粉塵、絕緣的施工工藝、維護(hù)保養(yǎng)等多因素影響，其數(shù)值動(dòng)態(tài)變化，不能完全滿足絕緣要求。在沈陽地鐵開通6年后，對43座車站的44套站臺門系統(tǒng)絕緣數(shù)據(jù)進(jìn)行重新檢測。每站選取10個(gè)測點(diǎn)，共計(jì)測量440個(gè)數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測結(jié)果，沈陽地鐵1、2號線有35套站臺門絕緣阻值低于0.5 MΩ，少數(shù)嚴(yán)重的低于0.1 MΩ或近似于0，站臺門絕緣不合格的車站數(shù)量約占80%。

目前，站臺門對地絕緣不良的問題國內(nèi)普遍存在。從各城市地鐵的改造效果來看，均無法根本解決該問題。站臺門與鋼軌等電位，因絕緣不良而產(chǎn)生的雜散電流不僅會(huì)導(dǎo)致電腐蝕反應(yīng)和打火現(xiàn)象的發(fā)生，對設(shè)備造成危害，還存在著乘客觸電隱患。雖然少見關(guān)于乘客由于雜散電流觸電的報(bào)道，但仍需引起重視。

3 站臺門雜散電流分析

3.1 沈陽地鐵現(xiàn)場實(shí)際電位差及雜散電流檢測

當(dāng)站臺門門體與軌道等電位線斷開時(shí)，理論上，站臺門門體與列車門體會(huì)形成一定的電位差，又由于列車與軌道為等電位，故可認(rèn)為門體-軌道電壓同門體-列車門電壓相等。通過檢測沈陽地鐵44套站臺門系統(tǒng)在列車進(jìn)站前、進(jìn)站停穩(wěn)時(shí)及離站后的電壓發(fā)現(xiàn)，沈陽地鐵1、2號線站臺門門體與列車門體的最大電位差值為42 V，大部分在30 V以下，理論上已經(jīng)達(dá)到了直流電流的痛苦閾值，但未達(dá)到致命程度[3]。

當(dāng)站臺門門體與軌道等電位線連接時(shí)，軌道雜散回流通過接軌的等電位線流經(jīng)站臺門門體內(nèi)部。跟據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選取了35套站臺門，在列車進(jìn)站前、進(jìn)站停穩(wěn)時(shí)及離站后，對站臺門雜散電流進(jìn)行測量。由實(shí)測數(shù)據(jù)可知，流經(jīng)站臺門門體的電流最大值可達(dá)到43 A。部分車站測量數(shù)據(jù)見表1。

3.2 模擬人體電阻情況下的電流測量

為測量人體所受站臺門與列車(鋼軌)之間電位差的實(shí)際影響，進(jìn)行了模擬人體電阻情況下的電流測量。在最不利的情況下，1個(gè)人用濕潤的雙手同時(shí)接觸站臺門與車體，會(huì)形成導(dǎo)電回路。此時(shí)，可將人體看作為1個(gè)串聯(lián)在軌道與門體之間的電阻，其電阻值約為975～4 100 Ω。在門體接地(門體絕緣電阻為0)的極端條件下，模擬電壓及人體條件，測試流經(jīng)人體的最大電流。為方便測試，試驗(yàn)選取在高壓變電所進(jìn)行，并采用在軌道與大地之間串聯(lián)1個(gè)1 175 Ω電阻的方式模擬。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，在門體完全接地的條件下，當(dāng)人體電阻為1 175 Ω時(shí),最大雜散電流為25.5 mA，已能使人體感到不適。只有軌道電位達(dá)到90 V，導(dǎo)電回路才能導(dǎo)通。計(jì)算可得此時(shí)的人體最大電流約為90 mA，可以對人體造成傷害。

表1 沈陽地鐵1、2號線部分車站站臺門與列車門體電壓及雜散電流測量數(shù)據(jù)

表2 沈陽地鐵模擬人體電阻電壓及雜散電流測量數(shù)據(jù)

