线路分布电容导致停机失灵的原因分析与改进

陶向东

（荆门石化后勤服务中心维修管理站，湖北 荆门 448002）

1 线路分布电容的存在与影响

只要有电气线路的地方就存在线路分布电容，不仅在导线间存在分布电容，就是在导线与大地间也存在分布电容。线路分布电容对运行的电气线路最为大家所熟悉的影响是小电流接地系统发生单相接地故障时所产生的接地电容电流。而线路分布电容对控制系统中的影响并不常见，常常被人忽视，实际上由于线路分布电容的存在，有可能造成控制系统误动作和不能可靠动作。下面就工作中遇到的一次停机不能的故障分析线路电容的影响。

2 故障实例

某化工厂扩能改造工程，新增的两台6kV高压电机利用原来的备用柜进行配电，控制方式与低压电机类似，为了分析方便将其原理简化如图1。

图中 MR是控制电动机“起动/停止”的中间继电器， CPT为二次系统提供 240V、50HZ的交流控制电源。在试机过程中，当按下现场操作柱上的开机按钮时， MR继电器得电吸合，电动机正常起动运行；而当按下现场停止按钮时，MR继电器却不能释放，电动机仍在运行，出现了停机失灵的现象。

图1 高压电动机的控制回路简图

3 原因分析

根据现场操作停机失灵的现象,分析认为可能有两种原因：一是电动机的控制回路接线或接点状态有错误；二是控制线路的分布电容大，使停止按钮失去了作用。经检查控制回路接线完全正确，各继电器接点状态也正确。只有可能是第二种情况。

变电所距高压电动机现场的控制操作柱都在700m以上，控制连线采用多芯的控制电缆连接，如图2所示。在电路中，停机按钮两个接线柱进、出导线并行长度在 700m以上，因此，存在着一定的分布电容。如图3所示。

图2 控制回路电缆走向示意图

图3 停机按钮进、出导线分布电容示意图

由于有分布电容的存在，当按下停机按钮切断电源的瞬间，线路中就有电容电流流过，当电容电流达到接触器MR线圈的保持电流时，接触器就不会释放，因此，电动机也就无法停机。

上面的定性分析是否成立，需做进一步的定量分析。我们对控制线路进行了实测，测量电路如图4所示，得出具体数据如下：

MR的线圈电阻为：RMR=0.813kΩ；

MR的释放电流为：6.4mA；

MR在225VAC电压下的工作电流为：250mA；

MR的吸合电流为：大于100mA。

设MR的感抗为XLMR，则

计算得出：XLMR=386Ω

MR的复阻抗为：ZMR=813+j386。

当控制回路中的电流达到100mA以上时，接触器就开始吸合，在250mA的工作电流作用下，一直保持吸合状态；当电流低于6.4mA以下时，接触器就释放。

图4 MR参数测试电路

图5 停机时等效电路图

图5所示是停机瞬间的等效电路图，从天津大学，周树棠主编《电路理论》查得二线输电线路特性参数

起动回路的线路长度为 1400m，线路为铜芯2.5mm2电线，查得铜的电阻率为

可见，当按下停机按钮时，由于分布电容产生电容电流，使流经起动中间继电器MR线圈中的电流仍然有10.7mA，大于MR的释放电流6.4mA，所以，MR不能释放，这也正是不能停机的真正原因。

4 问题的解决

针对上面的原因分析和确认，若需要减少流经MR的电容电流，我们可以在MR的线圈上并联一个电阻与电容串联的支路，以起到分流的作用，从而将流经MR的电流降到6.4mA以下，达到完全释放的目的。图6所示为改进后的原理图。

为了选材及计算的方便，根据一些实践经验，初步选定要取的电容为1μF。

R、C并联支路的参数计算如下，从前面的计算可知，XC＞＞RL，故RL可以忽略不计。图 7所示为改造后停车时的等效电路。

图6 改进后的电路图

图7 改进后停机时等效电路图

为了使MR能够释放，就必须使流经MR的电流满足

R1取的小，则IMR就小。可见MR线圈电流在1μF时达到了释放电流的要求。事实上，我们采用了1μF的电容和3kΩ电阻的并联支路，进行了多次的实际实验都能满足要求。

5 结论

电气改造一般是根据现有条件进行的，在初步设计时对元件和线路的电气特性的考虑都不是十分充分，只是按照电气原理进行考虑，而忽略电气线路的一些特性，如本文中所述的故障案例。因此，在电气改造和一些设计工作中应该充分考虑线路分布电容、线路电阻和线路感抗等特性，尽可能避免由于这些因素的认识不足而造成实际运行过程中出现与设计或预想不一致的情况，如线路阻抗过大造成继电器不能吸合；电容电流过大继电器不能释放；多台电机的控制线路由同一控制电缆馈线造成信号不明和继电器不能正确释放。同时，在出现问题时，也可采用实践的方式解决。