Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Главная цель проекта - сохранение, поддержание в работоспособном состоянии и развитие уникальной для РФ системы мониторинга геоиндуктированных токов (ГИТ) в магистральной электрической сети «Северный транзит». Произведена закупка комплектующих и расходных материалов для ремонта и модернизации оборудования устройств мониторинга геоиндуктированных токов на подстанциях Выходной, Лоухи, Кондопога и Ревда. Произведен ремонт блоков регистрации ГИТ на подстанциях Ревда и Выходной с заменой корродировавших корпусов и обслуживанием устройств сбора данных. Изготовлен комплект одного устройства регистрации геоиндуктированных токов в нейтрали автотрансформатора, который будет установлен на одной из подстанций 330 кВ в 2023 г. Разработан принцип и устройство регистрации ГИТ бесконтактным дифференциальным методом в фазных проводах воздушных линий. На программное обеспечение микроконтроллера датчика магнитного поля подана заявка в Роспатент на государственную регистрацию программы для ЭВМ. Опытная эксплуатация устройства подтвердила перспективность дифференциального метода для измерения геоиндуктированных токов в проводах ВЛ. Поддерживался непрерывный мониторинг геомагнитных возмущений и геоиндуктированных токов в энергосистеме «Северный транзит», передача и обработка результатов мониторинга в режиме реального времени на сервере данных и размещение полученных данных в глобальной сети Интернет. Для того, чтобы данные мониторинга использовались ещё более широким кругом исследователей, была создана база данных в виде сетевого ресурса http://gic.en51.ru/. База данных (БД) содержит результаты измерений ГИТ в нейтралях автотрансформаторов на трех подстанциях 330 кВ магистральной электрической сети «Северный транзит» за период 2011-2022 гг. По запросу, сформированному с помощью html формы, данные за выбранные сутки могут быть извлечены из БД либо в виде текстового файла, содержащего результаты измерений ГИТ с периодом выборки 0.5 секунды, либо в виде графического файла с кривой амплитуды ГИТ. В базе содержатся свыше 20000 текстовых и графических файлов, сгруппированных по типам и по подстанциям в шести папках общим объемом свыше 45 Гб. Получено свидетельство о государственной регистрации базы данных. Выполнен анализ результатов мониторинга геоиндуктированных токов в электрических сетях и определены функции отклика электроэнергетической системы на локальные возмущения геомагнитного поля на основе первичной информации о возмущениях геомагнитного поля и наведенных токах в системах электропередачи. Выполнено исследование квазипостоянных токов в автотрансформаторах с применением метода вейвлет-преобразования для определения их точных спектральных характеристик. Анализ скейлограмм ГИТ показал, что частотный диапазон рассмотренных ГИТ составляет 1.5-3.6 мГц. Исходя из задач исследования, для анализа был выбран вейвлет Морле, обеспечивающий наилучшую точность определения значений частот ГИТ и времени его присутствия. Исследование квазипостоянных токов на двух подстанциях системы мониторинга позволило сравнить различие в откликах энергетической системы в разных точках в период геомагнитной бури. На основе сравнения максимальных значений ГИТ, зафиксированных во время геомагнитных бурь 24 солнечного цикла, был сделан вывод о существенном влиянии топологии электрической сети на величину ГИТ в нейтралях автотрансформаторов. Главные результаты проведенного анализа: - частотный диапазон 1.5-3.6 мГц проанализированных ГИТ совпадает с частотным диапазоном Pc5/Pi3 пульсаций, и именно на этих частотах были зафиксированы максимальные значения ГИТ; - на полученных скейлограммах квазипостоянных токов отсутствуют постоянные частоты; - исследование сигнала ГИТ с отрезками, имеющими большой разброс в амплитуде, не дает ясных результатов о частотном составе ГИТ при меньших амплитудах; - топология электрической сети определяющим образом влияет на величину ГИТ в нейтралях автотрансформаторов. Определены характеристики спектра гармоник тока промышленной частоты в нейтралях силовых