极光虽然美丽,但地磁暴对电力系统的影响不容忽视

小夏 科技 更新 2024-01-28

12月1日,一场相对明显的地磁暴活动在北京、黑龙江北部、内蒙古呼伦贝尔等地引发极光。

华中科技大学物理学院教授吴庆文介绍:太阳爆发主要发生在11月27日左右,太阳在面向地球的方向上产生了三次比较大的物质抛射,并在30日左右到达地球,导致了我们观测到的极光现象。 这次磁暴很强,所以在北京可以**。

什么是地磁暴

地磁暴是一种典型的太阳爆发活动。 当太阳爆发时,会发生日冕物质抛射,一次抛射可以以每秒数百到数千米的高速将数亿吨的太阳物质抛出太阳表面。 这些物质不仅蕴含着巨大质量和速度的动能,还携带着太阳强大的磁能。 一旦它们撞击地球,它们就会触发地磁场方向和大小的变化,称为地磁暴。

地磁暴的等级从低到高,等级为G1到G5,该地磁暴为G3级。

G1地磁暴。

这是一种轻微的地磁扰动,对人员和设备的影响非常有限

G2地磁暴。

属于中等程度的地磁干扰,可能会对一些高纬度地区的电力系统、导航设备和通信系统造成一些暂时性问题;

G3地磁暴。

它是一种强地磁干扰,可能对导航、通信、电网等设备产生严重影响,造成电网瘫痪、天气预报错误等问题

G4地磁暴。

这是一种非常强的地磁干扰,将对世界设备和网络产生极其严重的影响,甚至导致卫星和飞行瘫痪

G5地磁暴。

最严重的地磁暴级别可能导致全球电网崩溃、通信设备崩溃等灾难性后果,对人类和社会稳定构成巨大威胁。

地磁暴对电力系统有什么影响?

在强磁暴期间,地磁场会发生剧烈的扰动变化,在土壤电阻率高的地区,变化的地磁场会产生每公里几伏到十几伏的地表电位(ESP),持续时间从几分钟到几小时不等。 在高压和超高压输电系统中,由于电网变压器的中性点直接接地,ESP会在东西向和长距离输电线路和大地组成的电路中产生地磁感应电流(GIC)。 容易造成大型变压器的半波饱和,缩短其使用寿命,在极端情况下会烧坏并造成永久性损坏。

同时,由于磁暴的发生是全球同步的,GIC会同时使整个电网中的数百台变压器饱和,造成一些保护装置跳闸等故障,导致供电系统电压严重下降,导致系统崩溃, 从而造成大规模停电。

直接损坏:

1.振动和可闻噪声大大增加

2、过热、损耗增加;

3.吸收的无功功率急剧增加。

次要损坏:

1、对并联补偿电容器和静态无功补偿装置的影响;

2、使继电保护装置误动作;

3.对高压直流输电系统的影响。

历史地磁暴

1989 年 3 月 13 日,由于一场巨大的磁暴,蒙特利尔和魁北克地区有 600 万人停电 9 小时。 美国东北部和瑞典的部分地区也发生了停电。

*来自网络,照片由Ken Spencer拍摄

2024年7月9日,一场地磁风暴袭击了欧洲和北美,持续了几天。 磁暴导致大量航天器和卫星故障、航班延误和取消、海上通信中断和电力故障。 据报道,磁暴造成了数百万美元的经济损失。

2024年3月18日,一场地磁风暴袭击了地球。 风暴持续了几个小时,造成了卫星通信中断、停电、航班延误和取消等问题。 据报道,磁暴造成了数千万美元的经济损失。

江苏羊绫输电系统投运后,2024年3月至2024年10月,系统上河变电站变压器多次出现无法解释的噪声异常和强烈振动事件,该站750MVA变压器由日本三菱商事制造,经中日专家联合分析,确认为GIC引起的直流偏置所致。

此外,江苏省电力科学研究院原总工程师万达认为,2024年3月13日东北赤峰电厂变压器发生噪声异常和强烈振动事件,也是由强磁暴引起的。

预防磁暴灾害

针对灾害磁暴对电力系统造成的综合灾害,主要从加强电网GIC监测能力和抑制电网GIC两个方面。

据调查研究,中低纬度地区地磁变化不强,因此现场地面电场相对较小,因此GIC受运输电路距离、电参数和电网拓扑结构等因素的影响略大。

因此,要想做好高压电对太阳磁暴的预防,就必须在高压电网的规划设计过程中,对GIC的水平进行详细评估例如,在高压电网设计过程中必须注意变压器隔离装置的安装,并有针对性地提高高压电网的GIC容差,以最小的投资将太阳磁暴对高压电网的危害降到最低。

*:中等能量测试。

地磁暴对人类社会的影响是巨大的。 因此,科学家们一直在研究地磁暴的成因和方法,以便更好地预防和应对地磁暴可能带来的灾害。

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