Исследование спектральных характеристик геоиндуцированных токов во время сильных магнитных бурь

Татьяна [Tatyana] Валерьевна [V.] Аксенович [Aksenovich]

doi:10.24160/1993-6982-2025-1-28-35

Татьяна [Tatyana] Валерьевна [V.] Аксенович [Aksenovich]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-1-28-35

Ключевые слова: геоиндуцированные токи, магнитная буря, автотрансформатор, непрерывное вейвлет-преобразование, северо-запад России

Аннотация

Основная задача электроснабжающих компаний по всему миру — бесперебойное питание потребителей. Магнитные бури, вызванные возросшей солнечной активностью, могут служить причиной аварийного отключения электроэнергии. Во время магнитных бурь в протяженных электрических сетях на поверхности Земли начинают протекать геоиндуцированные токи (ГИТ). Они, в свою очередь, становятся источником целого ряда негативных явлений, влияющих на нормальную работу всей электроэнергетической системы. История изучения этого явления показывает, что ГИТ во время сильных магнитных бурь приводили к нарушению электроснабжения отдельных регионов Канады, Швеции и США. С целью изучения этого явления и оценки рисков таких аварий для региональной системы на северо-западе России была создана система регистрации ГИТ в нейтралях автотрансформаторов 330 кВ Кольско-Карельского транзита. За 13 лет непрерывного мониторинга зафиксированы многочисленные случаи протекания высоких значений квазипостоянных токов разной длительности, индуцированных изменением геомагнитного поля. Для анализа токов выбрано вейвлет-преобразование, поскольку этот метод позволяет фиксировать не только состав частот, но и изменение спектральных характеристик во времени, что является немаловажным при изучении ГИТ. Представлен анализ полученных скейлограмм ГИТ для четырех событий 24-го солнечного цикла: 13 — 14 ноября 2012 г., 17 — 18 марта 2015 г., 7 — 8 сентября 2015 г. и 7 — 8 сентября 2017 г. Анализ показал, что характерная длительность пиков рассмотренных ГИТ составила от 4,6 до 11,1 мин.

Сведения об авторе

Татьяна [Tatyana] Валерьевна [V.] Аксенович [Aksenovich]

младший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», e-mail: t.aksenovich@ksc.ru