трансформаторов. При анализе данных многолетнего мониторинга ГИТ в нейтралях автотрансформаторов 330 кВ были зарегистрированы три типа явлений подмагничивания постоянным током: ГИТ, броски тока намагничивания и токи от мощных преобразователей промышленных установок горно-обогатительных комбинатов Мурманской области. Общим у этих видов электромагнитных воздействия является низкая частота сигнала по сравнению с промышленной частотой 50 Гц, что дает основание полагать их постоянными или квазипостоянными. Постоянные токи подмагничивания внедряются в электрическую сеть через заземленные нейтрали силовых трансформаторов и автотрансформаторов, протекая через их обмотки, обмотки измерительных трансформатор и шунтирующих реакторов, вызывая их полупериодное насыщение и повышение содержания высших гармоник. По результатам обработки кривых тока в нейтрали нами были получены зависимости амплитуд токов гармоник от ГИТ. Сделан вывод, что немонотонный ход функциональной зависимости гармоник тока от величины ГИТ в нейтрали силового автотрансформатора определяется нелинейной вебер-амперной характеристикой его магнитной системы. Выполнено моделирование процесса подмагничивания нелинейной катушки индуктивности постоянным током с использованием различных аппроксимаций кривых намагничивания, с учетом потерь в магнитопроводе и силовой нагрузки трансформатора. Показано, что введение различных условий и дополнительных данных в модель изменяет количественные характеристики, но не качественный ход зависимостей амплитуд гармоник от величины тока подмагничивания. В 2022 г. результаты работы по гранту были представлены на трех российских и международных научных мероприятиях. Пресс-службой ФИЦ КНЦ РАН опубликовано интервью с группой «О неестественном влиянии естественных процессов» https://www.ksc.ru/press-sluzhba/novosti/novosti-nauki/o-neestestvennom-vliyanii-estestvennykh-protsessov/. По заказу департамента оперативного управления в ТЭК Минэнерго России 2 июня 2022 г. на семинаре-совещании по новым технологиям в режиме видеоконференции Селиванов В.Н. представил доклад на тему «Исследование влияния геомагнитных возмущений на надежность работы электрических сетей в Арктической зоне Российской Федерации».

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В 2023 г. основные усилия команды и средства проекта были направлены на поддержание в работоспособном состоянии и развитие сети регистрации геоиндуктированных токов (ГИТ) и вариаций магнитного поля Земли в Кольско-Карельской электроэнергетической системе. Разработан новый принцип и устройство регистрации ГИТ для бесконтактного измерения переменных и квазипостоянных токов в фазных проводах воздушных линий (ВЛ) электропередачи дифференциальным методом. За семь месяцев опытной эксплуатации устройства подтверждена перспективность дифференциального метода для измерения геоиндуктированных токов в проводах ВЛ. Разработан и изготовлен макет низкобюджетного трехкомпонентного датчика магнитного поля Земли на двух микросборках двухканального магниторезистивного сенсора HMC1002 компании Honeywell. Поданы заявки на регистрацию программ для ЭВМ «Программа для обработки данных и управления настройками трехкомпонентного магниторезистивного датчика магнитного поля Земли» и «Программа микроконтроллера AVR трехкомпонентного магниторезистивного датчика магнитного поля Земли». В 2023 г. закуплены комплектующие и расходные материалы и изготовлен макет датчика, который в начале ноября установлен в обсерватории Ловозеро. Опытная эксплуатация показала, что разработанное устройство может успешно использоваться в тех системах мониторинга геомагнитной обстановки, где не предъявляются высокие требования к точности и разрешающей способности датчиков. Приобретен персональный компьютер, который используется как файловый сервер для хранения архивов базы данных и как веб-сервер для обслуживания запросов к базе данных Geomagnetically induced currents in the "Northern Transit" transmission lines, размещенной по адресу http://gic.en51.ru (DOI: 10.37614/gic.en51.ru). Проанализирован рост ГИТ во время двух типов