地铁站台屏蔽门等电位智能导通装置的研发构想

陈 辉 刘 启 刘 懿

（成都地铁有限公司运营公司，610031，成都∥第一作者，高级工程师）

受施工工艺水平限制，目前站台屏蔽门系统的装修绝缘普遍难以满足运营要求。行业内对站台屏蔽门绝缘不良带来的等电位线应不应该接的问题也争议较多。在绝缘不良情况下，等电位线的连接将会造成屏蔽门通过绝缘薄弱处进行电流漏泄，并产生打火现象。这一方面会造成火灾隐患，另一方面会产生大量的杂散电流进入车站，从而长期产生电腐蚀，将会对相关建筑及设备设施寿命带来影响。

成都地铁1号线开通以来，已多次发生站台屏蔽门打火现象。针对上述问题，地铁公司已多次召开行业内专家分析研讨会，有两种意见：一是保持站台屏蔽门与钢轨的等电位线连接；二是干脆不接等电位线，采用屏蔽门增加绝缘膜的方案以防止乘客触摸形成电压差。保持等电位线连接无法解决打火问题，但完全不接等电位线仅依靠绝缘膜又经常会因乘客原因造成绝缘膜破损，无论是采用哪种方案都存在一定的缺陷和风险。

为解决上述问题，通过研究发现，如果开发一种智能导通装置，在列车停稳后保持站台屏蔽门与钢轨的等电位连接导通，车门关闭后断开站台屏蔽门与钢轨的连接，这样就可以解决乘客安全和杂散电流腐蚀（或打火）问题，同时又能对站台屏蔽门绝缘情况进行在线监测，便于及时采取预防措施。

1 站台屏蔽门等电位连接的原理及存在问题

根据地铁工程的规范要求，在钢轨作为牵引回流通路时，站台屏蔽门需要与站台结构及周边设施实现绝缘安装，绝缘电阻应不小于0.5 MΩ，同时与钢轨之间实现等电位连接。这主要是因为：由于钢轨是回流轨，为避免直流电源对结构钢筋、金属管道的腐蚀，钢轨需与地绝缘，因此钢轨与地间存在电压。若站台屏蔽门不与钢轨进行等电位连接或站台屏蔽门绝缘不够时，当列车停靠在站台时，列车与站台屏蔽门间将存在电压，即轨地电位。若此电位超出人体能耐受的电压，将危及旅客安全。其具体原理如图1所示。

在实际的工程实施过程中，由于工期紧张、多工序交叉作业，站台屏蔽门与站台结构及周边设施实现绝缘安装的难度很大。在运营后因站台绝缘层进水或其他破坏而导致绝缘下降的情况也经常发生。

图1 列车牵引回流与站台屏蔽门间产生电压差示意图

由于钢轨与站台屏蔽门之间采用电缆形式实现了完全的等电位连接，在站台屏蔽门的绝缘下降或者绝缘完全被破坏时，会有大量的牵引回流通过钢轨进入站台屏蔽门，造成站台屏蔽门之间或内部出现打火、拉弧的现象，并可能引发火灾。

目前，成都地铁1号线、2号线站台屏蔽门自开通以来已发生多次打火事件，故存在着潜在的安全风险。

在对成都地铁1号线火车北站站台屏蔽门等电位连接线的电流实际测试中，发现连接线有超过500 A的电流，一般情况下根据牵引回流的不同及站台屏蔽门绝缘电阻的变化，有90～300 A 左右的电流进入站台屏蔽门，大致占牵引回流的10%以上。

因此，对站台屏蔽门等电位连接进行研究已显得十分必要。

由于大电流在列车进出站起停的瞬间表现得更为明显，现提出开发一种智能导通装置的构想，在需要接通时实现等电位接通，以确保乘客安全，而在其他时候保持断开以防止杂散电流进入车站。这将能有效地缓解目前面临的绝缘问题，同时实现对站台屏蔽门绝缘的在线监测。

2 站台屏蔽门等电位智能导通装置的原理

2.1 主要工作原理

1）在无列车停靠的正常情况下，站台屏蔽门与大地进行连接，与钢轨不连接，以确保站台人员的安全，并防止钢轨电流串入车站。

2）当列车进站停稳后，通过接受站台屏蔽门联动指令，断开站台屏蔽门与地的连通，闭合站台屏蔽门与钢轨的等电位连接，并对连通电流进行监测，若通过电流大于设定值时，则断开站台屏蔽门与钢轨的连通（起到绝缘监测和漏电保护作用），遏制站台屏蔽门绝缘薄弱点“打火”；待列车关门后，所有开关恢复正常状态。当列车门或者站台屏蔽门因障碍物存在而不能关闭并锁紧的情况下，可以通过车站人员隔离故障车门或通过站台屏蔽门上的就地控制盘（PSL）实施“互锁解除”信号后手动开关门。站台屏蔽门等电位智能导通装置通过与站台屏蔽门的接口，采集相关信号并做出站台屏蔽门关闭的逻辑判断，给出等电位连接断开指令。

