地鐵站臺門絕緣問題分析及應對措施

王哲

（中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，杭州310004）

1 相關方案

1.1 雜散電流與軌電位

目前，國內地鐵一般采用1500V 直流牽引供電系統，以鋼軌兼作牽引回流通路【1】。牽引電流從牽引變電所的正極經接觸網、電動列車和走行軌（即回流軌）返回牽引變電所的負極。走行軌鋪設在整體道床上，由于鋼軌存在縱向電阻且鋼軌與整體道床之間不完全絕緣，所以，牽引電流有一部分泄漏至道床，并由道床流經結構鋼筋及沿線金屬管線，又重新流回鋼軌和牽引變電所的負極，如圖1 所示。這些雜散電流會對地鐵結構鋼筋以及地鐵周圍土壤中埋設的金屬構件、管線設施等造成電化學腐蝕。

圖1 地鐵雜散電流示意圖

鋼軌與大地間存在一定的過渡電阻，雜散電流的存在使得軌道與大地之間存在電位差，鋼軌對地電位的大小主要受機車數量、負荷電流、牽引所間距、過渡電阻的均衡程度等因素的影響，為確保乘客和運營維護人員的安全，實時監測及限制鋼軌電位，地鐵供電系統在車站變電所、車輛段及停車場檢修庫內設置了鋼軌電位限制裝置（簡稱OVPD），用來將鋼軌的電位限制在預定的安全范圍內。在正常運營條件下，正線回流軌與大地之間的電壓通過OVPD 被限制在DC90V 以下。當軌電位超過設定值時，OVPD 動作，將鋼軌與大地短接并監測流過OVPD 中（鋼軌與大地之間）的電流，當該電流低于整定值時，OVPD 自動復位，斷開鋼軌與大地的連接。

1.2 站臺門等電位聯接及絕緣安裝

列車?？吭谡九_時，站臺門與列車車體之間的間隙較小，乘客上下車時可能同時接觸到列車車體和站臺門門體，由于軌地電位的存在，列車與站臺門間將存在電位差，若此電位超出人體能耐受的電壓，將給司乘人員造成危害或不適。

因此，為保護人身安全，通常將站臺門金屬框架與鋼軌通過單點雙線冗余電纜進行聯接，以實現每側站臺門和列車車廂之間的等電位。

為避免站臺門與鋼軌等電位聯接后雜散電流對結構鋼筋、金屬管線的腐蝕，需要將正常情況下人體可觸及的站臺門金屬構件與車站結構進行絕緣處理，其絕緣電阻應≥0.5MΩ；為防止車輛電位危及乘客人身安全，自站臺邊緣起站臺側一定范圍的地面裝飾層也應進行絕緣處理。一般通過在站臺邊緣內側1000mm 范圍內，端門內外側2000mm 范圍內設置絕緣地坪的方式來實現。

2 運行現狀

2.1 站臺門絕緣不滿足要求

由于站臺門與鋼軌之間進行了等電位聯接，站臺門安裝時通常采用在門體結構上部與軌頂風道梁連接件、下部與站臺板連接件中設置絕緣襯套、絕緣墊片和打密封膠的形式來實現門體與土建結構的絕緣，并將端門門體與主段門體做電氣隔離處理。但從全國各城市地鐵工程實際檢測情況來看，由于外部環境、施工等因素的影響，站臺門與站臺結構及周邊設施實現絕緣安裝的難度很大，尤其是運營一段時間后，普遍存在絕緣失效的情況。

在站臺門絕緣偏低或失效的情況下與軌道進行等電位聯結，相當于人為制造了一個雜散電流通路，牽引回流通過鋼軌進入站臺門，使結構鋼筋、金屬連接件和金屬管線等受到腐蝕。

2.2 站臺門對車站地放電

在站臺門立柱底座、上部絕緣不合格或絕緣阻值不穩定的情況下，站臺門門體類似走行軌，站臺門和車站地之間存在雜散電流。當回流過大，門體通過其他金屬物與車站地連接或回路中金屬件的過小間隙空氣被擊穿時會造成站臺門結構對相鄰金屬部件發生放電打火、拉弧的現象。通過對國內不同城市站臺門打火次數及位置的調查統計匯總，按打火位置分類統計得出，多數站臺門放電位置是在固定面板與裝修吊頂之間、端門固定面板與裝修掛板之間、端門與邊門的連接拐角處等。

2.3 原因分析

縱觀國內地鐵，站臺門及站臺絕緣地坪在投入使用后絕緣不良是共性問題，在進行等電位連接情況下，導致雜散電流腐蝕及金屬連接部件“打火”現象的原因主要有：

1）站臺門絕緣材料選擇不當或絕緣結構設計不合理，絕緣間隙和爬電距離受電位差、絕緣材料性質等影響較大；

2）站臺邊緣絕緣層與門檻之間、固定面板與裝修吊頂之間、端門與裝飾板之間的安裝間隙過小或縫隙中有異物；

3）站臺門長度較長，絕緣受施工工藝、灰塵潮氣等因素影響，導致站臺門絕緣阻值降低或失效。

3 相關對策

3.1 提高門體及絕緣層絕緣性能

具體可通過以下幾點內容提高門體及絕緣層絕緣性能。

1）做好結構布局，減少各金屬部件連接點。門體、地、金屬構件之間敷設絕緣材料，拼接位置避免留有過小間隙或點接觸，門體與其他設備之間應有至少20mm 的間隙防止爬電或放電。

