地鐵站臺門等電位連接的解決方案分析

楊嘉約

(廈門軌道交通集團有限公司 福建廈門 361102)

0 引言

受施工工藝水平限制、現場施工及運營環境影響，目前已開通運營的地鐵站臺門系統的門體絕緣普遍難以完全滿足《地鐵設計規范》，站臺門的絕緣薄弱點主要集中在上下部跟結構連接的地方。為了提高站臺門的絕緣效果，業界也嘗試過幾種加強絕緣的方案，如在上部牛腿和下部支撐底座刷絕緣漆或襯塑、在門檻下增加絕緣襯板等措施，并加強施工過程安裝工藝的控制等，但都收效甚微。目前部分城市已開始嘗試站臺門整體絕緣的方案，其絕緣效果肯定能得到較大改善，但整體絕緣采用的是非金屬的結構方案，其抗風壓強度、耐腐蝕及耐老化等方面的性能如何仍有待觀察和考驗。就目前站臺門的門體絕緣效果不良的情況，行業內對站臺門與軌道等電位連接線是否連接的問題存在較多爭議：若在站臺門門體絕緣不良情況下進行等電位線連接，將導致站臺門帶電，存在站臺門與外部金屬部件打火的安全隱患；若不連接，在軌電壓較大時，乘客上下車的時候存在產生跨步電壓的風險。針對這個問題，每個城市的做法不太一樣，目前連接的城市主要有廣州、深圳等，不連接的城市居多，如北京、上海、廈門、石家莊、合肥等。廈門地鐵1號線開通運營將近3年，由于站臺門的絕緣值也不太理想，故自開通以來，站臺門與軌道的等電位連接線一直未接通。雖然未發生過相關事故，但是隨著運營時間的推移，站臺絕緣值的進一步下降，相關風險始終不可免除。

1 問題研究分析

根據《地鐵設計規范》要求，正常情況下人體可觸及的站臺門金屬構件應于車站結構絕緣，站臺門與鋼軌應采用單點等電位連接，站臺門門體與車站結構之間的絕緣電阻不應小于0.5MΩ[1]。為解決站臺側人員觸電的問題，目前站臺門前的地面裝修層下都會鋪設有一定寬度的絕緣層，門體立柱及面板均貼有絕緣膜，基本可有效排除站臺側人員因觸碰站臺門金屬部件而觸電的隱患。但等電位連接產生打火和不連接產生跨步電壓的問題一直沒能得到有效平衡。

1.1 跨步電壓問題

根據車輛牽引系統，由于鋼軌是回流軌，為避免直流電源對結構鋼筋、金屬設備及材料的電腐蝕，鋼軌需與地絕緣，因此鋼軌與地間存在電位差[2]。若站臺門門體絕緣效果較好時，即使不接等電位線，車輛與站臺門存在的電位差較小，就不存在跨步電壓的問題。影響站臺門絕緣的主要因素有：在工程實施過程中，由于地下車站濕度和粉塵較重，現場施工環境較糟糕；由于工期緊張，多工序、多專業間交叉作業，機電及裝修管線與站臺門容易存在搭接情況；地下車站站臺門安裝處難免存在滲漏水問題；地鐵運營會產生很多電氣粉塵，而污染站臺門的絕緣件[4]。諸多因素疊加，導致站臺門的本體絕緣效果難以得到保證，甚至無絕緣值。在此情況下，若站臺門不與鋼軌進行等電位連接，列車與站臺門間可能存在較大電位差，當此電位差超出人體耐受電壓時，將使乘客感到不適甚至危及乘客安全。解決此問題的有效方法是將鋼軌與站臺門進行等電位連接[3]，具體原理示意圖如圖1～圖2所示。

圖1 車輛牽引回流示意圖

圖2 列車站臺門位置關系圖

1.2 打火問題

若站臺門與鋼軌進行長時間的等電位連接，站臺門成了帶電體，當軌電壓較大且機電及裝修金屬材料與站臺門金屬部件間的間隙較小(小于爬電距離)時，容易出現打火現象。

綜上所述，等電位連接線成了一把雙刃劍。跨步電壓產生只有在乘客上下車時才會產生，持續時間較短，而打火問題是在等電位連接且爬電間隙較小時才產生，故可以通過控制等電位連接線的通斷來解決上述兩個問題，即在乘客上下車時進行等電位連接，否則斷開等電位連接。

