地鐵屏蔽門門體電阻分類及計算方法研究

卜立峰

（廣州市地下鐵道總公司，廣州510380）

目前，就城市交通而言，一方面城市車輛不斷增加，城市交通總量急劇增長；另一方面，城市道路及交通工具的運能不足，又引起交通阻塞、車速下降、車輛安全、乘客擁擠等一系列問題[1]；因此發展城市軌道交通成為必需的路徑，在城市軌道交通發展過程中，屏蔽門作為一個重要的安全設備，在安裝時需要達到行業制定的絕緣標準。站臺絕緣層系統便是屏蔽門工程重要的組成部分之一，本文將就屏蔽門等電位及絕緣系統進行分析。

1 屏蔽門等電位及絕緣系統的組成

屏蔽門在建設前，因為等電位系統直接影響到屏蔽門接軌的各項參數（位置及方式），所以必須向車站提供站臺等電位連接的位置及方式，尤其是當上下行的地鐵站臺均由同一個電源柜進行供電時，站臺屏蔽門系統更應具有相同的電位。

屏蔽門系統的絕緣要求應該滿足城市軌道交通站臺屏蔽門技術規程及地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程。在大氣壓下[2]，屏蔽門絕緣要求與站臺土建結構電氣隔離，環境溫度－5～45℃，相對溫度≤100%條件下，屏蔽門對地絕緣值≥0.5 MΩ；且在絕緣設計時，應避免冷凝現象，影響屏蔽門對地絕緣值。

在屏蔽門與走行軌進行等電位連接后，如果絕緣良好，且過電壓保護裝置（Over－Voltage Protection Device，OVPD）、框架保護不發生故障，則人體安全可以得到保障。由于地鐵站臺的環境受到多方面的影響，如熱影響、受壓、電磁影響等。在屏蔽門安裝使用3個月或6個月以上后，幾乎國內沒有一個城市的地鐵可以達到規定的絕緣要求。國內的研究也提出了新的更為實際絕緣標準，實際施工過程中要求為0.5 MΩ，也有最新的研究提出的檢測標準為0.1 MΩ[3]。由于門體與走行軌相連，走行軌作為地鐵機車供電系統的回流線，具有一定的電壓，所以屏蔽門門體也就具有了與軌道相等的電位。若絕緣達不到要求，不但可能在乘客上下車時產生跨步電壓，還會使供電系統所存在的雜散電流通過屏蔽門絕緣最薄弱的環節，輕者打火，局部甚至可能發生金屬熱熔化，對整個車站建筑結構產生金屬腐蝕，產生嚴重的后果；因此，站臺絕緣層的意義與消防栓等一般無二，其絕緣性能合格與否與公眾的財產安全密切相關。

1.1 絕緣系統的組成

屏蔽門的絕緣系統主要包括：屏蔽門的上部安裝支架與中部、下部系統立柱、站臺表面的絕緣。屏蔽門的絕緣，是保證屏蔽門門體與走行軌道等電位的必要條件。屏蔽門結構與車站之間的接口主要建立在屏蔽門頂箱與外墻的連接、門檻處。見圖1所示。

如圖1，絕緣類型可根據絕緣的不同位置分為3類[4]：① 屏蔽門門體與車站地間的絕緣；② 門扇與面板表面的絕緣；③ 站臺的絕緣。

1.2 等電位系統的組成

等電位系統由頂部等電位總線、底部等電位總線、垂直連接線及接軌線組成。其中頂部等電位總線為包含由銅編織帶連接在一起的頂箱鋁型材料；底部等電位總線為嵌入在不銹鋼門檻上的銅排，這些銅排由附加的銅編織帶進行連接；頂部或底部等電位線通過垂直連接實現等電位。接軌線為95 mm2截面積的銅電纜，其長度不超過3 m。圖2為等電位系統的剖面圖。

圖1 屏蔽門絕緣系統

圖2 屏蔽門等電位原理剖面圖

2 屏蔽門門體電阻分類及計算方法

在《地鐵設計規范》中，要求“屏蔽門應有良好的絕緣和接地，保證乘客安全”[5]。并未明確具體的絕緣數值，且目前國內、外均無相關規定。在我國的屏蔽門建設中，通常工程要求絕緣電阻大于0.5 MΩ[6]。

根據城市軌道交通技術規范，屏蔽門絕緣系統有以下性能指標：① 在站臺絕緣層鋪設后，對各檢測點用500 V DC兆歐表進行檢測，要求每個檢測點對地電阻均要大于0.5 MΩ；② 檢測點以網格狀排列，平行軌道方向間距≤3 000 m，垂直軌道方向不少于2個檢測點；③ 端門范圍內的檢測點不少于6點，以網格狀排列。

