地鐵屏蔽門絕緣不良問題分析及處置

魏文宏

（深圳地鐵運營集團有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

隨著城市經濟的快速發展，地鐵作為許多城市交通工具的重要脈絡。很多城市都在努力建設和發展地鐵，但在建設過程中，安裝工藝、施工等情況都會影響站臺門的絕緣性能。同時在后期運營中，受到車站環境濕度、鐵粉的影響，且隨著絕緣部件結構性能的老化，會導致絕緣性能下降，從而造成站臺門絕緣不達標。站臺門絕緣不達標是行業普遍存在的問題，且到目前為止，國內外還沒有能夠從本質上解決站臺門絕緣不達標問題的有效措施，該文針對影響地鐵站臺門絕緣的問題，對站臺門系統機械部分的絕緣性能進行研究分析，對存在的問題進行分析并得到解決站臺門絕緣不良的對策。

1 地鐵屏蔽門絕緣系統

1.1 屏蔽門系統對地絕緣的必要性

由于地鐵列車一般采用直流牽引的供電方式，因此在地鐵運營過程中，地鐵列車在隧道鋼軌運行時會對道床及其周圍介質泄露電流（稱為迷流或雜散電流）。雜散電流會對地鐵周圍的埋地金屬管道、通信電纜外皮以及建筑結構鋼筋造成電化學腐蝕，危害甚大[1]。通常，為了消除該問題，可以采用強制閉合軌電位限制裝置，限制軌電位，但該做法在鋼軌對大地絕緣失效的情況下會造成雜散電流病害，嚴重影響地鐵車站及周邊設備的安全；還可以將屏蔽門與回流軌（鋼軌）等電位連接，具有相同的電位，但屏蔽門門體與鋼軌作等電位連接是需要以屏蔽門（以及站臺地板）絕緣良好為前提條件。當屏蔽門絕緣失效，鋼軌或者地鐵列車與屏蔽門或者車站站臺間就存在跨步電壓，容易造成乘客觸電風險，因此，屏蔽門絕緣必須保證性能良好。

1.2 屏蔽門系統絕緣方法

地鐵屏蔽門系統絕緣主要是由電氣和機械2 個部分組成的，通常來說，電氣部分采用的絕緣處理方式就是安裝隔離變壓器，使屏蔽門電源回路的一次側與二次側的電氣完全絕緣，也使該回路隔離，同時采用銅芯電纜將屏蔽門系統與鋼軌進行等電位聯接。機械部分主要是對門體結構進行絕緣處理，在安裝門體結構的上部、下部的過程中應采用絕緣安裝的方式，即對門體結構的下部和上部等進行絕緣處理（采用絕緣涂層、絕緣墊片和絕緣軸套），且在站臺（大地）設置絕緣層（門體絕緣和屏蔽門站臺側2000mm 范圍內地面裝修層鋪設絕緣地板）。

1.3 屏蔽門系統機械部分絕緣原理

該文主要對屏蔽門系統絕緣的機械部分進行分析，屏蔽門主要是通過安裝于站臺板上的下部絕緣支架和站臺頂梁上的上部絕緣支座，可以將屏蔽門門體與主體建筑進行絕緣隔斷。這樣，每個絕緣支架（座）就相當于一個電阻，整側屏蔽門門體的等效電阻示意如圖1所示。從示意圖可以看出，屏蔽門系統總共由N個等效電阻組成，均采用并聯的連接方式，可知任意一個電阻為“0”時（即任意一個絕緣支座的絕緣失效），屏蔽門系統的總絕緣電阻值為“0”。

圖1 等效電阻示意圖

同時，根據材料絕緣原理，屏蔽門系統機械部分中的結構件絕緣值主要由體積電阻和表面電阻2 個部分構成。（注：體積電阻值與物體的厚度成正比，與物體的橫截面積成反比；表面電阻值與材料的表面性質有關，并隨周圍氣體介質的溫度、濕度等因素的變化而變化）。

2 屏蔽門機械部分絕緣失效原因分析

根據上文的介紹可知，引起屏蔽門機械部分絕緣失效的原因可能有：1）外部環境原因造成絕緣失效，例如裝飾裝修與屏蔽門系統接觸、絕緣地板與屏蔽門地檻間絕緣膠絕緣值不達標等原因。2）屏蔽門門體絕緣構件因絕緣性能下降，導致部件的耐壓能力和爬電距離變小，造成屏蔽門系統出現絕緣薄弱點。

2.1 外部環境因素

影響屏蔽門絕緣值不達標的外部因素：1）其他絕緣強度較低的設備、線路等搭接到屏蔽門門體上，進而影響屏蔽門絕緣值。2）屏蔽門地檻與絕緣帶間的絕緣膠性能的老化，且屏蔽門門體的絕緣構件受到地鐵車站環境濕度、鐵粉和鐵屑的影響，造成絕緣性能下降。3）前期建設安裝施工質量差，例如在鋪設站臺絕緣層時，為了趕工，導致第一層絕緣墊刺破或者缺失、屏蔽門地檻與絕緣地板之間間隙不夠等。

2.2 屏蔽門門體絕緣構件性能因素

2.2.1 下部立柱絕緣失效分析

一般來說，屏蔽門門體下部主要通過使用表面絕緣涂層的下部支架，并在門體立柱與下部支架間墊絕緣片的方式，對下部立柱進行絕緣，使門檻的金屬部件與車站土建結構絕緣。結合現場使用情況來看，門體立柱與下部支架間絕緣片厚度不足，下部支架與站臺絕緣層僅依靠下部支架表面涂層將兩者隔離，從設計角度看，下部支架設計存在明顯的不合理。另外，下部支架表面的絕緣涂層在經歷安裝、建設以及后期維護后，或多或少的存在表面涂層破損，這也是導致下部支架絕緣性能下降的重要因素。

