Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2024.Т. 49. №4. C. 185-202. ISSN 2079-6641

ФИЗИКА
https://doi.org/10.26117/2079-6641-2024-49-4-185-202
Научная статья
Полный текст на русском языке
УДК 550.375

Содержание выпуска

Read English Version

Оценка величины геомагнитно-индуцированных токов в Центральном энергорайоне энергосистемы Камчатского края

А.Ю. Гвоздарев^{\ast}, В. П. Сивоконь, С.Ю. Хомутов

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, ул. Мирная, д. 7, Россия

Аннотация. Выполнено моделирование геоэлектрического поля, напряжений на линиях электропередачи (ЛЭП) и геомагнитно-индуцированных токов (ГИТ) в ЛЭП Центрального энергорайона энергосистемы Камчатского края во время экстремальной магнитной бури 10-11 мая 2024 г. При расчёте использована одномерная модель распределения удельного электрического сопротивления литосферы на территории Камчатки со средним удельным электрическим сопротивлением около 100 Ом·м. Учтена длина и ориентация ЛЭП, погонное сопротивление их проводов, сопротивление и количество трансформаторов на концевых подстанциях, а также эффект распределения ГИТ между соседними близко расположенными подстанциями в агломерации «Петропавловск-Камачский — Елизово». Показано, что амплитуда ГИТ во время бури могла достигать 1 А в ЛЭП 220 кВ «Мутновская ГеоЭС — подстанция (ПС) Авача» и ЛЭП 110 кВ «Елизово — Мильково», ориентированных вдоль меридиана, и 1.5 А в ЛЭП 110 кВ «Апача —Елизово». Оценка воздействия ГИТ на силовые трансформаторы показала, что наибольший эффект ожидается на ПС «Апача»: напряжённость генерируемого ГИТ в магнитопроводе магнитного поля составила 24 % от напряжённости рабочего магнитного поля. Такое воздействие неопасно для трансформатора, но может вызывать генерацию чётных гармоник.

Ключевые слова: геомагнитно-индуцированные токи, Камчатка, магнитные бури, моделирование, одномерная модель проводимости, коэффициент намагничивания сердечника

Получение: 23.10.2024; Исправление: 12.11.2024; Принятие: 19.11.2024; Публикация онлайн: 28.11.2024

Для цитирования. Гвоздарев А. Ю., Сивоконь В. П., Хомутов С.Ю. Оценка величины геомагнитно-индуцированных токов в Центральном энергорайоне энергосистемы Камчатского края // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2024. Т. 49. № 4. C. 185-202. EDN: QNQZMC . https://doi.org/10.26117/2079-6641-2024-49-4-185-202.

Финансирование. Работа выполнена в рамках Госзадания ИКИР ДВО РАН №124012300245-2

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут
ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

^{\ast}Корреспонденция: E-mail: gvozdarev@ikir.ru

Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License

© Гвоздарев А. Ю., Сивоконь В. П., Хомутов С. Ю., 2024

© ИКИР ДВО РАН, 2024 (оригинал-макет, дизайн, составление)

