Теоретические и экспериментальные исследования геоиндуктированных токов в магистральной электрической сети «Северный транзит»

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-00413

НазваниеТеоретические и экспериментальные исследования геоиндуктированных токов в магистральной электрической сети «Северный транзит»

Руководитель Селиванов Василий Николаевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-305 - Физические аспекты получения, преобразования и передачи электроэнергии

Ключевые слова геомагнитные бури, геоиндуктированные токи, магистральные линии электропередач, трансформатор, мониторинг

Код ГРНТИ45.03.09

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Мировой опыт показал, что геомагнитные бури (ГМБ) являются причиной разнообразных функциональных нарушений и аварий электрооборудования в системах проводной связи, в электроэнергетических системах, системах сигнализации и связи на железнодорожном транспорте, в системах антикоррозионной защиты магистральных нефтегазопроводов, в системах управления и контроля, которые интенсивно оснащаются новой микропроцессорной техникой, высокочувствительной к помехам [1-4]. Основным негативным фактором воздействия ГМБ является генерирование геоиндуктированных токов (ГИТ), возникающих в протяженных наземных и подземных проводящих коммуникациях, имеющих гальваническую связь с окружающей землей не менее чем в двух пространственно разделенных точках. В случае протекания ГИТ в протяженной электрической сети с трансформаторами или автотрансформаторами с глухозаземленной нейтралью, кривая намагничивания трансформаторов может сместиться, что приведет к полупериодному насыщению сердечника. Это приводит к многократному возрастанию токов намагничивания, что, в свою очередь, приводит к нарушениям симметрии передачи энергии по фазам, появлению высших гармоник, перегреву стали сердечников, резкому росту вибраций, и в конечном итоге, к ускоренному старению изоляции силовых трансформаторов и нарушениям электроснабжения. Кроме того, геомагнитное воздействие носит кумулятивный эффект, снижая срок службы трансформатора. В итоге, при наиболее опасных геомагнитных возмущениях, в некоторых энергосистемах возможно возникновение серьезных аварий, подобных тем, что произошли в конце прошлого века в пик геомагнитной активности в северных районах США и Канады [5]. В электрических сетях России не предусмотрена фиксация отключений и повреждений, вызванных действием ГМБ. В ряде энергосистем (Колэнерго, Норильск, Хантайская ГЭС) проводились регистрации ГИТ в нейтралях трансформаторов тупиковых подстанций. Обнаружена корреляция этих токов с магнитограммами ГМБ. Был выполнен анализ аварий, причины которых не установлены, в трех энергосистемах: АО Колэнерго, АО Карелэнерго и АО Архэнерго. В результате была установлена хорошая корреляция между К-индексом (характеризующим уровень возмущения магнитного поля Земли в 3-х часовом интервале) и отключениями в сетях по неустановленным причинам. Следует отметить, что в Финляндии, расположенной в условиях, сходных с северо-западом России, изучение воздействия ГМБ на электрические сети проводится непрерывно с 1977 года. Прямыми измерениями установлено, что в сетях напряжением 400 кВ во время больших магнитных бурь индуктируются ГИТ амплитудой до 200 А, в том числе и на юге Финляндии в линии электропередачи, идущей к АЭС "Loviisa" [6]. Таким образом, для Российской энергетики задача защиты энергосистем от воздействия ГМБ является также актуальным аспектом их надежности и безопасности. Как и в зарубежных странах, проблема отрицательного воздействия ГМБ на электрические сети будет неминуемо возрастать. Это связано также с дальнейшим ускоренным развитием энергосистем в северных регионах в связи с изменение геополитической обстановки на южных границах: потерей энергетических источников и коммуникаций, экономической нестабильностью. По этим же причинам большее значение будут приобретать оборонный и космический комплексы Севера страны, энергетические коммуникации которых также подвержены действию ГМБ. Кольский научный центр РАН совместно с Полярным геофизическим институтом с 1986 г. проводит работы по исследованию влияния геомагнитных бурь на состояние электрических сетей и трансформаторных подстанций на Кольском полуострове и в Карелии. В 2011 г. в рамках международного проекта EURISGIC – European Risk from Geomagnetically Induced Currents (грант Европейского Союза EURISGIC FP7-SPACE-2010-1 №260330) [7] была создана региональная система мониторинга токов в нейтралях трансформаторов, накопившая значительный массив информации о влиянии геомагнитных возмущений на магистральную электрическую сеть протяженностью 800 км [8]. Система мониторинга включает в себя три устройства регистрации ГИТ на подстанциях 330 кВ «Выходной», «Лоухи» и «Кондопога», сервер сбора, хранения и обработки данных, веб-сервер http://eurisgic.org, магнитовариационную станцию LOZ (Ловозеро). Система работает в автоматическом режиме, размещая результаты в базе данных в почти реальном времени. За десять лет бесперебойной и непрерывной работы оборудование физически и морально устарело, требует обновления и постоянного обслуживания. Также значительные средства расходуются на поездки к местам установки регистраторов в Мурманской области и Карелии, а также услуги связи на передачу данных мониторинга. Поэтому, одной из задач проекта является поддержание в актуальном состоянии уникальной не только в России, но и в мире системы мониторинга геоиндуктированных токов. Фундаментальной задачей проекта является анализ воздействия геомагнитных бурь на надежность функционирования проводных коммуникаций в зонах, где наблюдаются авроральные возмущения, т. е. в Арктической зоне России. Для достижения этой цели в проекте предусматривается теоретическое и экспериментальное исследование распределения геоиндуктированных токов в сложных системах протяженных воздушных проводников; проведение исследований влияния геоиндуктированных токов на оборудование энергетических систем; разработка рекомендаций по повышению надежности и безопасности эксплуатации оборудования. 1. V.D. Albertson, J.G. Kappenman, N. Mohan, and G.A. Skarbakka, “Load-ﬂow studies in the presence of geomagnetically-induced currents,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-100, pp. 594–606, Feb. 1981. 2. A. Vilianen, and R. Pirjola, "Finnish geomagnetically induced currents project," IEEE Power Eng. Rev., vol. 15, no. 1, pp. 20-21, Jan. 1995. 3. D.H. Boteler, "Assessment of geomagnetic hazard to power systems in Canada," Nat. Hazards, vol. 23, no. 2-3, pp. 101-120, March 2001. 4. M. Myllys, A. Viljanen, Ø.A. Rui, and T.M. Ohnstad, “Geomagnetically induced currents in Norway: The northernmost high-voltage power grid in the world,” J. Space Weather Space Clim., vol. 4, no. A10, 2014. 5. L. Bolduc, “GIC observations and studies in the Hydro-Quebec system,” Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 64. 1793-1802. 2002. 6. A. Viljanen, O. Amm, and R. Pirjola “Modeling geomagnetically induced currents during different ionospheric situations,” J. of Geophysical Research, vol. 104, no. A12, pp. 28,059-28,071, December 1, 1999. 7. A. Viljanen, “European project to improve models of geomagnetically induced currents,” Space Weather, no. 9, p. S07007, 2011. 8. M.B. Barannik, A.N. Danilin, Yu.V. Kat’kalov, V.V. Kolobov, Ya.A. Sakharov, V.N. Selivanov, A “System for Recording Geomagnetically Induced Currents in Neutrals of Power Autotransformers”, Instruments and Experimental Techniques, 2012, Vol. 55, No. 1. pp. 110–115.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Деспирак И.В., Сецко П.В., Сахаров Я.А., Любчич А.А., Селиванов В.Н., Валев Д. Observations of Geomagnetic Induced Currents in Northwestern Russia: Case Studies Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 62, No. 6, pp. 711-723 (год публикации - 2022)
10.1134/S0016793222060032

2. Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Билин В.А., Сахаров Я.А. Результаты длительного мониторинга геоиндуктированных токов в магистральной электрической сети «Северный транзит» Семнадцатая ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 7-11 февраля 2022 г., С. 256 (год публикации - 2022)

3. Аксенович Т.В., Билин В.А., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н. Wavelet analysis of geomagnetically induced currents during the strong geomagnetic storms Russian Journal of Earth Sciences, Vol. 22, No 6, ES6012 (год публикации - 2022)
10.2205/2022ES000825

4. Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Билин В.А., Колобов В.В., Сахаров Я.А. Database of geomagnetically induced currents in the main transmission line «Northern Transit» Solar-Terrestrial Physics, Vol. 9, Iss. 3, P. 93–101 (год публикации - 2023)
10.12737/stp-93202311

5. Сахаров Я.А., Золотой С.А., Мёрзлый А.М., Садовский А.М., Петрукович А.А., Янаков А.Т., Никифоров О.В., Селиванов В.Н. Evaluating the impact of magnetospheric disturbances on energy systems in middle latitudes Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 7, pp. 994–998 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823702271

6. Дэспирак И.В., Сецко П.В., Сахаров Я.А., Любчич А.А., Селиванов В.Н. Geomagnetically induced currents during supersubstorms on September 7–8, 2017 Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 7, pp. 999–1006 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823702283

7. Шевелева Д.А., Апатенков С.В., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н., Гордеев Е.И. Characteristics of solar wind and geomagnetic conditions of extreme geomagnetically induced currents at the Vykhodnoy station (2012–2018) Cosmic Research, Vol. 61, No. 1, pp. 34–37 (год публикации - 2023)
10.1134/S0010952523010057

8. Селиванов В.Н., Сахаров Я.А. Мониторинг внешних электромагнитных воздействий в Арктической зоне России Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций в Арктической зоне Российской Федерации : материалы научно-практической конференции, 4–7 апреля 2023 года. – Мурманск : МАГУ., С. 287-289 (год публикации - 2023)

9. Аксенович Т.В., Селиванов В.Н., Билин В.А., Сахаров Я.А. Исследование спектральных характеристик геоиндуктированных токов во время сильных магнитных бурь 24-го солнечного цикла Тезисы докладов восемнадцатой ежегодной конференции "Физика плазмы в солнечной системе", 6-10 февраля 2023 г., ИКИ РАН, Москва., С. 372 (год публикации - 2023)

10. Селиванов В.Н., Сахаров Я.А., Колобов В.В., Аксенович Т.В., Билин В.А. Регистрация геоиндуктированных токов в линиях электропередачи дифференциальным методом Тезисы докладов восемнадцатой ежегодной конференции "Физика плазмы в солнечной системе", 6-10 февраля 2023 г., ИКИ РАН, Москва., С. 373 (год публикации - 2023)

11. Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Сахаров Я.А., Билин В.А., Мёрзлый А.М., Золотой С.А. Функция отклика ЛЭП «Карельский транзит» на однородное геоэлектрическое поле Physics of auroral phenomena: abstracts of 46th annual seminar, 13-17 March 2023, Apatity, С. 28 (год публикации - 2023)

12. Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Билин В.А., Колобов В.В., Сахаров Я.А. Registration of geoinduced currents in overhead transmission lines by the differential method Physics of auroral phenomena: abstracts of 46th annual seminar, 13-17 March 2023, Apatity, С. 22 (год публикации - 2023)

13. Аксенович Т.В., Селиванов В.Н. A deep learning approach for automated classification of geomagnetically induced current scalograms Applied Sciences (год публикации - 2023)

14. Аксенович Т.В., Селиванов В.Н. A deep learning approach for automated classification of geomagnetically induced current scalograms Applied Sciences (год публикации - 2023)

Публикации