城市轨道屏蔽门系统的站台绝缘安装研究

祝建成，陈树亮

（1.北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100027；2.中铁电气化勘测设计研究有限公司，天津 300250）

城市轨道屏蔽门系统的站台绝缘安装研究

祝建成1，陈树亮2

（1.北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100027；2.中铁电气化勘测设计研究有限公司，天津 300250）

随着城市轨道交通建设的快速发展，为乘客提供便捷性和安全性的乘车环境越来越重要，本文以车站的系统绝缘设计要求为出发点，对城市轨道交通屏蔽门系统的绝缘接地进行了详细分析，对站台层绝缘设置与钢轨电位限制装置（OVPD）之间的关系进行了研究，在此基础上进行了新型的智能钢轨电位限制装置设计，该装置不仅实现了动作时间为nS级，且有效减少了钢轨电位限制装置动作次数，较好地解决了屏蔽门系统的站台绝缘，从而为地铁安全运营提供保障。并于2012年应用于台湾地铁内湖线，安全稳定运行至今。

钢轨电位限制装置；绝缘接地；站台层绝缘；屏蔽门

针对屏蔽门站台绝缘安全性的问题，对站台绝缘的后备措施钢轨电位限制装置 （OPD）V的工作原理及应用进行了深入的研究，提出了新型的智能钢轨电位限制装置设计，该装置不仅实现了屏蔽门系统直接接地，而且减少OVPD的动作和继电保护装置的动作时间，以及钢轨电位限制装置动作次数，尽而为城市轨道交通安全运营提供保障。

1 钢轨电位限制装置的工作原理及隐患分析

地铁屏蔽门门体系统整体绝缘未完全达到要求时，需增加防护措施，因此引进钢轨电位限制装置来保证人体安全。钢轨电位限制装置的整定参数可按照人体耐受曲线选取，更能适应在门体漏电等情况下的防护要求。钢轨电位限制装置通常安装于车站变电所内，组成部分主要分为晶闸管回路、测量和操作回路、接触器、信号接口端子、保护装置、状态显示等，一般采用户内型。工作原理如图1所示。当供电区没有车辆行驶时，直流牵引系统运行正常情况下，钢轨对地电位为零；当供电分区有车辆行驶或发生短路故障时，由于钢轨对地泄漏电阻的存在，钢轨电位快速升高，当钢轨电位达到一定值时，钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护了车站旅客的人身安全。保护动作设置如下：（1）钢轨电位限制装置为接触器（带晶闸管）短路装置，在正常情况下直流接触器的触头是断开的。在非正常情况下，通过三级电压检测系统控制短路装置与大地有效短接。采用闭环控制，即使在辅助电源失去情况，也可以保持将钢轨与大地短接，以保障人身安全。一旦电源恢复，短路装置将恢复断开；（2）当钢轨电位限制装置差U >120 V 时，双向晶闸管快速导通，随后接触器动作，短接触头闭合；（3）当钢轨电位限制装置90 V < U < 120 V时，接触器动作，短接触头闭合。动作后根据不同的电流情况判断接触器是否闭锁（短路触头闭合）。

图1 轨道电位限制装置工作原理示意图

根据上述的工作原理和《轨道交通技术规范》中规定，“在正常运营条件下，正线回流轨与地之间的电压不应超过DC90 V”，钢轨电位限制装置的动作电压一般设置为DC90 V左右。因此，可能导致城市轨道交通车辆外壳存在直流90 V的电压差。为了保证屏蔽门的刚度和强度，屏蔽门的框架结构采用的易导电的金属材料（通常大部分地铁站台屏蔽门采用不锈钢，部分站台屏蔽门采用铝型材），当乘客上下车过程中，可能会同时接触到列车外壳和屏蔽门框架，由于列车车体的外壳可能存在90 V电位或DC120 V（有一个牵引所解列，由相邻牵引变电所构成“大双边”供电时），使得车体与屏蔽门间会出现电位差。因此，乘客在站台候车或者上下车过程中身体的某两点存在电位差，人体中就会相应产生直流电流，根据GB/T 13870.1-92《电流通过人体效应》可知，电位差90 V人体的电流小于100 mA，不会对乘客人身造成致命性伤害，但乘客会有明显的触电感。在这种情况下，屏蔽门门体与车站结构之间采用不小于电阻为0.5 MΩ的绝缘安装，但在实际安装很难达到屏蔽门对地绝缘电阻也能达到这一值。通用采取将屏蔽门门体与钢轨进行等电位联结，消除屏蔽门与列车门体之间的电位差。该做法虽然在一定程度上避免了乘客上下车过程中，在屏蔽门门体与列车门体之间产生的电位差。但是如果绝缘安装没有达标或出现站台绝缘层破损的情况下，屏蔽门门体对地之间会产生电位差，加大了乘客可能触电的危险性，同时杂散电流也通过屏蔽门可能腐蚀车站的建筑结构。因此，对于三轨供电制式，屏蔽门门体系统与走行轨之间设置等电位连接的方式并不能完全解决乘客触电的安全隐患，某种程度上反而会增加触电安全隐患。此外，当钢轨电位发生框架泄漏故障（即OVPD承受短路电流最严重的情况）时，从启动框架保护到本所交流侧断路器及直流断路器全部跳闸的时间约为120 ms ～ 170 ms, 而接触器的动作时间约为150 ms ～ 200 ms。因此，晶闸管承受的时间为OVPD 晶闸管回路导通后一直到接触器回路合闸的时间，晶闸管承受的时间过长容易产生安全隐患。