Список литературы

  1. Пилипенко В. А. Воздействие космической погоды на наземные технологические системы // Солнечно-земная физика, 2021. Т. 7, №3, С. 72-110 DOI: 10.12737/szf-73202106.
  2. Gaunt C. T., Coetzee G.Transformer failures in regions incorrectly considered to have low GIC-risk. 2007 IEEE Lausanne Power Tech, Lausanne, Switzerland, 2007, pp. 807-812 DOI: 10.1109/PCT.2007.4538419.
  3. Gil A., Berendt-Marchel M., Modzelewska R., Siluszyk A., Siluszyk M., Wawrzaszek A., Wawrzynczak A. Review of geomagnetically induced current proxies in mid-latitude European countries // Energies, 2023. vol. 16, pp. 7406. DOI: 10.3390/en16217406.
  4. Mac Manus D. H., Rodger C. J., Dalzell M., Thomson A. W.P., Clilverd M. A., Petersen T., et al. Long term geomagnetically induced current observations in New Zealand: Earth return corrections and geomagnetic field driver // Space Weather, 2017. vol. 15, no. 8, pp. 1020–1038 DOI: 10.1002/ 2017SW001635.
  5. Barbosa C. S., Hartmann G. A., Pinheiro K. J. Numerical modeling of geomagnetically induced currents in a Brazilian transmission line //Advances in Space Research, 2015. vol. 55, no. 4, pp. 1168–1179 DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.008.
  6. Hübert J., Beggan C. D., Richardson G. S., Gomez-Perez N., Collins A., Thomson A. W.P.Validating a UK geomagnetically induced current model using differential magnetometer measurements // Space Weather, 2024. vol. 22, no. 2, e2023SW003769 DOI:10.1029/2023SW003769.
  7. Albert D., Schachinger P., Bailey R.L., Renner H., Achleitner G. Analysis of longterm GIC measurements in transformers in Austria // Space Weather, 2022. vol. 20, no. 1, pp. e2021SW002912 DOI: 10.1029/2021SW002912.
  8. Zhang J. J., Wang C., Sun T. R., et al. GIC due to storm sudden commencement in low-latitude high voltage power network in China: Observation and simulation // Space Weather, 2015. vol. 13, pp. 643–655 DOI:10.1002/2015SW001263.
  9. Watari S., Nakamura S., Ebinara Y. Measurement of geomagnetically induced currents (GIC) around Tokyo // Earth, Planets and Space, 2021. vol. 73, pp. 102 DOI: 10.1186/s40623-021-01422-3.
  10. Marsal S., Torta J. M., Curto J. J., Canillas-Pérez V., Cid O., Ibañez M., Marcuello A.Validating GIC modeling in the Spanish power grid by differential magnetometry // Space Weather, 2021. vol. 19, no. 12 DOI:10.1029/2021SW002905.
  11. Caraballo R., González-Esparza J. A., Pacheco C. R., Corona-Romero P. Improved model for GIC calculation in the Mexican power grid // Space Weather, 2023. vol. 21, no. 10, e2022SW003202 DOI:10.1029/2022SW003202R.
  12. Espinosa K. V., Padilha A. L., Alves L. R., Schultz A., Kelbert A. Estimating geomagnetically induced currents in southern Brazil using 3-D Earth resistivity model // Space Weather, 2023. vol. 21, no. 4, e2022SW003166 DOI: 10.1029/2022SW003166.
  13. Matandirotya E., Cilliers P. J., Van Zyl R. R.Modeling geomagnetically induced currents in the South African power transmission network using the finite element method // Space Weather, 2015. vol. 13, pp. 185–195 DOI: 10.1002/2014SW001135.
  14. Švanda M., Smičková A., Výbošťoková T.,Modelling of geomagnetically induced currents in the Czech transmission grid // Earth Planets and Space, 2021. vol. 73, no. 1, 229 DOI: 10.1186/s40623- 021-01555-5.
  15. Селиванов В. Н., Аксенович Т. В., Билин В. А., Колобов В. В., Сахаров Я. А. База данных геоиндуцированных токов в магистральной электрической сети «Северный транзит» // Солнечно-земная физика, 2023. Т. 9, №3, С. 100-110 DOI: 10.12737/szf-93202311.
  16. Sakharov Ya. A., Yagova N. V., Bilin V. A., Selivanov V. N., Aksenovich T. V., Pilipenko V. A.Parameters influencing the efficiency of generation of geomagnetically induced currents by nonstorm Pc5-6/Pi3 geomagnetic pulsations // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2024. vol. 88, no. 3, pp. 289-295 DOI: 10.1134/S1062873823705421.
  17. Sivokon V.P.A New method for detecting geomagnetically induced currents //Russian Electrical Engineering, 2021. vol. 92, no. 11, pp. 685–690 DOI: 10.3103/S1068371221110146.
  18. Uchaikin E. O., Gvozdarev A. Y. Organization of monitoring of even harmonics amplitudes in the electricity networks of the Altai Republic as an indicator of space weather, 2023 / 2023 IEEE XVI International scientific and technical conference “Actual problems of electronic instrument engineering” (APEIE), (Novosibirsk, Russian Federation, 2023), pp. 450-454 DOI: 10.1109/APEIE59731.2023.10347597.
  19. Boteler D. H., Pirjola R. J. Numerical calculation of geoelectric fields that affect critical infrastructure // International journal of geosciences, 2019. vol. 10, pp. 930–949 DOI:10.4236/ijg.2019.1010053.
  20. Gvozdarev A.Yu., Kazantzeva O. V., Uchaikin E. O., Yadagaev E. G. Estimation of geomagnetically induced currents in the Altai republic power system according to the Baygazan magnetic station data // Bulletin KRASEC. Physical and mathematical sciences, 2023. vol. 45, no. 4, pp. 190-200 DOI: 10.26117/2079-6641-2023-45-4-190-200.
  21. Схема и программа развития энергетики Камчатского края на 2023–2027 годы, Официальный сайт Правительства Камчатского края https://kamgov.ru/minzkh/shema-i-programma-razvitia-energetiki-kamcatskogo-kraa.
  22. Провода для высоковольтных воздушных линий электропередачи компактированные типа Z марки AAAC-Z. Углич: ООО «Ламифил», 2024. 67 с.
  23. Белявский В. В., Алексанова Е. Д. Трехмерная геоэлектрическая модель южной части полуострова Камчатка // Физика Земли, 2014. №1, С. 11-32 DOI:10.7868/S0002333714010025.
  24. Alekseev D., Kuvshinov A., Palshin N. Compilation of 3D global conductivity model of the Earth for space weather applications // Earth, Planets and Space, 2015. vol. 67, pp. 108 DOI:10.1186/s40623-015-0272-5.
  25. Uchaikin E., Gvozdarev A., Kudryavtsev N. Assessment of the geomagnetically induced currents impact on the power transformers cores of the Altai Republic 110 kV power grid // E3S Web of Conferences, 2024. vol. 542, pp. 02002 DOI: 10.1051/e3sconf/202454202002.

Информация об авторах

Гвоздарев Алексей Юрьевич – кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка, Камчатский край, Россия, ORCID 0000-0002-0196-4712.

Сивоконь Владимир Павлович – доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка Камчатского края, Россия, ORCID 0000-0002-3661-7964

Хомутов Сергей Юрьевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, и.о. зав. Геофизической обсерватории «Паратунка», Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, с. Паратунка Камчатского края, Россия ORCID 0000-0002-6231-7041

Читать статьюСкачать статью