Investigation of Steady State Two-Phase Short Circuit Modes Of Phase-Shifting Autotransformer with Hexagon Scheme and with Adjusting Autotransformer

Abstract

The purpose of work is to investigate two - phase short-circuiting modes of new autotransformer FACT’s - type device and is intended for power systems flexible connection. The developed mathematical model contains the main phase-shifting and additional regulating autotransformers. The model allows studying of asymmetrical modes of such schemes, including the un-identical load connection in different phases of phase-shifting transformers. Visual vector diagrams of winding’s voltages, currents and relative magnetic fluxes of magnetic core legs for main and regulating autotransformers for the modes with two-phase short-circuiting with and without ground have been elaborated. It is shown that significant distortions of the polygon shape occurred. It is revealed that in two-phase short - circuiting mode without ground, and the loads identically connected in different phases, the relative magnetic fluxes of the legs of main and regulating autotransformers are asymmetrical, but their sum is zero, and the magnetic flux does not come out into surrounding space. Load currents in this mode contain only direct and reverse sequences components. When the load is un-identically connected in different phases, significant zero-sequence currents occur, and magnetic flux goes out into surrounding space. However, load currents do not contain symmetrical components of zero sequence. A similar analysis of two-phase short circuit modes with ground showed that even with the identical connection of the loads, there is zero sequence both in the magnetic fluxes and in the load currents. Moreover, zero sequence is present when the load is connected differently on the phases.

Scopul lucrării este cercetarea modurilor de scurtcircuit bifazat a dispozitivului nou de tip FACTS cu autotransformatoare pentru interconectarea flexibilă sistemelor energetice. A fost elaborat modelul matematic, care conține autotransformator principal cu decalaj de fază și unul suplimentar de reglare. Modelul permite cercetarea modurilor asimetrice ale astfel de circuite, inclusiv cu conexiunea diferită a sarcinii pe faze diferite. Sunt calculate valorile curenților și tensiunilor înfășurărilor în moduri de scurtcircuite bifazate fără și cu pământ. Sunt construite diagrame vectoriale ale tensiunilor, curenților înfășurarilor și fluxurilor magnetice relative ale coloanelor miezului pentru ambele autotransformatoare, care explică particularitățile regimurilor de fucționare a noului dispozitiv. Este demonstrat că în astfel de moduri există distorsiuni semnificative a formei poligonului de tensiuni în autotransformatorului principal. A fost evidențiat că în modul de scurtcircuit bifazat fără pământ și conectarea sarcinii similara in diferite faze, fluxurile magnetice relative ale coloanelor miezului în autotransformatoare sunt asimetrice, dar suma lor este zero și fluxul magnetic nu iese din miez. Curenții de sarcină în acest mod conțin numai componente de secveță pozitivă și negativă. În cazul conexiunii inegale a sarcinii, suma fluxurilor magnetice nu este egală cu zero și apar fluxuri semnificative cu secvență zero. Însă curenții de sarcină nu coțin secveță zero. O analiză similară a modurilor de scurtcircuit bifazat la pămînt a arătat că în aceste moduri, chiar și la conexiunea similară de sarcină în diferite faze există secvența zero atît în fluxurile magnetice, cît și în curenții de sarcină. Cu atît mai mult, secvența zero este prezentă atunci cînd sarcina este conectată diferit pe faze.

Целью работы является исследование режимов двухфазного короткого замыкания нового автотрансформаторного устройства для гибкой связи энергосистем, принадлежащего к классу устройств типа FACTs. Поставленная цель достигается посредством разработки математической модели новой схемы автотрансформаторного устройства, содержащего основной фазоповоротный и дополнительный регулировочный автотрансформаторы. Она позволяет исследовать несимметричные режимы таких схем, в том числе и при неодинаковом подключении нагрузки в разных фазах и является удобным инструментом для исследования фазосдвигающих трансформаторов. Наиболее важные результаты состоят в нахождении режимных параметров устройства при двухфазном коротком замыкании (д.к.з.) без земли и с землей. Построены наглядные векторные диаграммы напряжений, токов обмоток и относительных магнитных потоков стержней магнитопроводов, поясняющие особенности рассмотренных режимов работы нового устройства. Показано, что в таких режимах возникают существенные искажения формы многоугольника напряжений обмоток основного автотрансформатора, сопровождающиеся существенным изменением углов напряжений обмоток одной и той же фазы и даже их взаимным пересечением. Выявлено, что в режиме д.к.з. без земли при одинаковом подключении нагрузки в фазах относительные магнитные потоки стержней основного и регулировочного автотрансформаторов несимметричны, однако сумма их равна нулю. Токи нагрузки в этом режиме содержат только составляющие прямой и обратной последовательностей. При неодинаковом подключении нагрузки сумма магнитных потоков не равна нулю и возникают значительные потоки нулевой последовательности. Однако токи нагрузки не содержат симметричных составляющих нулевой последовательности. Анализ режимов д.к.з. с землей показал, что в данных режимах имеется существенная нулевая последовательность как в магнитных потоках, так и в токах нагрузки, и она проявляется сильнее при неодинаковом подключении нагрузки. Значимость работы состоит в исследовании нового варианта реализации гибкой связи энергосистем переменного тока без использования промежуточного преобразования в постоянный ток.