地铁屏蔽门绝缘分析

摘要： 本文介绍了屏蔽门绝缘要求，分析了绝缘下降的原因即处理方案。在诸多现有运营地铁都存在屏蔽门绝缘问题，国外地铁对屏蔽门绝缘问题已加以重视，并采取了相关措施；国内屏蔽门起步较晚，发展速度较快，对绝缘问题考虑不深，为保障运营正常有序，屏蔽门绝缘问题应得以重视。

关键词：1屏蔽门系统；2绝缘电阻；3绝缘下降原因；4解决方案

1.地铁屏蔽门绝缘要求

1.1地铁屏蔽门简介

随着世界轨道交通的发展，其有效缓解城市交通压力，其土地、运能、节能、环保、安全等方面具有其他交通方式无法比拟的优越性，但运营管理与维护费用高是它的不足之处，而且最让运营管理者头痛的还是安全问题，特别是有意无意的落轨事故时有发生。据有关资料报道，以前英国伦敦地铁整个系统平均每年发生150起左右与地铁相关的安全事件。

如何防止乘客落轨事故，和杜绝乘客进入轨道，单纯的靠加强管理是做不到的，人们在寻找将候车乘客与轨道有效隔离的办法，于是就出现地铁屏蔽门这一产物。1981年最早由日本开发出来的屏蔽门系统，应用于日本Portoland线。随着地铁的发展，屏蔽门系统的功能也在不断增加，由单一为安全考虑发展到既考虑安全，又考虑舒适美观和节能环保。1988年新加坡NEL线首次采用了全封闭式屏蔽门系统。

到今天，国外已有不少城市如伦敦、吉隆坡、新加坡、曼谷地铁等等纷纷采用了屏蔽门系统，并取得良好的运行效果。国内的部分城市如广州、上海、北京、天津、深圳、南京、重庆、沈阳等城市也已开始安装屏蔽门系统。地铁屏蔽门按其功能可分为两大类：闭式和开式，闭式屏蔽门也是我们通常所说的屏蔽门，开式屏蔽门即我们通常说的安全门，安全门又有全高和半高两种。南京地铁由于通风模式为一个系统不同，因而采用安全门或屏蔽门系统。

1.2地铁屏蔽门绝缘原理

地铁屏蔽门绝缘前必须保证门体之间的等电位连接可靠，安装在屏蔽门门体上的设备的金属外壳及金属保护管与门体等电位，每侧屏蔽门门体在一点与钢轨连接，即要求与钢轨保持等电位。 与钢轨等电位原由主要为乘客在上车/下车时可能同时碰到屏蔽门的结构和车身。如果屏蔽门和车身的电位不一致，乘客就会受到伤害。因此，保证屏蔽门结构与列车车身保持同电位。通过屏蔽门与车身间的绝缘和接地系统来达到等电位的目的。等电位连接在全高屏蔽门与半高安全门之间存在不同。

1.2.1全高屏蔽门门的等电位连接

门体内部进行等电位连接，通过连接导线把立柱和踏步板、立柱和固定门、立柱和应急门连接，通过连接导线把门体顶箱面板、门体、钢立柱等与等电位连接铜排连接。门体内部等电位连接见图1.2.1-1。

图1.2.1-1等电位连接图

在屏蔽门的端部通过连接导线把等电位连接铜排与钢轨连接，使得屏蔽门与列车等电位。同时为了避免轨道电路的电流向车站大地泄漏，在屏蔽门结构与车站建筑之间将安装绝缘材料，其绝缘电阻值大于0.5兆欧。如图1.2.1-2所示：

图1.2.1-2

1.2.2半高安全门的等电位连接

（1）通过连接导线把固定门门体、应急门门体与相邻固定侧盒底板连接；

（2）通过连接导线相邻固定侧盒底版连接起来；

（3） 在安全门的端部通过连接导线把末端固定侧盒底板与钢轨连接，其连接方式与全高屏蔽门相同。半高安全门等电位连接示意图见下图1.2.2-1。

图1.2.2-1半高安全门等电位连接示意图

1.2.3绝缘与接地

见图1.2.3-1示。 如果站台车门与车站大地间用绝缘材料相绝缘，乘客A和乘客B是安全的，否则乘客就会遭受电击。

图1.2.3-1

1.2.4等电位电缆计算

等电位电缆的计算考虑到接触网搭接在屏蔽门门体时，故障电流对人体安全的影响。

列车牵引刚性接触网工作电压：DC1500V；

接触网故障电流：根据数据，按35KA计算；

短路电流周期：持续0.02秒；

电缆类型：聚乙烯绝缘铜芯电缆（升温限度80℃），可允许最高温度：Ts=160℃；

计算:

