城市軌道交通站臺門接軌及絕緣相關問題探討

舒駱鵬

（金華市金義東軌道交通有限公司，浙江金華 321000）

1.接軌及絕緣的由來

（1）接軌：地鐵列車一般采用直流牽引供電系統，并把行走軌作為回流軌，直接連至牽引變電所[1]。為減少雜散電流對土建結構鋼筋的影響，鋼軌與大地間要求是絕緣的，故車輛與大地間存在電位差，供電系統在牽引變電所及車站內設計有軌電位限制裝置，監視鋼軌與地之間的電壓，如電壓超過一定值（一般設置為DC90V或DC120V），軌電位限制裝置將動作，將鋼軌接地，并實時監測鋼軌與地之間的電流，當電流低于預定值時，軌電位裝置自動復位，斷開與地的連接。如站臺門不與鋼軌連接，當列車停車時，站臺門門體結構與車體間存在電位差，乘客上、下車或乘客身體同時觸摸到站臺門及車輛時，將有觸電的可能，這也是大部分軌道交通站臺門設計要求接軌的主要原因。

（2）絕緣：當站臺門與鋼軌等電位連接后，站臺門與大地之間相當于有了電位差，若不對站臺門門體與站臺進行絕緣安裝，供電系統的回流將會通過站臺門流至大地，腐蝕車站主體結構鋼筋，根據《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》中規定，地鐵的雜散電流（迷流）對城市建筑和地鐵本身具有較大的腐蝕作用，為限制地鐵雜散電流，降低與消除其不利影響，必須采取防護措施。因此，站臺門與站臺板須進行絕緣安裝。另外，考慮到在站臺上候車的乘客會接觸到站臺門門體部分，存在觸電的可能，所以自站臺邊緣起向內1m范圍內的站臺地面裝飾層以下應設置絕緣層。目前國內軌道交通站臺門門體上部、下部安裝通過絕緣套與土建絕緣，然后站臺門門體與鋼軌通過等電位電纜連接，實現門體、車輛同一電位[2-3]。

2.接軌及絕緣的存在問題

目前幾乎所有國內軌道交通線路站臺門均采用以上接軌與絕緣方案，即站臺門與鋼軌等電位、站臺門在站臺絕緣安裝，并且敷設絕緣層的方案，但從工程實際施工、運營、使用的情況看，國內大部分線路站臺門的絕緣均不理想，在安裝初期絕緣值是可以達到0.5MΩ，但由于絕緣件不可避免需裸露在外，且需要一定的承受能力，而軌行區實際運行環境比較惡劣，存在大量的粉塵等污染，導致絕緣件絕緣值不斷下降，甚至有些完全失效[4]。

而絕緣一旦失效，就可能導致乘客在上、下車的過程中，軌電位可以經人體進入車站站臺，最終回流至變電所負極，形成雜散電流。雜散電流正常情況下對普通人群不會造成傷害，但對于少部分特殊人群，例如帶有心臟起搏器的人群將可能造成傷害。同時門體接軌后，兩者形成等電位，即相當于門體本身帶電，當站臺門周邊的其他金屬材料（如金屬橋架、吊頂龍骨等）與門體結構距離小于爬電距離時，將出現放電打火的現象。這在各地城市軌道交通均出現過此情況，存在一定的安全隱患，并可能導致不明情況的乘客恐慌、投訴。

分析站臺門絕緣性能下降的原因有以下幾點。

（1）熱影響：列車進站停車時，車輛底部及上部有大量熱能排出，排熱部位與站臺門絕緣位置接近，隨著溫度升高，站臺門與車站結構間的絕緣件變軟，其抗剪切力逐步散失。當溫度超過絕緣件的閥值時，會導致絕緣件壽命變短，甚至發生絕緣體碳化、破裂的情況。

（2）電磁場影響：站臺門絕緣材料會受到來自列車、接觸網或接觸軌等產生的電磁場時，絕緣材料的表面和內部空隙會發生發電。反復多次放電所產生的離子電弧和離子運動將逐步腐蝕絕緣材料，使其絕緣性能逐步下降。

