城市軌道屏蔽門系統的站臺絕緣安裝研究

祝建成，陳樹亮

（1.北京城市快軌建設管理有限公司，北京 100027；2.中鐵電氣化勘測設計研究有限公司，天津 300250）

城市軌道屏蔽門系統的站臺絕緣安裝研究

祝建成1，陳樹亮2

（1.北京城市快軌建設管理有限公司，北京 100027；2.中鐵電氣化勘測設計研究有限公司，天津 300250）

隨著城市軌道交通建設的快速發展，為乘客提供便捷性和安全性的乘車環境越來越重要，本文以車站的系統絕緣設計要求為出發點，對城市軌道交通屏蔽門系統的絕緣接地進行了詳細分析，對站臺層絕緣設置與鋼軌電位限制裝置（OVPD）之間的關系進行了研究，在此基礎上進行了新型的智能鋼軌電位限制裝置設計，該裝置不僅實現了動作時間為nS級，且有效減少了鋼軌電位限制裝置動作次數，較好地解決了屏蔽門系統的站臺絕緣，從而為地鐵安全運營提供保障。并于2012年應用于臺灣地鐵內湖線，安全穩定運行至今。

鋼軌電位限制裝置；絕緣接地；站臺層絕緣；屏蔽門

針對屏蔽門站臺絕緣安全性的問題，對站臺絕緣的后備措施鋼軌電位限制裝置 （OPD）V的工作原理及應用進行了深入的研究，提出了新型的智能鋼軌電位限制裝置設計，該裝置不僅實現了屏蔽門系統直接接地，而且減少OVPD的動作和繼電保護裝置的動作時間，以及鋼軌電位限制裝置動作次數，盡而為城市軌道交通安全運營提供保障。

1 鋼軌電位限制裝置的工作原理及隱患分析

地鐵屏蔽門門體系統整體絕緣未完全達到要求時，需增加防護措施，因此引進鋼軌電位限制裝置來保證人體安全。鋼軌電位限制裝置的整定參數可按照人體耐受曲線選取，更能適應在門體漏電等情況下的防護要求。鋼軌電位限制裝置通常安裝于車站變電所內，組成部分主要分為晶閘管回路、測量和操作回路、接觸器、信號接口端子、保護裝置、狀態顯示等，一般采用戶內型。工作原理如圖1所示。當供電區沒有車輛行駛時，直流牽引系統運行正常情況下，鋼軌對地電位為零；當供電分區有車輛行駛或發生短路故障時，由于鋼軌對地泄漏電阻的存在，鋼軌電位快速升高，當鋼軌電位達到一定值時，鋼軌電位限制裝置迅速動作，將鋼軌與接地網短接，從而降低了鋼軌電位，保護了車站旅客的人身安全。保護動作設置如下：（1）鋼軌電位限制裝置為接觸器（帶晶閘管）短路裝置，在正常情況下直流接觸器的觸頭是斷開的。在非正常情況下，通過三級電壓檢測系統控制短路裝置與大地有效短接。采用閉環控制，即使在輔助電源失去情況，也可以保持將鋼軌與大地短接，以保障人身安全。一旦電源恢復，短路裝置將恢復斷開；（2）當鋼軌電位限制裝置差U >120 V 時，雙向晶閘管快速導通，隨后接觸器動作，短接觸頭閉合；（3）當鋼軌電位限制裝置90 V < U < 120 V時，接觸器動作，短接觸頭閉合。動作后根據不同的電流情況判斷接觸器是否閉鎖（短路觸頭閉合）。

圖1 軌道電位限制裝置工作原理示意圖

根據上述的工作原理和《軌道交通技術規范》中規定，“在正常運營條件下，正線回流軌與地之間的電壓不應超過DC90 V”，鋼軌電位限制裝置的動作電壓一般設置為DC90 V左右。因此，可能導致城市軌道交通車輛外殼存在直流90 V的電壓差。為了保證屏蔽門的剛度和強度，屏蔽門的框架結構采用的易導電的金屬材料（通常大部分地鐵站臺屏蔽門采用不銹鋼，部分站臺屏蔽門采用鋁型材），當乘客上下車過程中，可能會同時接觸到列車外殼和屏蔽門框架，由于列車車體的外殼可能存在90 V電位或DC120 V（有一個牽引所解列，由相鄰牽引變電所構成“大雙邊”供電時），使得車體與屏蔽門間會出現電位差。因此，乘客在站臺候車或者上下車過程中身體的某兩點存在電位差，人體中就會相應產生直流電流，根據GB/T 13870.1-92《電流通過人體效應》可知，電位差90 V人體的電流小于100 mA，不會對乘客人身造成致命性傷害，但乘客會有明顯的觸電感。在這種情況下，屏蔽門門體與車站結構之間采用不小于電阻為0.5 MΩ的絕緣安裝，但在實際安裝很難達到屏蔽門對地絕緣電阻也能達到這一值。通用采取將屏蔽門門體與鋼軌進行等電位聯結，消除屏蔽門與列車門體之間的電位差。該做法雖然在一定程度上避免了乘客上下車過程中，在屏蔽門門體與列車門體之間產生的電位差。但是如果絕緣安裝沒有達標或出現站臺絕緣層破損的情況下，屏蔽門門體對地之間會產生電位差，加大了乘客可能觸電的危險性，同時雜散電流也通過屏蔽門可能腐蝕車站的建筑結構。因此，對于三軌供電制式，屏蔽門門體系統與走行軌之間設置等電位連接的方式并不能完全解決乘客觸電的安全隱患，某種程度上反而會增加觸電安全隱患。此外，當鋼軌電位發生框架泄漏故障（即OVPD承受短路電流最嚴重的情況）時，從啟動框架保護到本所交流側斷路器及直流斷路器全部跳閘的時間約為120 ms ～ 170 ms, 而接觸器的動作時間約為150 ms ～ 200 ms。因此，晶閘管承受的時間為OVPD 晶閘管回路導通后一直到接觸器回路合閘的時間，晶閘管承受的時間過長容易產生安全隱患。

