線路分布電容導致停機失靈的原因分析與改進

陶向東

（荊門石化后勤服務中心維修管理站，湖北 荊門 448002）

1 線路分布電容的存在與影響

只要有電氣線路的地方就存在線路分布電容，不僅在導線間存在分布電容，就是在導線與大地間也存在分布電容。線路分布電容對運行的電氣線路最為大家所熟悉的影響是小電流接地系統發生單相接地故障時所產生的接地電容電流。而線路分布電容對控制系統中的影響并不常見，常常被人忽視，實際上由于線路分布電容的存在，有可能造成控制系統誤動作和不能可靠動作。下面就工作中遇到的一次停機不能的故障分析線路電容的影響。

2 故障實例

某化工廠擴能改造工程，新增的兩臺6kV高壓電機利用原來的備用柜進行配電，控制方式與低壓電機類似，為了分析方便將其原理簡化如圖1。

圖中 MR是控制電動機“起動/停止”的中間繼電器， CPT為二次系統提供 240V、50HZ的交流控制電源。在試機過程中，當按下現場操作柱上的開機按鈕時， MR繼電器得電吸合，電動機正常起動運行；而當按下現場停止按鈕時，MR繼電器卻不能釋放，電動機仍在運行，出現了停機失靈的現象。

圖1 高壓電動機的控制回路簡圖

3 原因分析

根據現場操作停機失靈的現象,分析認為可能有兩種原因：一是電動機的控制回路接線或接點狀態有錯誤；二是控制線路的分布電容大，使停止按鈕失去了作用。經檢查控制回路接線完全正確，各繼電器接點狀態也正確。只有可能是第二種情況。

變電所距高壓電動機現場的控制操作柱都在700m以上，控制連線采用多芯的控制電纜連接，如圖2所示。在電路中，停機按鈕兩個接線柱進、出導線并行長度在 700m以上，因此，存在著一定的分布電容。如圖3所示。

圖2 控制回路電纜走向示意圖

圖3 停機按鈕進、出導線分布電容示意圖

由于有分布電容的存在，當按下停機按鈕切斷電源的瞬間，線路中就有電容電流流過，當電容電流達到接觸器MR線圈的保持電流時，接觸器就不會釋放，因此，電動機也就無法停機。

上面的定性分析是否成立，需做進一步的定量分析。我們對控制線路進行了實測，測量電路如圖4所示，得出具體數據如下：

MR的線圈電阻為：RMR=0.813k?；

MR的釋放電流為：6.4mA；

MR在225VAC電壓下的工作電流為：250mA；

MR的吸合電流為：大于100mA。

設MR的感抗為XLMR，則

計算得出：XLMR=386?

MR的復阻抗為：ZMR=813+j386。

當控制回路中的電流達到100mA以上時，接觸器就開始吸合，在250mA的工作電流作用下，一直保持吸合狀態；當電流低于6.4mA以下時，接觸器就釋放。

圖4 MR參數測試電路

圖5 停機時等效電路圖

圖5所示是停機瞬間的等效電路圖，從天津大學，周樹棠主編《電路理論》查得二線輸電線路特性參數

起動回路的線路長度為 1400m，線路為銅芯2.5mm2電線，查得銅的電阻率為

可見，當按下停機按鈕時，由于分布電容產生電容電流，使流經起動中間繼電器MR線圈中的電流仍然有10.7mA，大于MR的釋放電流6.4mA，所以，MR不能釋放，這也正是不能停機的真正原因。

4 問題的解決

針對上面的原因分析和確認，若需要減少流經MR的電容電流，我們可以在MR的線圈上并聯一個電阻與電容串聯的支路，以起到分流的作用，從而將流經MR的電流降到6.4mA以下，達到完全釋放的目的。圖6所示為改進后的原理圖。

為了選材及計算的方便，根據一些實踐經驗，初步選定要取的電容為1μF。

R、C并聯支路的參數計算如下，從前面的計算可知，XC＞＞RL，故RL可以忽略不計。圖 7所示為改造后停車時的等效電路。

圖6 改進后的電路圖

圖7 改進后停機時等效電路圖

為了使MR能夠釋放，就必須使流經MR的電流滿足

R1取的小，則IMR就小。可見MR線圈電流在1μF時達到了釋放電流的要求。事實上，我們采用了1μF的電容和3k?電阻的并聯支路，進行了多次的實際實驗都能滿足要求。

5 結論

電氣改造一般是根據現有條件進行的，在初步設計時對元件和線路的電氣特性的考慮都不是十分充分，只是按照電氣原理進行考慮，而忽略電氣線路的一些特性，如本文中所述的故障案例。因此，在電氣改造和一些設計工作中應該充分考慮線路分布電容、線路電阻和線路感抗等特性，盡可能避免由于這些因素的認識不足而造成實際運行過程中出現與設計或預想不一致的情況，如線路阻抗過大造成繼電器不能吸合；電容電流過大繼電器不能釋放；多臺電機的控制線路由同一控制電纜饋線造成信號不明和繼電器不能正確釋放。同時，在出現問題時，也可采用實踐的方式解決。