对故障电流，尺寸计算公式如下：

以铜作为导体，计算公如下：

其中：

J：4.2[焦耳与卡单位转换系数]

Q：导体单位发热容量[Cal/deg℃×cm²]

[具体热量×表面密度]

A:导体截面积[cm²]

α：20度时导体的温度系数[1/ deg℃]

r1：20度时导体阻抗[Ω/cm]

T4：故障时导体温度[deg℃]

T5：故障时允许的最高绝缘温度[deg℃]

ts：故障持续时间[sec]

电缆允许尺寸A为3.5[cm²]=35[mm²]

所以选用接轨电缆为35 mm²聚乙烯绝缘铜芯电缆，与轨道连接孔径为M10。

1.2.5绝缘电阻要求

根据国家电气接地安全电阻规范要求；在电压为500V测试站台上的屏蔽门门体对地绝缘值≥0.5MΩ（用500V兆欧表）。因此屏蔽门绝缘电阻必须符合国家规范要求，以保障乘客在乘车时安全。

2地铁屏蔽门绝缘下降原因

屏蔽门的绝缘工艺控制十分关键，造成屏蔽门绝缘性能下降的原因分为施工阶段后施工后外界因素两个方面的原因。

2.1施工阶段绝缘下降原因

在施工阶段一般安装屏蔽门后装修方可开始，但由于众多因此屏蔽门的施工多与其他设备、装修同时开始，因此在站台门绝缘工艺控制上很难把握，从而导致装修过程中站台门绝缘未达到国家规范对地绝缘值≥0.5MΩ（用500V兆欧表）要求。其主要因素有：

（1）全高屏蔽门站台顶部装修角钢焊接在屏蔽门上部连接件上，使屏蔽门与装修相连；

（2）全高屏蔽门站台顶部照明镀锌线管搭接在屏蔽门上；

（3）门体端门、正线段下部支撑由于地面装修水泥未做防护，导致水泥砂浆包裹门体绝缘部件，导致门体与大地相连，绝缘性能下降；

（4）施工中绝缘胶不符合国家规范，存在用普通胶替代绝缘胶，导致绝缘下降；

（5）屏蔽门施工方为了减少施工工艺，未使用绝缘部件将门体与站台板绝缘，直接安装门体在站台土建上，造成设备无绝缘；

（6）屏蔽门供货商存在绝缘部件不合格，安装于屏蔽门上，使屏蔽门绝缘下降。

综上原因分为外界与设备本身的原因，杜绝上述问题发生，其控制难度较大，这需要多方协力合作，方可将屏蔽门绝缘达到国家规范要求，减少绝缘在运营中事故发生。

2.2施工完成后绝缘下降原因

屏蔽门绝缘在施工设计时保证了其阻值符合国家规范要求，但在施工后期但由于各种外界因素造成了屏蔽门绝缘电阻下降。其大致原因分为以下几类：

（1）环境因素影响

列车进出站会产生大量灰尘，列车摩擦轨道产生大量金属铁屑，空气水分，油污类物质，此些在安全门绝缘处理部分都将腐蚀绝缘部件。降低绝缘部件性能。

（2）电气影响

当绝缘材料承受地铁电磁场时，绝缘材料内部安装不到位，存在间隙，间隙间将会发生放电，长时间放电，绝缘材料将会老化，绝缘材料发生损坏，绝缘性能直接下降。

3地铁屏蔽门绝缘性能下降处理方案

对屏蔽门绝缘下降可采取以下处理方案：

（1）车站的土建和装修是影响站台门门体绝缘的主要外部因素。在设计方案中明确提出绝缘要求（装修部件与站台门设备的距离≥25mm，门体绝缘电阻≥0.5兆欧等），可以对施工、监理等相关单位形成提醒和约束，有助于保障这方面的施工质量、减少运营时的隐患；

（2）绝缘棒安装在站台门门槛与绝缘地板砂浆层之间，用于隔离二者，确保站台门门体与车站土建结构绝缘。因此将绝缘棒加宽到与站台门底座的高度一致，以避免砂浆泄漏包裹门体；

（3）站台门门体与钢轨等电位连接，与车站土建、装修等绝缘，绝缘不良时容易发生爬电、打火等现象，对运营安全有明显的影响。增加绝缘监测、保护装置，可以在门体绝缘下降时报警、在漏电电流过大时暂时断开轨电压，及时、有效地消除安全隐患。

参考文献

[1] 朱卫平，彭海龙，谭晓梅，城市轨道交通站台屏蔽门，第1版，北京：中国标准出版社，2007：7

[2] 王珩，地铁屏蔽门系统的供电电源方案与绝缘接地措施，北京：铁道机车车辆，2001（4）

[3] 高飞，屏蔽门绝缘问题分析与解决方案，上海：轨道交通运营技术，2008（7）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。