地铁站台门等电位连接的解决方案分析

杨嘉约

(厦门轨道交通集团有限公司 福建厦门 361102)

0 引言

受施工工艺水平限制、现场施工及运营环境影响，目前已开通运营的地铁站台门系统的门体绝缘普遍难以完全满足《地铁设计规范》，站台门的绝缘薄弱点主要集中在上下部跟结构连接的地方。为了提高站台门的绝缘效果，业界也尝试过几种加强绝缘的方案，如在上部牛腿和下部支撑底座刷绝缘漆或衬塑、在门槛下增加绝缘衬板等措施，并加强施工过程安装工艺的控制等，但都收效甚微。目前部分城市已开始尝试站台门整体绝缘的方案，其绝缘效果肯定能得到较大改善，但整体绝缘采用的是非金属的结构方案，其抗风压强度、耐腐蚀及耐老化等方面的性能如何仍有待观察和考验。就目前站台门的门体绝缘效果不良的情况，行业内对站台门与轨道等电位连接线是否连接的问题存在较多争议：若在站台门门体绝缘不良情况下进行等电位线连接，将导致站台门带电，存在站台门与外部金属部件打火的安全隐患；若不连接，在轨电压较大时，乘客上下车的时候存在产生跨步电压的风险。针对这个问题，每个城市的做法不太一样，目前连接的城市主要有广州、深圳等，不连接的城市居多，如北京、上海、厦门、石家庄、合肥等。厦门地铁1号线开通运营将近3年，由于站台门的绝缘值也不太理想，故自开通以来，站台门与轨道的等电位连接线一直未接通。虽然未发生过相关事故，但是随着运营时间的推移，站台绝缘值的进一步下降，相关风险始终不可免除。

1 问题研究分析

根据《地铁设计规范》要求，正常情况下人体可触及的站台门金属构件应于车站结构绝缘，站台门与钢轨应采用单点等电位连接，站台门门体与车站结构之间的绝缘电阻不应小于0.5MΩ[1]。为解决站台侧人员触电的问题，目前站台门前的地面装修层下都会铺设有一定宽度的绝缘层，门体立柱及面板均贴有绝缘膜，基本可有效排除站台侧人员因触碰站台门金属部件而触电的隐患。但等电位连接产生打火和不连接产生跨步电压的问题一直没能得到有效平衡。

1.1 跨步电压问题

根据车辆牵引系统，由于钢轨是回流轨，为避免直流电源对结构钢筋、金属设备及材料的电腐蚀，钢轨需与地绝缘，因此钢轨与地间存在电位差[2]。若站台门门体绝缘效果较好时，即使不接等电位线，车辆与站台门存在的电位差较小，就不存在跨步电压的问题。影响站台门绝缘的主要因素有：在工程实施过程中，由于地下车站湿度和粉尘较重，现场施工环境较糟糕；由于工期紧张，多工序、多专业间交叉作业，机电及装修管线与站台门容易存在搭接情况；地下车站站台门安装处难免存在渗漏水问题；地铁运营会产生很多电气粉尘，而污染站台门的绝缘件[4]。诸多因素叠加，导致站台门的本体绝缘效果难以得到保证，甚至无绝缘值。在此情况下，若站台门不与钢轨进行等电位连接，列车与站台门间可能存在较大电位差，当此电位差超出人体耐受电压时，将使乘客感到不适甚至危及乘客安全。解决此问题的有效方法是将钢轨与站台门进行等电位连接[3]，具体原理示意图如图1～图2所示。

图1 车辆牵引回流示意图

图2 列车站台门位置关系图

1.2 打火问题

若站台门与钢轨进行长时间的等电位连接，站台门成了带电体，当轨电压较大且机电及装修金属材料与站台门金属部件间的间隙较小(小于爬电距离)时，容易出现打火现象。

综上所述，等电位连接线成了一把双刃剑。跨步电压产生只有在乘客上下车时才会产生，持续时间较短，而打火问题是在等电位连接且爬电间隙较小时才产生，故可以通过控制等电位连接线的通断来解决上述两个问题，即在乘客上下车时进行等电位连接，否则断开等电位连接。

2 解决方案及系统介绍

2.1 系统原理

控制等电位连接线的通断是作为解决站台门绝缘衍生问题的突破口，其原理如图3所示。

图3 原理图

(1)在无车辆停靠的情况下：通过接受站台门联动指令，中间继电器KA1失电，KM1得电，站台门与钢轨的等电位连接线上的常闭触点断开，即等电位连接断开，防止轨回流串入车站，确保站台门不带电，避免打火的同时，避免站台侧候车乘客触电的危险。

(2)在车辆进站停靠时候存在两种情况：当列车进站停稳后，通过接受站台门联动指令，中间继电器KA1得电，KM1失电，站台门与钢轨的等电位连接线上的常闭触点闭合，即等电位连接导通，站台门与车辆处于等电位，避免了跨步电压的风险。

(3)该方案从站台门系统PSC的站台门开关状态继电器获取站台门开关状态，来觉得接触器的开合，即站台门开门时，等电位连接线导通，站台门关闭时，等电位线断开。

(4)该方案可配置相关检测模块及物联网模块，建立数据处理中心及物联网单元，可监测等电位连通时站台门对地的电位差和导通电流值，根据改数据可判断站台门的绝缘情况。当导通电流值较大即站台门绝缘值较低时，立即通过短信/应用消息推送方式发送消息给运维人员，及时对站台门进行维护处理。

2.2 系统构成

系统由数据处理中心、系统供电单元、逻辑控制单元、等电位控制切换单元、物联网单元构成、数据检测单元。数据处理中心可全线共用一套，安装于长期有人值守的值班室，如车控室；逻辑控制单元、系统供电电源、等电位控制切换单元、物联网单元构成每个车站一套，安装在站台门控制室；数据检测单元每个车站两套，分别检测上下行站台门的对地电压及等电位线导通电流，安装在站台门控制室内；系统供电单元、数据检测单元、逻辑控制单元、等电位控制切换单元、物联网模块集成安装在一个设备柜内。

(1)数据处理中心

数据处理中心可为本地服务器，同时配置云端服务器，收集、处理、分析并备份相关数据。

(2)系统供电单元

系统供电单元由相关电源模块构成，将AC220V电源转换为各模块供电的直流电源。

(3)逻辑控制单元

逻辑控制单元主要由PLC、继电器、接触器组成，可按照预设逻辑控制等电位线的导通和断开。

(4)数据检测单元

数据检测单元由电压互感器、电流互感器等构成，检测站台门与轨道相对于地的电位差及等电位连接线导通时的电流。

(5)物联网单元

物联网单元主要由数据通信模块及终端组成，当系统检测的数值超过预设报警值时，在值班室发出报警提示值班人员的同时，向相关维保人员和主管领导的手机等终端发送报警信息。

2.3 系统参数

系统供电单元由开关电源构成，将AC220V电源转换为各模块供电的直流电源。

(1)适应环境：温度-25℃～50℃，湿度0～95%；

(2)电压测量范围：0～DC250V；

(3)电流测量范围：0～100A；

(4)控制器耐流值：50A；

(5)防护等级：IP31；

(6)设计寿命：核心设备无故障运作次数大于60万次；

(7)输入电压：AC220V；

(8)功率：100W。

3 结语

本解决方案虽然无法从根本上解决站台门的本体的绝缘问题，但是可灵活控制等电位连接线的通断，较好地降低了乘客上下车产生跨步电压的风险，并最大限度地降低了地铁车站打火的概率，兼顾了地铁站台门等电位连接线连与不连的优点，是目前站台门等电位连接问题较有效的解决方案。