2 鋼軌電位限制裝置的改進設計

通過對鋼軌電位進行系統研究，提出了智能鋼軌電位系統，其優點主要體現在：（1）采用本系統后，屏蔽門系統可以直接接地，無需做絕緣處理；（2）減少鋼軌電位限制裝置動作次數，減少OVPD故障。

2.1 智能鋼軌電位系統工作原理

智能鋼軌電位系統與常規的鋼軌電位限制裝置不同，組成部分主要分為主接觸器、低壓限制器、隔離變送器、控制器等，工作原理如圖2所示。

該系統與常規的鋼軌電位限制裝置不同，通過與機車信號系統的關聯，自動識別是否有列車在車站內，若站內無車，則閉鎖鋼軌電位限制裝置的動作；若站內有車，則根據回路監測電壓情況進行智能判斷是否動作如下：

（1）列車進站后，信號系統會把列車進站信號發送至屏蔽門系統，由屏蔽門系統給鋼軌電位限制裝置站內有車命令信號，上下行分別給出，具體為屏蔽門開啟時，該接點斷開，即門開啟過程中以及屏蔽門打開后接點斷開并保持，當屏蔽門完全關閉且鎖緊后，此信號接點閉合；（2）當屏蔽門完全關閉且鎖緊后，給出一對關門信號，接點閉合，延時后復歸，此信號上下行分別給出。

2.2 智能鋼軌電位系統動作邏輯判斷

當檢測到鋼軌與大地之間電壓滿足：當鋼軌與大地之間電壓U> 120 V時，鋼軌電位限制裝置動作過程如下：（1）低電壓限制器（HVL）快速導通，將軌道電壓鉗制與地電位相同；（2）接觸器動作，增強回路的電流泄放能力。

當鋼軌與大地之間電壓60 V < U < 120 V時，鋼軌電位限制裝置動作過程如下：（1）當車站有車進入時，信號系統向鋼軌電位限制裝置給出“站內有車”信息，此時接觸器動作，將軌道電壓強制鉗制與地電位相同；當列車駛出車站后，鋼軌電位限制裝置檢測“站內有車”信號消失，則系統根據回路電流情況自動復歸。（2）當車站無車時，閉鎖鋼軌電位限制控制邏輯，禁止合閘。

當鋼軌與大地之間電壓U < 36 V 時，系統認為電壓在安全范圍內，對人體無傷害，則不動作。

鋼軌電位限制裝置動作后，接觸器觸頭是否返回判據如下：（1）當I > 1 000 A時，發出口指令，告警；閉鎖鋼軌電位限制裝置復歸出口，禁止復歸。

（2）當100 A < I < 1 000 A時，閉鎖鋼軌電位限制裝置復歸出口，待電流消失后允許復歸；

（3）當電流50 A < I < 100 A時，接觸器觸頭閉合10 s后斷開，若電流持續20 s，則接觸器觸頭再次閉合，禁止復歸，待電流消失后允許復歸。

智能鋼軌電位系統不僅有效地解決了在列車進站后乘客上下車時，鋼軌（負極）與站臺、屏蔽門（地）之間存在的電位差，而且改進后的OVPD裝置動作時間實現了nS級。

圖2 智能鋼軌電位限制裝置原理示意圖

責任編輯 方 圓

3 結束語

本文在對屏蔽門系統的站臺絕緣安全性進行分析的基礎上，對站臺層絕緣設置與OVPD鋼軌電位限制裝置之間的關系進行了研究，并改進設計了新型的智能鋼軌電位限制裝置。改進后的OVPD裝置不僅實現了動作時間為nS級和減少鋼軌電位限制裝置動作次數，而且屏蔽門系統可以直接接地，無需做絕緣處理，為地鐵安全運營提供保障。該系統于2012年應用于臺灣地鐵的內湖線，安全穩定運行至今，有效地解決了站臺屏蔽門的絕緣問題。

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Insulating installment for Platform Screen Door System of Urban Transit

ZHU Jiancheng1, CHEN Shuliang2
( 1.Beijing City Rapid Rail Construction Management Co. Ltd. Beijing 100027, China; 2.China Railway Electrif i cation Survey Design & Research Institute Co. Ltd, Tianjin 300250, China )

With the rapid development of Urban Transit, it was more and more important to provide convenience, safety and riding environment for passengers. This paper was started from the requirement of system insulating design, analyzed the insulated grounding of Platform Screen Door System in detail, and the relationship between the insulated installment and the over-voltage protection (OVPD) was studied, and a new type of intelligent rail OVPD device was designed. The device not only implemented the movement time and the action time for class ns, but also reduced the action times, as well as provided protection for the safe operation. The new type of OVPD was put into operation at Neihu subway project in Taiwan, and the operation has been safe and reliable up to now.

rail over-voltage protection device; ground insulation; platform layer insulation; platform screen door

U231.6∶TP39

A

1005-8451（2014）07-0062-03

2014-01-13

祝建成，工程師；陳樹亮，工程師。