2.2.2 上部支架絕緣失效分析

屏蔽門上部支架通過連接件與上部支撐板連接，在連接件與上部支撐板采用絕緣軸套和襯墊實現屏蔽門門體與上部建筑結構的隔離，而在現場的實際使用過程中，發現調整門體立柱的連接件處的絕緣墊存在裂紋、且表面有缺口的問題，一定程度影響了上部支架的絕緣性能。

3 屏蔽門機械部分絕緣整改方案

3.1 整改思路

屏蔽門機械結構部分絕緣主要由下部支架絕緣構件、底側部絕緣部件、上部支架絕緣構件及站臺絕緣地板4 個部分組成。因此，為解決屏蔽門絕緣不良的問題，主要考慮以下2 種整改思路：1）采用新型材料＋貼膜的方式將屏蔽門隔開絕緣。將下部支架絕緣構件替換為采用由高分子復合絕緣材料構成的門型材、不銹鋼或鋁合金的門檻面板和屏蔽門下部支架。同時，考慮在上部支架頂箱蓋板貼高分子復合絕緣膜，使門體頂箱與周邊的設備、管網完全絕緣。2）優化上、下部支架構件結構，采用“雙層隔離”將屏蔽門隔開絕緣。針對下部支架絕緣構件，將屏蔽門門體下立柱與下部支架、下部支架以及預埋鋼結構之間采用PBT 絕緣套進行隔離，增加爬電距離。將原有的立柱與下部支座之間的一處絕緣變成下部支架上部和下部兩處絕緣隔離。同時，在上部支架絕緣構件處通過在屏蔽門上部支架連接件與門體立柱連接件間的金屬塊處增加PBT 絕緣襯套與絕緣墊片，使連接件與上部支撐板處的絕緣點形成“二次”絕緣隔離，達到絕緣的效果。

從上述兩者方案的可行性、經濟性以及后期維護3 個角度對其進行對比分析，詳見表1，最終選擇方案2 優化上、下部支架構件結構，對采用“雙層隔離”將屏蔽門隔開絕緣的方式進行整改。

表1 2 種方案可行性、經濟性及后期維護對比

3.2 下部立柱整改方案

針對門體下部立柱支架表面絕緣涂層破損、支架頂部絕緣片厚度不夠以及爬電距離偏小的問題，通過在下部支架上、下2 處增加絕緣分斷的方法解決問題，即增加門體下立柱、下部支架與預埋鋼結構之間的爬電距離，同時，將優化下部支架尺寸，以便于安裝。

通過在門體下立柱與下部支架、下部支架與預埋鋼結構之間采用絕緣套、絕緣墊片進行隔離，產生2 處絕緣分斷面，將這2 處絕緣分斷面進行串聯，就形成了“二次”絕緣分斷（如圖2 所示）。同時，在門體下立柱與下部支架間采用傘狀結構的絕緣套，使導電介質難以貫通，提高了立柱與下部支架間的爬電距離，且濕氣、鐵粉和粉塵不易附著在表面，提高了抗濕、抗污染的能力。

圖2 下部支架二次絕緣結構示意圖

3.3 上部支架整改方案

針對門體上部支架的絕緣軸套和襯墊、連接件表面的絕緣涂層絕緣性能下降的問題，現采用在連接件的長螺栓處與金屬塊之間增加絕緣襯套與絕緣墊片的方式，形成了連接件與門體立柱間的第二處絕緣，與原有的連接件與上部支撐板間的第一處絕緣產生“二次”絕緣隔離的效果，使門體立柱與上部支架隔離，如圖3 所示。

圖3 上部支架二次絕緣結構示意圖

3.4 方案優點

該方案采用對屏蔽門上、下部立柱進行“二次”絕緣分斷的方式，有效增大了屏蔽門門體與土建結構的絕緣電阻。其絕緣電阻等效示意圖如圖4 所示。由此可知，該方案的優點有3 個：1）上部支架與下部立柱的絕緣阻值增大，屏蔽門系統的總絕緣阻值增大。2）只有在上部立柱或者下部支架的2 處絕緣結構失效時，才會造成屏蔽門絕緣失效。3）當絕緣下降時，可以通過分別測量下部支架對立柱和對地、上部支架對立柱和對地絕緣，有效快速地找準絕緣性能下降的地方。

圖4 整改后等效示意圖

4 結語

該文主要分析屏蔽門機械部分絕緣構件，對屏蔽門下部立柱進行“二次”絕緣分斷和在上部支架新增絕緣結構的方式，增大了門體下立柱與下部支架、下部支架與預埋鋼結構、連接件與金屬塊之間的絕緣套（絕緣軸套）的厚度，即增大被絕緣套（絕緣軸套）隔離的金屬結構間的爬電距離，增加了屏蔽門門體與土建結構的絕緣電阻，且在門體上部、下部都形成有效的“二次”絕緣。

因此，該整改方案優點如下：1）下部支架結構優化，避免絕緣件被屏蔽門周邊的復雜環境污染和破壞，導致絕緣性能下降甚至失效的情況。2）屏蔽門系統的總絕緣阻值增大。3）上、下支架均為“雙層絕緣”結構，有效防止因某一處絕緣結構絕緣失效而造成屏蔽門絕緣失效。4）能夠有效快速地找準絕緣性能下降薄弱點，并降低了下部立柱與上部支架安裝時的工藝要求。

下一階段須進一步研究分析如何有效保證站臺絕緣帶良好的絕緣性能。相信隨著地鐵行業相關人員在理論和實際運用中的不斷探索、研究和總結分析，地鐵屏蔽門系統絕緣、接地的問題將會得到解決，極大地提高地鐵運營的可靠性和安全性。