（3）其他因素影響：軌行區的鐵粉、灰塵、腐蝕氣體、附著的油類也會加速站臺門絕緣件老化，尤其是鋼軌與列車摩擦產生的鐵粉，極易附著在絕緣件上，導致絕緣性能下降。

3.接軌及絕緣的建議措施

鑒于目前站臺門絕緣方案及實際運用存在一些問題，并且導致絕緣性能下降的因素難于控制，有必要對站臺門系統接軌及絕緣的方案進行重新考量，轉換思路，從根本上解決問題。

解決站臺門接軌與絕緣問題的核心是解決站臺門與列車的電位差的問題，而鋼軌作為回流軌的特性決定了必然帶軌電位。解決此問題可采取兩個方案：供電設置專用回流軌，即“第四軌”和站臺門采用整體式絕緣方案。

3.1 供電系統設置專用回流軌，即“第四軌”

采用專用鋼軌回流，則車輛不帶電壓，站臺門門體無需與鋼軌進行等電位連接，而通過接地端子連接車站接地網，乘客上下車時不會存在跨步電壓。

站臺門無需進行絕緣設計及安裝，站臺側地面、端門內外地面及墻面不再需要進行絕緣處理，站臺側吊頂及其上方的管線等由于均接地而無需與門體結構保證50mm以上的間隙。自此，站臺門不再受運營后絕緣下降、與周邊管線、天花打火的問題困擾。

綜上所述，采用專用鋼軌回流方案將大大簡化站臺門的絕緣、接地設計方案及實施難度，解決了站臺門的絕緣消失或下降帶來的運營風險問題，同時解決了門體周邊天花及管線打火問題。因此，采用專用鋼軌回流方案對于站臺門系統有著非常積極的作用。

但采用專用鋼軌回流方案涉及到供電專業的方案變化以及增加供電造價，需根據項目實際情況全盤統籌考慮。

3.2 站臺門采用整體式絕緣方案

如果不設置專用回流軌，為徹底解決站臺門的打火與絕緣問題，站臺門可考慮采用新型整體式絕緣方案。從根本上解決站臺門的絕緣問題就得從其本身材質的絕緣性出發，改變以前局部安裝絕緣件的處理方式，使站臺門作為一個獨立絕緣體來屏蔽站臺區域和軌行區域。

3.2.1 具體方案

站臺門不再與鋼軌連接，頂箱內電氣設備通過接地端子排與車站大地連接，而門體結構采用絕緣的非金屬復合材料制作而成，包括站臺門門體上下連接件、頂箱蓋板、立柱及包板、門檻、踢腳板、應急門和端門的推桿、所有門體的門框等乘客和站務人員有可能接觸到的站臺門門體的各個部位構件。采用復合材料制作的各個部件，絕緣性能穩定持久。

3.2.2 整體式絕緣門體結構的特點

（1）經過高溫、鹽霧等系列測試，復合結構門體絕緣值可滿足0.5MΩ的要求，滿足軌道交通的使用環境要求。

（2）經加速老化測試，復合材料的壽命可達到站臺門整體壽命30年的要求。

（3）采用共擠工藝成型的復合材料立柱型材、門檻型材、門框型材的金屬厚度與傳統方案一致。經受力分析及實驗測試，復合材料的結構強度完全滿足站臺門的設計和使用要求。

3.2.3 整體式絕緣方案的優點

（1）采用整體復合絕緣方案后，可以取消站臺門至鋼軌的等電位連接電纜，阻斷了一條可能的雜散電流通路。

（2）采用整體復合絕緣門體后，門體結構可以不需再做絕緣處理而直接和站臺土建結構連接，在保證絕緣效果的同時大大簡化了站臺門的安裝工藝。

（3）可以從根源上杜絕由于站臺門帶電所引起與周邊金屬材料打火的情況，保證乘客和站務人員的人身安全，消除了對運營安全的隱患。

4.總結

現有的站臺門絕緣安裝方式，供電設置專用回流軌及整體復合絕緣門體結構的方式，從電氣原理和技術角度分析均是合理的。但供電設置專用回流軌方案和整體復合絕緣門體結構形式是解決目前接軌和絕緣存在問題的一種新思路和解決方案的嘗試。后續可根據新方案的試點測試情況及項目實際選取相應的方案，保障城市軌道交通的運營安全。