2.2 改进后的系统优点

1）保证了任何时候的人员安全，站台屏蔽门要么保持与地连接，要么与钢轨实现等电位连接，始终可以保障乘客安全。

2）只在列车停站时钢轨与站台屏蔽门保持接通（避开了列车起动时产生的大电流），并做了电流限制处理，可以遏制站台屏蔽门打火现象，有效降低杂散电流通过站台屏蔽门进入车站。

3）通过对等电位连接线导通电流的监测，可以动态给出站台屏蔽门绝缘不良的报警，以便及时采取处理措施。

2.3 系统构成原理图

根据站台屏蔽门等电位线的连接需要，站台屏蔽门等电位智能导通装置的构成如图2所示。

图2 站台屏蔽门智能导通装置原理图

其主要控制逻辑为：

1）“手／自动转换开关”在自动位：当站台屏蔽门开关信号给出关门指令时，继电器SSR1断开，继电器SSR2接通，实现站台屏蔽门接地；当站台屏蔽门开关信号给出开门指令时，SSR2 断开，SSR1 接通，实现站台屏蔽门与钢轨的等电位连接。此时对通过站台屏蔽门和钢轨之间的电流进行监测，若电流大于设定值（可调整，可考虑为站台屏蔽门打火电流的临界值），控制SSR1断开（视情况设定短时导通时间），实现电流保护并给出站台屏蔽门绝缘损坏和打火报警。当列车门或站台屏蔽门因障碍物存在，而不能关闭并锁紧的情况下，由车站人员手动隔离故障车门，手动操作站台屏蔽门关闭，最终站台屏蔽门给出手动关门信号，站台屏蔽门导通装置视为车门关闭。站台屏蔽门导通装置按正常关闭程序联动SSR1断开、SSR2接通，实现站台屏蔽门接地。

2）“手／自动转换开关”在手动位：手动控制用于站台屏蔽门人工等电位的通断控制，以便于设备检修，也可用于日常情况下站台屏蔽门的绝缘检测。

SSR 可选择大电流开断控制元器件，可考虑为IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、接触器或固态继电器，可结合整体开断能力和动作寿命来最终选定。

3 成本测算和风险点分析

根据设计方案，相关的研发成本如表1所示。待研发成型，软件通过测试后，相关成本仅为生产成本和现场安装成本，通过批量采购，单台装置的工厂生产成本可控制在1万元以内。

表1 站台屏蔽门智能导通装置研发成本测算表

现对站台屏蔽门等电位智能导通装置研发的风险点分析如下：

1）智能导通装置需要快速控制大电流的开断，其动作频率快、开断电流大，需要选择可靠的设备元器件，否则易影响整体装置的可靠性。具体实施阶段需在IGBT、高寿命机械接触器、大电流固态继电器等中进行比较和选择。2）当全部站台屏蔽门等电位连接更换为该装置后，可能存在所有车站的站台屏蔽门等电位断开而仅有其中一个上下客车站等电位连通的情况，从而导致一个供电分区的轨道回流集中对某个车站的站台屏蔽门等电位装置进行冲击，会造成瞬间电流过大的可能。

以上风险点是关系到站台屏蔽门智能导通装置研发成功的关键，特别是多点连接变为一点连接后的实际泄放电流大小是否会影响到直流保护框架动作，这就需要对站台屏蔽门导通允许电流进行有效测定，并设置合适的保护值。

4 结语

站台屏蔽门智能导通装置相对于简单的站台屏蔽门等电位连接或不设连接而言，提供了更加灵活的第三种选择，实现了站台屏蔽门绝缘的在线监测和消除了“打火”现象。同时，通过装置的智能控制策略，可降低潜在的安全风险；另外，还可以采取包括站台屏蔽门金属体贴绝缘膜等措施，以保障乘客和设备安全。

［1］GB50157—2013地铁设计规范［S］.

［2］何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通运营组织［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［3］赵振江，黄明才.地铁站台屏蔽门的绝缘和接地处理［J］.城市轨道交通研究，2012（7）：110.

［4］孙增田，程强，李华.屏蔽门接轨保护与绝缘保护的必要性分析［J］.城市轨道交通研究，2006（7）：44.

［5］杜宏民，吕馨，高利萍，等.地铁屏蔽门绝缘安装相关问题探讨［J］.都市快轨交通，2012（1）：78.