2 钢轨电位限制装置的改进设计

通过对钢轨电位进行系统研究，提出了智能钢轨电位系统，其优点主要体现在：（1）采用本系统后，屏蔽门系统可以直接接地，无需做绝缘处理；（2）减少钢轨电位限制装置动作次数，减少OVPD故障。

2.1 智能钢轨电位系统工作原理

智能钢轨电位系统与常规的钢轨电位限制装置不同，组成部分主要分为主接触器、低压限制器、隔离变送器、控制器等，工作原理如图2所示。

该系统与常规的钢轨电位限制装置不同，通过与机车信号系统的关联，自动识别是否有列车在车站内，若站内无车，则闭锁钢轨电位限制装置的动作；若站内有车，则根据回路监测电压情况进行智能判断是否动作如下：

（1）列车进站后，信号系统会把列车进站信号发送至屏蔽门系统，由屏蔽门系统给钢轨电位限制装置站内有车命令信号，上下行分别给出，具体为屏蔽门开启时，该接点断开，即门开启过程中以及屏蔽门打开后接点断开并保持，当屏蔽门完全关闭且锁紧后，此信号接点闭合；（2）当屏蔽门完全关闭且锁紧后，给出一对关门信号，接点闭合，延时后复归，此信号上下行分别给出。

2.2 智能钢轨电位系统动作逻辑判断

当检测到钢轨与大地之间电压满足：当钢轨与大地之间电压U> 120 V时，钢轨电位限制装置动作过程如下：（1）低电压限制器（HVL）快速导通，将轨道电压钳制与地电位相同；（2）接触器动作，增强回路的电流泄放能力。

当钢轨与大地之间电压60 V < U < 120 V时，钢轨电位限制装置动作过程如下：（1）当车站有车进入时，信号系统向钢轨电位限制装置给出“站内有车”信息，此时接触器动作，将轨道电压强制钳制与地电位相同；当列车驶出车站后，钢轨电位限制装置检测“站内有车”信号消失，则系统根据回路电流情况自动复归。（2）当车站无车时，闭锁钢轨电位限制控制逻辑，禁止合闸。

当钢轨与大地之间电压U < 36 V 时，系统认为电压在安全范围内，对人体无伤害，则不动作。

钢轨电位限制装置动作后，接触器触头是否返回判据如下：（1）当I > 1 000 A时，发出口指令，告警；闭锁钢轨电位限制装置复归出口，禁止复归。

（2）当100 A < I < 1 000 A时，闭锁钢轨电位限制装置复归出口，待电流消失后允许复归；

（3）当电流50 A < I < 100 A时，接触器触头闭合10 s后断开，若电流持续20 s，则接触器触头再次闭合，禁止复归，待电流消失后允许复归。

智能钢轨电位系统不仅有效地解决了在列车进站后乘客上下车时，钢轨（负极）与站台、屏蔽门（地）之间存在的电位差，而且改进后的OVPD装置动作时间实现了nS级。

图2 智能钢轨电位限制装置原理示意图

责任编辑 方 圆

3 结束语

本文在对屏蔽门系统的站台绝缘安全性进行分析的基础上，对站台层绝缘设置与OVPD钢轨电位限制装置之间的关系进行了研究，并改进设计了新型的智能钢轨电位限制装置。改进后的OVPD装置不仅实现了动作时间为nS级和减少钢轨电位限制装置动作次数，而且屏蔽门系统可以直接接地，无需做绝缘处理，为地铁安全运营提供保障。该系统于2012年应用于台湾地铁的内湖线，安全稳定运行至今，有效地解决了站台屏蔽门的绝缘问题。

[1] 王晓保. 钢轨电位限制装置与框架保护关系的分析[J].城市轨道交通研究，2004（6）：56-58.

[2] 吕 意. 直流框架保护与钢轨电位限制装置的配合与应用[J]. 铁道勘测与设计，2012（3）：55-58.

[3] 苗因山. 钢轨电位限制装置拒动导致框架保护故障[J].都市快轨交通，2008，21（3）：92-94.

[4] 巫俊威，卜俊伟，潘 波，等.地铁屏蔽门系统的防雷与绝缘关联性研究[J]. 高原山地气象研究，2013，33（2）：74-77.

[5] 田胜利. 轨道交通直流框架保护与钢轨电位限制装置关系分析[J]. 现代城市轨道交通，2004（3）：28-30.

Insulating installment for Platform Screen Door System of Urban Transit

ZHU Jiancheng1, CHEN Shuliang2
( 1.Beijing City Rapid Rail Construction Management Co. Ltd. Beijing 100027, China; 2.China Railway Electrif i cation Survey Design & Research Institute Co. Ltd, Tianjin 300250, China )

With the rapid development of Urban Transit, it was more and more important to provide convenience, safety and riding environment for passengers. This paper was started from the requirement of system insulating design, analyzed the insulated grounding of Platform Screen Door System in detail, and the relationship between the insulated installment and the over-voltage protection (OVPD) was studied, and a new type of intelligent rail OVPD device was designed. The device not only implemented the movement time and the action time for class ns, but also reduced the action times, as well as provided protection for the safe operation. The new type of OVPD was put into operation at Neihu subway project in Taiwan, and the operation has been safe and reliable up to now.

rail over-voltage protection device; ground insulation; platform layer insulation; platform screen door

U231.6∶TP39

A

1005-8451（2014）07-0062-03

2014-01-13

祝建成，工程师；陈树亮，工程师。