沈陽地鐵站臺門系統絕緣問題及改造方案研究

曲 博 吳李剛 張哲晨

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

1 站臺門系統的絕緣問題

1.1 站臺門的絕緣要求

為了改善車站站臺區域的環境質量、保障乘客的安全，GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定新建線路車站宜設置站臺門。站臺門系統安裝在站臺邊緣，通過門體隔離站臺區域與軌行區。全高站臺門與列車之間的間距一般不大于200 mm，乘客在上下車時可能同時觸碰到站臺門門體與列車。

列車在正常運營條件下，站臺處走行軌對地電位不應大于120 V。當走行軌對地電壓超標時，應采取短時接地措施[1]。沈陽地鐵的軌電位限制裝置保護整定值設置為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。當站臺門未做任何絕緣時，乘客存在觸電的可能，輕者導致感官不適，嚴重時可能發生電擊傷害。同樣，當乘客同時接觸列車和站臺時也會存在觸電的可能。所以，現在普遍要求對站臺門進行絕緣安裝，并在站臺鋪設絕緣層，將站臺門與軌道進行連接，使站臺門與列車等電位。

1.2 站臺門的絕緣與等電位設計

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(站臺鋪設絕緣層)，站臺門上部連接件、下部支撐結構及端門結構同土建結構間的絕緣，以及門體相關部件之間(頂箱及地檻等)的絕緣。絕緣阻值標準為不小于0.5 MΩ。

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

2 沈陽地鐵站臺門絕緣現狀

沈陽地鐵站臺門的絕緣在建設期達到了驗收要求，但在運營過程中，絕緣阻值受站臺潮濕環境、土建結構、軌行區粉塵、絕緣的施工工藝、維護保養等多因素影響，其數值動態變化，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套站臺門系統絕緣數據進行重新檢測。每站選取10個測點，共計測量440個數據。根據檢測結果，沈陽地鐵1、2號線有35套站臺門絕緣阻值低于0.5 MΩ，少數嚴重的低于0.1 MΩ或近似于0，站臺門絕緣不合格的車站數量約占80%。

目前，站臺門對地絕緣不良的問題國內普遍存在。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，因絕緣不良而產生的雜散電流不僅會導致電腐蝕反應和打火現象的發生，對設備造成危害，還存在著乘客觸電隱患。雖然少見關于乘客由于雜散電流觸電的報道，但仍需引起重視。

3 站臺門雜散電流分析

3.1 沈陽地鐵現場實際電位差及雜散電流檢測

當站臺門門體與軌道等電位線斷開時，理論上，站臺門門體與列車門體會形成一定的電位差，又由于列車與軌道為等電位，故可認為門體-軌道電壓同門體-列車門電壓相等。通過檢測沈陽地鐵44套站臺門系統在列車進站前、進站停穩時及離站后的電壓發現，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，理論上已經達到了直流電流的痛苦閾值，但未達到致命程度[3]。

當站臺門門體與軌道等電位線連接時，軌道雜散回流通過接軌的等電位線流經站臺門門體內部。跟據現場實際情況，選取了35套站臺門，在列車進站前、進站停穩時及離站后，對站臺門雜散電流進行測量。由實測數據可知，流經站臺門門體的電流最大值可達到43 A。部分車站測量數據見表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)之間電位差的實際影響，進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個人用濕潤的雙手同時接觸站臺門與車體，會形成導電回路。此時，可將人體看作為1個串聯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，測試流經人體的最大電流。為方便測試，試驗選取在高壓變電所進行，并采用在軌道與大地之間串聯1個1 175 Ω電阻的方式模擬。試驗結果見表2。

根據表2可知，在門體完全接地的條件下，當人體電阻為1 175 Ω時,最大雜散電流為25.5 mA，已能使人體感到不適。只有軌道電位達到90 V，導電回路才能導通。計算可得此時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據

表2 沈陽地鐵模擬人體電阻電壓及雜散電流測量數據

3.3 沈陽地鐵站臺門雜散電流對人體的危害

經過測量及論證，現階段沈陽地鐵暫時取消了站臺門與鋼軌的等電位連接線。由于乘客同時接觸站臺門與列車的概率極低且時間很短，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，導致實際上流經人體的電流很小。這使得乘客至今幾乎沒有觸電感。因此，在實際運營中尚未接到關于此類事件的乘客投訴，乘客實際觸電風險較低。但隨著門體對地絕緣進一步老化，絕緣阻值進一步降低，不排除未來有發生乘客觸電風險的可能。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，站臺門系統絕緣改造方案主要有對站臺門外露部分進行絕緣防護處理、斷開站臺門與鋼軌等電位線、更換絕緣地檻、更換或重新鋪設絕緣地板、對金屬門體采用復合材料進行替換等改造方案。

4.2 常見改造方案的詳細對比

對常見絕緣防護改造方案的技術難度、施工可行度、后期維護要求、施工工期、價格因素、壽命等方面進行調研。調研結果見表3。

表3 常見的絕緣防護方案對比

從經濟性、可實施性及后期維護的便利性來看，采用對乘客可觸及部分的門體進行絕緣處理的方案(包括噴涂絕緣漆或貼絕緣膜)比較貼近沈陽地鐵改造實際，可大幅降低乘客候車觸電的風險。

5 結語

隨著運營年限的增加，運營環境和設備老化等因素，會使站臺門存在整體絕緣阻值不斷下降或絕緣阻值不穩定的風險。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。當站臺門門體與軌道等電位線斷開時，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以上即會產生痛感[2]，當電流過大或者電位差過高超出安全閾值時都會導致乘客觸電的風險增高，對運營安全造成危害。

為保障運營安全，有必要確保站臺門絕緣阻值不低于《地鐵設計規范》中0.5 MΩ的要求。當站臺門絕緣阻值低于設計值時，由于缺少切實可行的維護方法，運營過程中難以通過日常的維保恢復該絕緣阻值，只能對站臺門絕緣進行改造。

經過對現有較為成熟的改造方案進行綜合對比，采用站臺門直接接地、并對乘客可觸及部分的門體進行絕緣處理的方案較適合沈陽地鐵。該方案防護比較全面，經濟性較好，實施及后期維護比較方便，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，又滿足地鐵設計規范的要求，同時降低了大電流對人體傷害的風險及乘客正常候車時的觸電風險，能滿足沈陽地鐵現階段對站臺門絕緣防護的需求。