Литература

1. Boteler D.H. Assessment of Geomagnetic Hazard to Power Systems in Canada // Nat. Hazards. Springer. 2001. V. 23(2). Pp. 101—120.
2. Erinmez I.A., Kappenman J.G., Radasky W.A. Management of the Geomagnetically Induced Current Risks on the National Grid Company’s Electric Power Transmission System // J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2002. V. 64(5—6). Pp. 743—756.
3. Liu C.M., Liu L.G., Pirjola R. Geomagnetically Induced Currents in the High-voltage Power Grid in China // IEEE Trans. Power Deliv. 2009. V. 24(4). Pp. 2368—2374.
4. Belakhovsky V. e. a. Impulsive Disturbances of the Geomagnetic Field as a Cause of Induced Currents of Electric Power Lines // J. Sp. Weather Sp. Clim. 2019. V. 9. P. A18.
5. Molinski T.S. Why Utilities Respect Geomagnetically Induced Currents // J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2002. V. 64(16). Pp. 1765—1778.
6. Kappenman J.G. Geomagnetic Disturbances and Impacts upon Power System Operation // Electric Power Generation, Transmission, and Distribution: the Electric Power Engineering Handbook. N.-Y.: CRC Press, 2018. Pp. 1—22.
7. Falayi E.O. e. a. Investigation of Geomagnetic Induced Current at High Latitude During The Storm-time Variation // NRIAG J. Astronomy and Geophysics. 2017. V. 6(1). Pp. 131—140.
8. Adhikari B. e. a. Spectral Characteristic of Geomagnetically Induced Current During Geomagnetic Storms by Wavelet Techniques // J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2019. V. 192. P. 104777.
9. Xu W. e. a. Spectral Analysis of Geomagnetically Induced Current and Local Magnetic Field During the 17 March 2013 Geomagnetic Storm // Advances in Space Research. 2022. V. 69(9). Pp. 3417—3425.
10. Barannik M.B. e. a. A System for Recording Geomagnetically Induced Currents in Neutrals of Power Autotransformers // Instruments Exp. Tech. 2012. V. 55(1). Pp. 110—115.
11. Torrence C. e. a. A Practical Guide to Wavelet Analysis // BAMS. 1998. V. 79(1). Pp. 61—78.
12. Lee G.R. e. a. PyWavelets: a Python Package for Wavelet Analysis // J. Open Source Software. 2019. V. 4(36). P. 1237.
13. Watari S. Geomagnetic Storms of Cycle 24 and Their Solar Sources Global Data Systems for the Study of Solar-terrestrial Variability 3. Space Science // Earth Planets and Space. 2017. V. 69(1). Pp. 1—8.
14. Wu C.C. e. a. The First Super Geomagnetic Storm of Solar Cycle 24: "The St. Patrick’s Day Event (17 March 2015)" // Earth Planets and Space. 2016. V. 68(1). Pp. 1—12.
15. Dimmock A.P. e. a. The GIC and Geomagnetic Response Over Fennoscandia to the 7—8 September 2017 Geomagnetic Storm // Space Weather. 2019. V. 17(7). Pp. 989—1010.
16. Yagova N.V. e. a. Spatial Scale of Geomagnetic Pc5/Pi3 Pulsations as a Factor of Their Efficiency in Generation of Geomagnetically Induced Currents // Earth Planets and Space. 2021. V. 73(1). Pp. 1—13.
#
1. Boteler D.H. Assessment of Geomagnetic Hazard to Power Systems in Canada. Nat. Hazards. Springer. 2001;23(2):101—120.
2. Erinmez I.A., Kappenman J.G., Radasky W.A. Management of the Geomagnetically Induced Current Risks on the National Grid Company’s Electric Power Transmission System. J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2002;64(5—6):743—756.
3. Liu C.M., Liu L.G., Pirjola R. Geomagnetically Induced Currents in the High-voltage Power Grid in China. IEEE Trans. Power Deliv. 2009;24(4):2368—2374.
4. Belakhovsky V. e. a. Impulsive Disturbances of the Geomagnetic Field as a Cause of Induced Currents of Electric Power Lines. J. Sp. Weather Sp. Clim. 2019;9:A18.
5. Molinski T.S. Why Utilities Respect Geomagnetically Induced Currents. J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2002;64(16):1765—1778.
6. Kappenman J.G. Geomagnetic Disturbances and Impacts upon Power System Operation. Electric Power Generation, Transmission, and Distribution: the Electric Power Engineering Handbook. N.-Y.: CRC Press, 2018:1—22.
7. Falayi E.O. e. a. Investigation of Geomagnetic Induced Current at High Latitude During The Storm-time Variation. NRIAG J. Astronomy and Geophysics. 2017;6(1):131—140.
8. Adhikari B. e. a. Spectral Characteristic of Geomagnetically Induced Current During Geomagnetic Storms by Wavelet Techniques. J. Atmos. Solar-terrestrial Phys. 2019;192:104777.
9. Xu W. e. a. Spectral Analysis of Geomagnetically Induced Current and Local Magnetic Field During the 17 March 2013 Geomagnetic Storm. Advances in Space Research. 2022;69(9):3417—3425.
10. Barannik M.B. e. a. A System for Recording Geomagnetically Induced Currents in Neutrals of Power Autotransformers. Instruments Exp. Tech. 2012;55(1):110—115.
11. Torrence C. e. a. A Practical Guide to Wavelet Analysis. BAMS. 1998;79(1):61—78.
12. Lee G.R. e. a. PyWavelets: a Python Package for Wavelet Analysis. J. Open Source Software. 2019;4(36):1237.
13. Watari S. Geomagnetic Storms of Cycle 24 and Their Solar Sources Global Data Systems for the Study of Solar-terrestrial Variability 3. Space Science. Earth Planets and Space. 2017;69(1):1—8.
14. Wu C.C. e. a. The First Super Geomagnetic Storm of Solar Cycle 24: "The St. Patrick’s Day Event (17 March 2015)". Earth Planets and Space. 2016;68(1):1—12.
15. Dimmock A.P. e. a. The GIC and Geomagnetic Response Over Fennoscandia to the 7—8 September 2017 Geomagnetic Storm. Space Weather. 2019;17(7):989—1010.
16. Yagova N.V. e. a. Spatial Scale of Geomagnetic Pc5/Pi3 Pulsations as a Factor of Their Efficiency in Generation of Geomagnetically Induced Currents. Earth Planets and Space. 2021;73(1):1—13
---
For citation: Aksenovich T.V. Spectral Analysis of the Geomagnetically Induced Currents During Strong Magnetic Storms. Bulletin of MPEI. 2025;1:27—34. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-1-28-35.