Наука и технологические разработки: статья

ВЛИЯНИЕ ГЕОМАГНИТНОЙ БУРИ НА НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ПОЛЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
В.Б. Белаховский 1, В.А. Пилипенко 2,3, Я.А. Сахаров 1,2, В.В. Вахнина 4, В.Н. Селиванов 5
1 Полярный геофизический институт
2 Геофизический центр РАН
3 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
4 Тольяттинский государственный университет
5 Центр физико-технических проблем энергетики Севера,
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 103
Номер: 1
Год: 2024
Страницы: 36-51
УДК: 550.831.015+550.831.23
DOI: 10.21455/std2024.1-3
Ключевые слова: магнитные бури, геоиндуцированные токи, линии электропередачи, КНЧ-излучения
Аннотация: Высказано предположение, что излучения крайне низкой частоты (КНЧ) могут служить косвенным дистанционным средством обнаружения перегрузки в работе энергетических сетей, вызванной геоиндуцированными токами (ГИТ). Анализ данных системы регистрации ГИТ в трансформаторах линии электропередачи (ЛЭП), а также данных магнитометра и КНЧ-приемника на Кольском полуострове во время магнитной бури 7–8 сентября 2017 г. показал, что интенсивности излучения на промышленной частоте 50 Гц и ее третьей гармонике 150 Гц возрастают при увеличении ГИТ. По-видимому, под воздействием ГИТ передаваемые токи в ЛЭП оказываются несбалансированными, так что линия становится крупномасштабной антенной и излучает как на основной частоте переменного тока, так и на ее гармониках. Обнаруженный эффект усиления дисбаланса токов в ЛЭП ранее не отмечался в качестве возможного фактора воздействия космической погоды на энергетические системы.
Список литературы: Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энерго-атомиздат, 1990. 319 с.

Вахнина В.В., Кувшинов А.А., Шаповалов В.А., Кузнецов В.Н., Селемир В.Д., Карелин В.И., Горохов В.В. Механизмы воздействия квазипостоянных геоиндуцированных токов на электрические сети. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2018. 254 с.

Вахнина В.В., Кувшинов А.А., Кретов Д.А., Черненко А.Н., Пудовинников Р.Н. Моделирование воздействия геоиндуцированных токов на изолированную энергосистему // Промышленная энергетика. 2022. № 3. C.2–11. https://doi.org/10.34831/EP.2022.10.38.001

Взаимодействие электромагнитных полей контролируемых источников СНЧ-диапазона с ионосферой и земной корой: Материалы Всероссийского научно-практического семи-нара. Т. 1 / Гл. ред. Е.П. Велихов. Апатиты: ГИ КНЦ РАН, 2014. 206 с.

Дэспирак И.В., Клейменова Н.Г., Громова Л.И., Громов С.В., Малышева Л.М. Суперсуб-бури во время бурь 7–8 сентября 2017 // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 3. С.308–317. https://doi.org/10.31857/S0016794020030049

Кобелев А.В., Зыбин А.А. Современные проблемы высших гармоник в городских системах электроснабжения // Вестник ТГТУ. 2011. Т. 17, № 1. C.187–191.

Костров А.В., Гущин M.E., Стриковский А.В. Формирование и излучение высоких гармоник промышленными линиями электропередач // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57, № 4. С.522–531. https://doi.org/10.7868/S0016794017030099

Пилипенко В.А. Воздействие космической погоды на наземные технологические системы // Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 3. С.72–110. https://doi.org/10.12737/szf-73202106

Пилипенко В.А., Белаховский В.Б., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н. Воздействие магнитной бури 7–8 сентября 2017 г. на электроэнергетическую систему // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9, № 5-4. С.29–35. https://doi.org/10.25702/Ksc.2307-5252.2018.9.5.29-35

Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Климов С.И. Электромагнитное загрязнение околоземного космического пространства излучением ЛЭП // Солнечно-земная физи-ка. 2021. Т. 7, № 3. С.111–119. https://doi.org/10.12737/szf-73202107

Пилипенко В.А., Черников А.А., Соловьев А.А., Ягова Н.В., Сахаров Я.А., Кудин Д.В., Ко-старев Д.В., Козырева О.В., Воробьев А.В., Белов А.В. Влияние космической погоды на надежность функционирования транспортных систем на высоких широтах // Rus. J. Earth Sci. 2023. Т. 23, № 2. Ст. ES2008. 34 с. https://doi.org/10.2205/2023ES000824

Селиванов В.Н., Сахаров Я.А. Влияние геоиндуцированных токов на содержание гармоник в силовых трансформаторах // Известия РАН. Серия физическая. 2021. Т. 85, № 3. С.416–421. https://doi.org/10.31857/S0367676521030248

Селиванов В.Н., Данилин А.Н., Колобов В.В., Сахаров Я.А., Баранник М.Б. Результаты дли-тельных регистраций токов в нейтралях силовых трансформаторов // Труды Кольского научного центра РАН. 2010. № 1 (1). С.84–91.