針對地鐵等電位系統，在施工過程中，一般有以下要求：①等電位連接點能夠承受持續20 ms的90 k A的瞬時電流；② 屏蔽門結構及等電位體上任一點與接軌點之間的電阻值不能超過50 mΩ。

按照屏蔽門設計規范要求，屏蔽門門體上任意點與走行軌之間的總電阻都要小于50 mΩ，以確保當接觸網發生意外事故時，能夠及時觸發軌道電位過壓保護裝置，且等電位材料要求能夠承受瞬時短路電流（90 k A／20 ms）。屏蔽門門體的等電位布置詳見圖3，根據不同位置的電阻，將等電位電阻主要分為5類。

圖3 屏蔽門等電位電阻類型

（1）整個單元（內部元件）的對角線電阻：設計要求小于35 mΩ，即每一組屏蔽門單元或是單個屏蔽門體連接到頂箱型材上的電阻R1≤35 mΩ。

（2）頂部水平等電位總線電阻R2（包含頂箱鋁型材及銅編織帶，其中頂箱鋁型材截面積為4 000 mm2，銅編織帶截面積為50 mm2），其中，ρAl為鋁的電導率；ρCu為銅的電導率；LAl為頂箱鋁型材長度；SAl為頂箱鋁型材截面積；LCuTop為頂部銅排長度；SCuTop為銅排截面積。有

（3）底部水平等電位總線電阻R3（嵌入在不銹鋼門檻型材內的銅排，截面積為100 mm2，包括50 mm2銅編織帶），其中，LCuBot為底部銅排長度；SCuBot為銅排截面積。有

（4）頂部等電位總線與底部等電位總線在中點處垂直連接電阻R4（銅電纜，截面積須等同于2 mm×95 mm），其中，LTop－Bot為中點處垂直連接銅排長度；STop－Bot為中點處垂直連接銅排截面積。有

（5）屏蔽門等電位總線與軌道的接軌電阻R5假設在車站兩端均采取接軌措施（銅電纜，截面積為95 mm2），其中，LBot－Rail為等電位總線與軌道的接軌銅排長度；SBot－Rail為等電位總線與軌道的接軌銅排截面積。有

因此，可計算出門體至鋼軌總接電阻為

此設計保證屏蔽門系統的安全接軌，在任意電位點與走行軌之間的電阻不超過50 mΩ。由于頂箱使用的金屬鋁，有較好的導電性能（其電阻率為0.028 3 mm2／m）；因此，截面積4 000 mm2的鋁制頂箱可以直接作為頂部水平總線，頂箱間由50 mm2的銅編織帶連接，此方法可以避免使用銅排等導體作頂部等電位總線，有效地降低了實際成本。屏蔽門底部，使用銅排嵌入在不銹鋼門檻上作為等電位總線，其截面積根據能夠承受瞬時短路電流（90 k A／20 ms）選用100 mm2。各段銅排間通過銅編織帶進行連接。最后用2根銅電纜連接頂部等電位與底部等電位總線。門框結構通過銅紡織帶與頂箱材料連接固定屏、雙扇滑動門、應急疏散門、端墻、手動端門的電阻均小于35 mΩ。

3 結 語

本文重點對屏蔽門等電位系統及絕緣系統進行了分析，明確了絕緣系統及等電位系統的組成。根據具體結構，對屏蔽門門體進行了劃分，將門體電阻分為了5種類型。針對等電位連接，將分類后的連接電阻進行了分析計算。根據計算結果，從理論上驗證了地鐵屏蔽門工程設計的門體結構能夠滿足等電位性能的需要，完全能達到設計的要求。所提出的基于結構的電阻計算方法，便于在等電位系統工程施工和測量中進行參考，也為絕緣系統性能測試提供了理論依據。

[1] Furda A，Vlacic L.Towards increased road safety：Real－time decision making for driverless city vehicles[C]／／TX USA IEEE Conference.John E.Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Systems，Man and Cybernetics，2009.SMC 2009.San Antonio，TX，USA IEEE International Conference on.2009.

[2]李 偉，周建平.軌道絕緣測試儀的研究[J].中國鐵路，2004，1（9）：47－49.

[3] 魯 楠，謝 偉，王彥利.地鐵屏蔽門的絕緣電阻問題和解決措施[C]／／中國鐵道學會，城市軌道交通供電系統新技術年會論文集.深圳：中國鐵道學會，2009：169－174.

[4] 馬洪亮.地鐵站臺屏蔽門等電位與絕緣系統研究[J].機車電傳動，2011，7（3）：49－51.

[5] 施仲衡，周慶瑞，鄭曉薇.GB－05157－2003，地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[6] 陳韶章.地下鐵道站臺屏蔽門系統[M].北京：科學出版社，2005：155－158.