2 解決方案及系統介紹

2.1 系統原理

控制等電位連接線的通斷是作為解決站臺門絕緣衍生問題的突破口，其原理如圖3所示。

圖3 原理圖

(1)在無車輛停靠的情況下：通過接受站臺門聯動指令，中間繼電器KA1失電，KM1得電，站臺門與鋼軌的等電位連接線上的常閉觸點斷開，即等電位連接斷開，防止軌回流串入車站，確保站臺門不帶電，避免打火的同時，避免站臺側候車乘客觸電的危險。

(2)在車輛進站停靠時候存在兩種情況：當列車進站停穩后，通過接受站臺門聯動指令，中間繼電器KA1得電，KM1失電，站臺門與鋼軌的等電位連接線上的常閉觸點閉合，即等電位連接導通，站臺門與車輛處于等電位，避免了跨步電壓的風險。

(3)該方案從站臺門系統PSC的站臺門開關狀態繼電器獲取站臺門開關狀態，來覺得接觸器的開合，即站臺門開門時，等電位連接線導通，站臺門關閉時，等電位線斷開。

(4)該方案可配置相關檢測模塊及物聯網模塊，建立數據處理中心及物聯網單元，可監測等電位連通時站臺門對地的電位差和導通電流值，根據改數據可判斷站臺門的絕緣情況。當導通電流值較大即站臺門絕緣值較低時，立即通過短信/應用消息推送方式發送消息給運維人員，及時對站臺門進行維護處理。

2.2 系統構成

系統由數據處理中心、系統供電單元、邏輯控制單元、等電位控制切換單元、物聯網單元構成、數據檢測單元。數據處理中心可全線共用一套，安裝于長期有人值守的值班室，如車控室；邏輯控制單元、系統供電電源、等電位控制切換單元、物聯網單元構成每個車站一套，安裝在站臺門控制室；數據檢測單元每個車站兩套，分別檢測上下行站臺門的對地電壓及等電位線導通電流，安裝在站臺門控制室內；系統供電單元、數據檢測單元、邏輯控制單元、等電位控制切換單元、物聯網模塊集成安裝在一個設備柜內。

(1)數據處理中心

數據處理中心可為本地服務器，同時配置云端服務器，收集、處理、分析并備份相關數據。

(2)系統供電單元

系統供電單元由相關電源模塊構成，將AC220V電源轉換為各模塊供電的直流電源。

(3)邏輯控制單元

邏輯控制單元主要由PLC、繼電器、接觸器組成，可按照預設邏輯控制等電位線的導通和斷開。

(4)數據檢測單元

數據檢測單元由電壓互感器、電流互感器等構成，檢測站臺門與軌道相對于地的電位差及等電位連接線導通時的電流。

(5)物聯網單元

物聯網單元主要由數據通信模塊及終端組成，當系統檢測的數值超過預設報警值時，在值班室發出報警提示值班人員的同時，向相關維保人員和主管領導的手機等終端發送報警信息。

2.3 系統參數

系統供電單元由開關電源構成，將AC220V電源轉換為各模塊供電的直流電源。

(1)適應環境：溫度-25℃～50℃，濕度0～95%；

(2)電壓測量范圍：0～DC250V；

(3)電流測量范圍：0～100A；

(4)控制器耐流值：50A；

(5)防護等級：IP31；

(6)設計壽命：核心設備無故障運作次數大于60萬次；

(7)輸入電壓：AC220V；

(8)功率：100W。

3 結語

本解決方案雖然無法從根本上解決站臺門的本體的絕緣問題，但是可靈活控制等電位連接線的通斷，較好地降低了乘客上下車產生跨步電壓的風險，并最大限度地降低了地鐵車站打火的概率，兼顧了地鐵站臺門等電位連接線連與不連的優點，是目前站臺門等電位連接問題較有效的解決方案。