3.3 沈陽地鐵站臺門雜散電流對人體的危害

經(jīng)過測量及論證，現(xiàn)階段沈陽地鐵暫時(shí)取消了站臺門與鋼軌的等電位連接線。由于乘客同時(shí)接觸站臺門與列車的概率極低且時(shí)間很短，而且，雖然門體對地絕緣不符合要求，但其并未完全真正接地，仍具有一定阻值。該阻值相對于人體電阻很大，導(dǎo)致實(shí)際上流經(jīng)人體的電流很小。這使得乘客至今幾乎沒有觸電感。因此，在實(shí)際運(yùn)營中尚未接到關(guān)于此類事件的乘客投訴，乘客實(shí)際觸電風(fēng)險(xiǎn)較低。但隨著門體對地絕緣進(jìn)一步老化，絕緣阻值進(jìn)一步降低，不排除未來有發(fā)生乘客觸電風(fēng)險(xiǎn)的可能。因此有必要開展對站臺門絕緣的改造。

4 絕緣不良的改造方案

4.1 常見的絕緣改造方案

對于已開通線路，站臺門系統(tǒng)絕緣改造方案主要有對站臺門外露部分進(jìn)行絕緣防護(hù)處理、斷開站臺門與鋼軌等電位線、更換絕緣地檻、更換或重新鋪設(shè)絕緣地板、對金屬門體采用復(fù)合材料進(jìn)行替換等改造方案。

4.2 常見改造方案的詳細(xì)對比

對常見絕緣防護(hù)改造方案的技術(shù)難度、施工可行度、后期維護(hù)要求、施工工期、價(jià)格因素、壽命等方面進(jìn)行調(diào)研。調(diào)研結(jié)果見表3。

表3 常見的絕緣防護(hù)方案對比

從經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性及后期維護(hù)的便利性來看，采用對乘客可觸及部分的門體進(jìn)行絕緣處理的方案(包括噴涂絕緣漆或貼絕緣膜)比較貼近沈陽地鐵改造實(shí)際，可大幅降低乘客候車觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

隨著運(yùn)營年限的增加，運(yùn)營環(huán)境和設(shè)備老化等因素，會(huì)使站臺門存在整體絕緣阻值不斷下降或絕緣阻值不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。隨著站臺門絕緣阻值的下降，通過門體的雜散電流勢必增大。當(dāng)站臺門門體與軌道等電位線斷開時(shí)，門體與列車之間也形成了一定的電位差。而人體承受直流電流10 mA以上即會(huì)產(chǎn)生痛感[2]，當(dāng)電流過大或者電位差過高超出安全閾值時(shí)都會(huì)導(dǎo)致乘客觸電的風(fēng)險(xiǎn)增高，對運(yùn)營安全造成危害。

為保障運(yùn)營安全，有必要確保站臺門絕緣阻值不低于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中0.5 MΩ的要求。當(dāng)站臺門絕緣阻值低于設(shè)計(jì)值時(shí)，由于缺少切實(shí)可行的維護(hù)方法，運(yùn)營過程中難以通過日常的維保恢復(fù)該絕緣阻值，只能對站臺門絕緣進(jìn)行改造。

經(jīng)過對現(xiàn)有較為成熟的改造方案進(jìn)行綜合對比，采用站臺門直接接地、并對乘客可觸及部分的門體進(jìn)行絕緣處理的方案較適合沈陽地鐵。該方案防護(hù)比較全面，經(jīng)濟(jì)性較好，實(shí)施及后期維護(hù)比較方便，既解決了雜散電流的腐蝕和金屬部件之間虛連打火的問題，又滿足地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，同時(shí)降低了大電流對人體傷害的風(fēng)險(xiǎn)及乘客正常候車時(shí)的觸電風(fēng)險(xiǎn)，能滿足沈陽地鐵現(xiàn)階段對站臺門絕緣防護(hù)的需求。