Селиванов В.Н., Баранник М.Б., Данилин А.Н., Колобов В.В., Сахаров Я.А. Исследование влияния геомагнитных возмущений на гармонический состав токов в нейтралях авто-трансформаторов // Труды Кольского научного центра РАН. 2012. № 1 (8). С.60–68.

Селиванов В.Н., Баранник М.Б., Билин В.А., Ефимов Б.В., Колобов В.В., Сахаров Я.А. Ана-лиз результатов многолетнего мониторинга токов в нейтралях автотрансформаторов // Вестник МГТУ. 2018. Т. 21, № 4. С.607–615. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-4-607-615

Селиванов В.Н., Аксенович Т.В., Билин В.А., Колобов В.В., Сахаров Я.А. База данных гео-индуцированных токов в магистральной электрической сети “Северный транзит” // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9, № 3. С.100–110. https://doi.org/10.12737/szf-93202311

Сероветников А.С., Сивоконь В.П. Вариации спектра тока трансформатора, подверженного воздействию геомагнитно-индуцированных токов // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2015. № 1. C.15–18.

Сивоконь В.П., Сероветников А.С., Писарев А.В. Высшие гармоники как индикатор гео-магнитно-индуцированных токов // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011. № 3. C.30–34.

Трищенко Л.Д. Геомагнитные возмущения и системы электроснабжения и проводной связи // Плазменная гелиофизика. Т. 2. М.: Физматлит, 2008. С.213–219.

Belakhovsky V.B., Pilipenko V.A., Sakharov Ya.A., Selivanov V.N. Substorm influence on GIC registered in electric power lines: The magnetic storm of 7–8 September 2017 // Phys. Auro-ral Phenom. 2019. Т. 42, № 1. С.5–12. https://doi.org/10.25702/KSC.2588-0039.2019.42.9-12

Barnes P.R., Van Dyke J.W. Economic consequences of geomagnetic storms (a summary) // IEEE Power Eng. Rev. 1990. V. 10, Iss. 11. P.3–4. https://doi.org/10.1109/39.60450

Clilverd M.A., Rodger C.J., Brundell J.B., Dalzell M., Martin I., Mac Manus D.H., Thomson N.R., Petersen T., Obana Y. Long-lasting geomagnetically induced currents and harmonic distortion observed in New Zealand during the 7–8 September 2017 disturbed period // Space Weather. 2018. V. 16, Iss. 6. P.704–717. https://doi.org/10.1029/2018SW001822

De Santis A., De Franceschi G., Spogli L., Perrone L., Alfonsi L., Qamili E., Cianchini G., Di Giovambattista R., Salvi S., Filippi E., Pavón-Carrasco F.J., Monna S., Piscini A., Battiston R., Vitale V., Picozza P.G., Conti L., Parrot M., Pinçon J.-L., Balasis G., Tavani M., Argan A., Piano G., Rainone M.L., Liu W., Tao D. Geospace perturbations induced by the Earth: The state of the art and future trends // Phys. Chem. Earth. 2015. V. 85–86. P.17–33. https://doi.org/10.1016/j.pce.2015.05.004

Eastwood J.P., Biffis E., Hapgood M.A., Green L., Bisi M.M., Bentley R.D., Wicks R., McKinnell L.-A., Gibbs M., Burnett C. The economic impact of space weather: Where do we stand? // Risk Analysis. 2017. V. 37, Iss. 2. P.206–218. https://doi.org/10.1111/risa.12765

Engebretson M.J., Simms L.E., Pilipenko V.A., Bouayed L., Moldwin M.B., Weygand J.M., Hartinger M.D., Xu Zh., Clauer C.R., Coyle S., Willer A.N., Freeman M.P., Gerrard A.J. Geomagnetic disturbances that cause GICs: Investigating their interhemispheric conjugacy and control by IMF orientation // J. Geophys. Res. Space Phys. 2022. V. 127, Iss. 10. Art. e2022JA030580. 23 p. https://doi.org/10.1029/2022JA030580

Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. Modeling ELF electromagnetic field in the upper ionosphere from power transmission lines // Radio Sci. 2020. V. 55, Iss. 7. Art. e2019RS006943. 12 p. https://doi.org/10.1029/2019RS006943

Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A. Electromagnetic response of the mid-latitude ionosphere to power transmission lines // J. Geophys. Res. Space Phys. 2021. V. 126, Iss. 10. Art. e2021JA029659. 19 p. https://doi.org/10.1029/2021JA029659

García R.M., Novas N., Alcayde A., El Khaled D., Fernández-Ros M., Gázquez J. Progress in the knowledge, application and influence of extremely low frequency signals // Appl. Sci. 2020. V. 10, Iss. 10. Art. 3494. 31 p. https://doi.org/10.3390/app10103494

Gaunt C.T. Why space weather is relevant to electrical power systems // Space Weather. 2016. V. 14, Iss. 1. P.2–9. https://doi.org/10.1002/2015SW001306

Hübert J., Beggan C.D., Richardson G.S., Martyn T., Thomson A.W.P. Differential magnetometer measurements of geomagnetically induced currents in a complex high voltage network // Space Weather. 2020. V. 18, Iss. 4. Art. e2019SW002421. 15 p. https://doi.org/10.1029/2019SW002421

Marti L., Yiu C. Real-time management of geomagnetic disturbances: Hydro One’s eXtreme space weather control room tools // IEEE Electrification Magazine. 2015. V. 3, Iss. 4. P.46–51. https://doi.org/10.1109/MELE.2015.2480637

Němec F., Santolík O., Parrot M., Berthelier J.J. Power line harmonic radiation: A systematic study using DEMETER spacecraft // Adv. Space Res. 2007. V. 40, Iss. 3. P.398–403. https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.01.074

Němec F., Santolík O., Parrot M., Bortnik J. Power line harmonic radiation observed by satellite: Properties and propagation through the ionosphere // J. Geophys. Res. Space Phys. 2008. V. 113, Iss. A8. Art. A08317. 9 p. https://doi.org/10.1029/2008JA013184

Němec F., Parrot M., Santolík O. Power line harmonic radiation observed by the DEMETER spacecraft at 50/60 Hz and low harmonics // J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. V. 120, Iss. 10. P.8954–8967. https://doi.org/10.1002/2015JA021682

Portillo F., Alcayde A., García R.M., Novas N., Gázquez J.A., Férnadez-Ros M. Grid frequency measurement through a PLHR analysis obtained from an ELF magnetometer // Sensors. 2022. V. 22, Iss. 8. Art. 2954. 16 p. https://doi.org/10.3390/s22082954

Qiu Q., Fleeman J.A., Ball D.R. Geomagnetic disturbance: A comprehensive approach by Amer-ican Electric Power to address the impacts // IEEE Electrification Magazine. 2015. V. 3, Iss. 4. P.22–33. https://doi.org/10.1109/MELE.2015.2480615

Viljanen A., Pulkkinen A., Pirjola R., Pajunpää K., Posio P., Koistinen A. Recordings of geo-magnetically induced currents and a nowcasting service of the Finnish natural gas pipeline system // Space Weather. 2006. V. 4, Iss. 10. Art. S10004. 9 p. https://doi.org/10.1029/2006SW000234

Wu J., Fu J.-J., Zhang Ch. Propagation characteristics of power line harmonic radiation in the ionosphere // Chinese Phys. B. 2014. V. 23, N 3. Art. 034102. 8 p. https://doi.org/10.1088/1674-1056/23/3/034102

Wu J., Zhang Ch., Zeng L., Ma Q. Systematic investigation of power line harmonic radiation in near-Earth space above China based on observed satellite data // J. Geophys. Res. Space Phys. 2017. V. 122, Iss. 3. P.3448–3458. https://doi.org/10.1002/2016JA023131

Wu J., Guo Q., Yan X., Zhang Ch. Theoretical analysis on affecting factors of power line harmonic radiation // IEEE Transact. Plasma Sci. 2019. V. 47, Iss. 1. P.770–775. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2865827

Wu J., Guo Q., Yue Ch., Xie L., Zhang Ch. Special electromagnetic interference in the ionosphere directly correlated with power system // IEEE Transact. Electromagn. Compat. 2020. V. 62, Iss. 3. P.947–954. https://doi.org/10.1109/TEMC.2019.2918280

Zhang Ch., Ma Q. Influences of radiation from terrestrial power sources on the ionosphere above China based on satellite observation // IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2018. V. 153, Iss. 4. Art. 042002. 6 p. https://doi.org/10.1088/1755-1315/153/4/042002

Zhao Sh., Liao L., Shen X., Lu H., Zhima Z., Huang J., Zhou Ch. CSES satellite observations of 50 Hz power line radiation over Mainland China and its response to COVID-19 // J. Ge-ophys. Res. Space Phys. 2022. V. 127, Iss. 9. Art. e2022JA030693. 10 p. https://doi.org/10.1029/2022JA030693