магнитных бурь: вызванной приходом магнитного облака при корональном выбросе массы (CME) и высокоскоростным потоком солнечного ветра, создающим коротирующую область взаимодействия (CIR). Показано, что CIR магнитная буря, несмотря на заметно меньшую интенсивность, приводит к заметно более высоким скачкам ГИТ, чем CME магнитная буря. При прогнозе воздействия космической погоды на технологические системы необходимо в одинаковой степени учитывать не только CME, но и CIR магнитные бури. Выполнены исследования 140 событий с наибольшими амплитудами ГИТ на подстанции 330 кВ Выходной, зарегистрированные в 2012–2018 гг. Показано, что основная часть событий с большими ГИТ происходит при отрицательном и убывающем Dst индексе. Около 30% событий происходят на фазе восстановления бурь, то есть при отрицательных Dst и положительной производной. Это создает положительные перспективы для разработки систем предупреждений об экстремальных значениях ГИТ. Показано, что при сильных бурях в полосах геомагнитных широт от +40º до + 60º и от -40º до -60º следует ожидать наиболее сильных проявлений действия индукционных геоэлектрических полей, связанных с изменениями геомагнитного поля, вызванными развитием и динамичными перестройками токовых систем в магнитосфере. Наблюдаются также экваториальные максимумы во всех трёх параметрах, характеризующих развитие возмущений, а именно рассчитанного геоэлектрического поля, производной по времени горизонтального геомагнитного поля и амплитуды горизонтальной компоненты магнитного поля. Развитие этих максимумов может быть связано с совместным влиянием экваториального электроджета и кольцевого тока. Для расчетной оценки ГИТ в узловых подстанциях построена модель участка магистральной электрической сети «Северный транзит». В модель вошли 13 подстанций и 12 воздушных линий напряжением 330 кВ, 6 подстанций и 9 воздушных линий напряжением 150 и 220 кВ. Для единичных значений компонент электрического поля для каждой подстанции 330 кВ вычислены коэффициенты, входящие в формулу для расчета ГИТ в нейтралях трансформаторов 330 кВ Кольско-Карельской энергосистемы в зависимости от величины геоэлектрического поля и конфигурации электрической сети в нормальных, ремонтных и аварийных режимах работы. Разработан метод детектирования ГИТ в токе нейтрали автотрансформатора, основанный на непрерывном вейвлет-преобразовании и сверточной нейронной сети (СНС). Метод основан на бинарной классификации скейлограмм токов. Для обучения модели СНС был создан набор данных, содержащий 800 изображений скейлограмм двух классов: ГИТ и геомагнитно «спокойные» часы. В результате сравнения производительностей четырех СНС с разной архитектурой, была выбрана модель, которая показала высокую эффективность классификации ГИТ на валидационной выборке. В дальнейших исследованиях планируется провести анализ 12-летних данных системы мониторинга ГИТ c использованием предложенного классификатора, основанного на СНС, для выявления участков линий, наиболее подверженных геомагнитным воздействиям, а также для разработки мероприятий по защите оборудования от влияния ГИТ. Результаты выполненного численного моделирования показали, что снижение опасности воздействия ГИТ достигается: - установкой токоограничивающих элементов в нейтралях подверженных воздействию ГИТ трансформаторов (как показывают расчеты, заземление нейтрали трансформатора через элемент с активным сопротивлением 5-10 Ом (это может быть токоограничивающий реактор, в том числе) снижает ГИТ до безопасных значений); - установкой комплекса продольной компенсации реактивной мощности (емкостной элемент продольной компенсации разрывает путь протекания квазипостоянного ГИТ); - недопущением разрывов транзита во время сильных геомагнитных возмущений (организационное мероприятие); - внедрением цифровых устройств релейной защиты и автоматики, в меньшей степени подверженных влиянию искажений сигналов в трансформаторах тока в периоды геомагнитных возмущений. Это мероприятие так же позволит перейти на волоконно-оптические преобразователи тока, в которых в принципе нет насыщающихся элементов.