2）做好防水導水措施。門體頂部應有遮擋槽，防止車站滲水、漏水影響門體絕緣。

3）施工過程中加強絕緣保障。站臺地面裝修施工時，在門檻邊緣設置絕緣擋板，將門檻與裝修層隔離，避免混凝土進入站臺門絕緣區域，避免施工過程中裝修對門體絕緣件的影響。

4）在司乘人員能夠觸及的站臺門外露金屬構件表面涂刷絕緣材料、粘貼電氣絕緣膜，或采用滿足站臺門機械性能、運行性能要求的復合絕緣材料制作站臺門門體上下連接件、立柱、門檻等司乘人員可能觸及的構件，實現門體自身完全絕緣。

上述方案屬于常規措施，可在一定程度上解決站臺門絕緣安裝的問題，但不能從根源上解決問題。

3.2 站臺門與鋼軌不做等電位聯結

對站臺門進行絕緣安裝不僅費時費力，而且絕緣效果無法保證，一旦絕緣下降也沒有很好的恢復辦法，因此，應對站臺門等電位聯接的必要性進行研究。

根據GB/T 28026.1—2018《軌道交通 地面裝置 電氣安全、接地和回流 第1 部分：電擊防護措施》規定【2】，對于直流系統，持續可接觸安全電壓的上限為120V。對于站臺門本身，驅動電源大多采用110V 直流配電，通過隔離變壓器實現與交流配電間的電氣隔離，并實現“不共地”，即使出現直流輸出回路短路故障，也可以避免出現人身觸電事故。

正常情況下，軌道電位升高是由于鋼軌中的回流電流引起的，經現場實際測量，在列車進站停穩后，站臺門對鋼軌電位通常≤DC60V，大部分在36V 以下，小于人體能接受的安全電壓。即使乘客同時接觸到站臺及車體金屬構件，通過人體電流值也較小。

在車輛未到站或駛出期間，鋼軌電位雖有所升高，但此時站臺門已關，站臺乘客不能同時接觸站臺門與車體，不存在人身安全問題；即使接觸網對鋼軌、對地或架空地線發生短路故障或直流供電系統保護裝置失靈，鋼軌電位限制裝置的保護作用也可將電位差限制在DC90V 內。

站臺門與鋼軌之間不進行等電位連接，再加上站臺門金屬框架均有覆膜絕緣處理，實際風險很低【3】。目前，很多城市的地鐵線路站臺門與鋼軌均未進行等電位聯接，尚未有乘客因此感覺不適的情況。此時不需要對站臺門進行絕緣處理，只須將站臺門通過接地端子接地，這不僅大幅地降低了建設成本，也可以解決雜散電流腐蝕及站臺門打火問題。

3.3 設置站臺門等電位導通裝置

列車在進出站時，鋼軌的對地電位、泄漏電流更大，因此，可以設置專用的站臺門等電位導通裝置。在無列車停靠的情況下，使站臺門與大地進行連接，與鋼軌不連接，以確保站臺人員的安全，并防止泄漏電流串入車站；列車到站停穩后，通過站臺門聯動指令，斷開站臺門與大地的連通，閉合與鋼軌的連接，并對連通電流進行監測，再打開站臺門供乘客上下車，從而最大限度地遏制站臺門絕緣薄弱點的“打火”現象，并確保乘客安全；而在列車出發前，站臺門關閉后，開關恢復至正常狀態。

站臺門等電位導通裝置相對于站臺門等電位聯接或不設聯接而言，提供了更加靈活的選擇，可始終保障乘客安全，并可遏制站臺門打火現象，有效降低雜散電流通過站臺門進入車站。

3.4 采用專用軌回流系統

專用軌回流供電系統主要由接觸網授電系統和專用軌回流系統組成。專用回流軌采用絕緣支架獨立安裝，走行軌、站臺門均可與接地網連接，形成等電位體，可從系統角度杜絕回流電流的泄漏，能從根本上解決雜散電流腐蝕問題，站臺門無須再考慮絕緣安裝問題，具有較高的應用價值。

4 結語

綜上所述，地鐵車站站臺門系統的絕緣問題，一直困擾著設計、施工、建設以及運營維護單位。站臺門絕緣性能受地鐵環境的影響很大，很難滿足絕緣要求。本文通過對直流牽引供電系統雜散電流、軌電位、站臺門等電位聯接問題進行分析，提出了在滿足地鐵運營安全要求的情況下，站臺門絕緣問題的改進和解決方案。