極光雖然美麗,但地磁暴對電力系統的影響不容忽視

Mondo 科技 更新 2024-01-28

12月1日,一場相對明顯的地磁暴活動在北京、黑龍江北部、內蒙古呼倫貝爾等地引發極光。

華中科技大學物理學院教授吳慶文介紹:太陽爆發主要發生在11月27日左右,太陽在面向地球的方向上產生了三次比較大的物質拋射,並在30日左右到達地球,導致了我們觀測到的極光現象。 這次磁暴很強,所以在北京可以**。

什麼是地磁暴

地磁暴是一種典型的太陽爆發活動。 當太陽爆發時,會發生日冕物質拋射,一次拋射可以以每秒數百到數千公尺的高速將數億噸的太陽物質丟擲太陽表面。 這些物質不僅蘊含著巨大質量和速度的動能,還攜帶著太陽強大的磁能。 一旦它們撞擊地球,它們就會觸發地磁場方向和大小的變化,稱為地磁暴。

地磁暴的等級從低到高,等級為G1到G5,該地磁暴為G3級。

G1地磁暴。

這是一種輕微的地磁擾動,對人員和裝置的影響非常有限

G2地磁暴。

屬於中等程度的地磁干擾,可能會對一些高緯度地區的電力系統、導航裝置和通訊系統造成一些暫時性問題;

G3地磁暴。

它是一種強地磁干擾,可能對導航、通訊、電網等裝置產生嚴重影響,造成電網癱瘓、天氣預報錯誤等問題

G4地磁暴。

這是一種非常強的地磁干擾,將對世界裝置和網路產生極其嚴重的影響,甚至導致衛星和飛行癱瘓

G5地磁暴。

最嚴重的地磁暴級別可能導致全球電網崩潰、通訊裝置崩潰等災難性後果,對人類和社會穩定構成巨大威脅。

地磁暴對電力系統有什麼影響?

在強磁暴期間,地磁場會發生劇烈的擾動變化,在土壤電阻率高的地區,變化的地磁場會產生每公里幾伏到十幾伏的地表電位(ESP),持續時間從幾分鐘到幾小時不等。 在高壓和超高壓輸電系統中,由於電網變壓器的中性點直接接地,ESP會在東西向和長距離輸電線路和大地組成的電路中產生地磁感應電流(GIC)。 容易造成大型變壓器的半波飽和,縮短其使用壽命,在極端情況下會燒壞並造成永久性損壞。

同時,由於磁暴的發生是全球同步的,GIC會同時使整個電網中的數百台變壓器飽和,造成一些保護裝置跳閘等故障,導致供電系統電壓嚴重下降,導致系統崩潰, 從而造成大規模停電。

直接損壞:

1.振動和可聞雜訊大大增加

2、過熱、損耗增加;

3.吸收的無功功率急劇增加。

次要損壞:

1、對併聯補償電容器和靜態無功補償裝置的影響;

2、使繼電保護裝置誤動作;

3.對高壓直流輸電系統的影響。

歷史地磁暴

1989 年 3 月 13 日,由於一場巨大的磁暴,蒙特婁和魁北克地區有 600 萬人停電 9 小時。 美國東北部和瑞典的部分地區也發生了停電。

*來自網路,照片由Ken Spencer拍攝

2024年7月9日,一場地磁風暴襲擊了歐洲和北美,持續了幾天。 磁暴導致大量太空飛行器和衛星故障、航班延誤和取消、海上通訊中斷和電力故障。 據報道,磁暴造成了數百萬美元的經濟損失。

2024年3月18日,一場地磁風暴襲擊了地球。 風暴持續了幾個小時,造成了衛星通訊中斷、停電、航班延誤和取消等問題。 據報道,磁暴造成了數千萬美元的經濟損失。

江蘇羊綾輸電系統投運後,2024年3月至2024年10月,系統上河變電站變壓器多次出現無法解釋的雜訊異常和強烈振動事件,該站750MVA變壓器由日本三菱商事製造,經中日專家聯合分析,確認為GIC引起的直流偏置所致。

此外,江蘇省電力科學研究院原總工程師萬達認為,2024年3月13日東北赤峰電廠變壓器發生雜訊異常和強烈振動事件,也是由強磁暴引起的。

預防磁暴災害

針對災害磁暴對電力系統造成的綜合災害,主要從加強電網GIC監測能力和抑制電網GIC兩個方面。

據調查研究,中低緯度地區地磁變化不強,因此現場地面電場相對較小,因此GIC受運輸電路距離、電引數和電網拓撲結構等因素的影響略大。

因此,要想做好高壓電對太陽磁暴的預防,就必須在高壓電網的規劃設計過程中,對GIC的水平進行詳細評估例如,在高壓電網設計過程中必須注意變壓器隔離裝置的安裝,並有針對性地提高高壓電網的GIC容差,以最小的投資將太陽磁暴對高壓電網的危害降到最低。

*:中等能量測試。

地磁暴對人類社會的影響是巨大的。 因此,科學家們一直在研究地磁暴的成因和方法,以便更好地預防和應對地磁暴可能帶來的災害。

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