地磁感应电流多学科交叉研究进展

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)是指地球变化磁场在地球表面导体中产生的感应电流,可对电网、油气管道、高铁等人造基础设施造成严重破坏,包括电力系统失效、通信干扰和电子设备损坏等,影响其稳定运行和功能。研究GIC的意义在于深入理解其产生机理及影响因素,为制定相应的预防和应对策略提供科学依据。论文在深入总结GIC研究进展的基础上,详细阐述了GIC的产生机理及影响因素,包括宇宙空间、地球环境和电力系统对GIC的影响;概述了GIC的研究现状,分别从空间物理、地球物理和电气工程领域对GIC进行了综合评述;进而详细介绍了GIC估算的步骤,包括地磁场数据与建模、地电场和导体中GIC的计算;并重点分析了不同地球物理参数对GIC估算结果的影响以及互相之间的差异;最后,对GIC研究面临的挑战、地球物理在相关问题解决中的潜在贡献以及研究未来进行展望。

地磁感应电流作用下三相五柱变压器无功功率定量分析

无功功率作为电力系统运行重要指标,其波动影响电力设备的安全稳定运行以及整个系统的电压稳定。为分析三相五柱变压器在地磁感应电流作用下的无功功率分布,根据变压器的实际参数,通过串联电阻及电压补偿的办法,建立三相五柱变压器磁场-电路耦合有限元计算模型,对不同大小地磁感应电流下的变压器无功功率进行定量分析。通过计算三相五柱空载及额定负载下无功功率的分布以及单相自耦变压器无功功率,发现随着地磁感应电流的增大,三相五柱空载及负载无功功率特性曲线均大体呈线性增加,且单相自耦变压器相较于三相五柱变压器无功曲线对于地磁感应电流更为敏感。并结合不同芯柱结构变压器的磁路特点,分析了无功差异变化的原因。研究结果可为地磁感应电流作用下三相五柱变压器稳定运行提供参考依据。

地磁感应电流对电网安全稳定运行的影响

太阳黑子异常活动而导致的具有准直流特性的地磁感应电流(geomagnetic induced current,GIC)的峰值远远高于变压器允许承受的直流量,已引起国内外多个电网相继发生电气设备受损和电网崩溃的事故。分析了GIC产生的机制,以及GIC致使变压器出现直流偏磁的原因。文中指出通过变压器的直流偏磁,GIC可能对交流电网的设备和电网的安全稳定运行构成威胁。详细分析了不同类型高压直流输电GIC存在的可能性,指出长距离高压直流输电只有在2种运行方式下,直流线路中才会出现GIC;正常运行时,该直流GIC不会危及直流输电的运行。最后提出了开展GIC对交直流系统安全稳定运行研究工作的建议。

考虑海岸效应影响的电网地磁感应电流的计算方法

与北欧、北美国家相比,我国大陆的磁纬低,同次地磁暴的地磁扰动(geomagnetic disturbance,GMD)相对较弱,对计算中低纬GMD地电场和电网GIC提出了更高的要求。为研究海岸效应对中低纬GMD地电场和电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的影响,以2004年11月9日地磁暴广东肇庆地磁台的GMD秒钟数据和广东沿海地区的大地构造资料为基础,建立了岭澳核电站沿海局部地区的一维和三维大地电导率模型,计算了GMD的地电场和岭澳核电站变压器中性点的GIC。结果表明,海岸效应对电网GIC的影响很大,在评估中低纬沿海电力系统的GIC灾害风险时,应充分考虑海岸效应的作用,以及使用地磁暴的秒钟GMD数据,能够获得更准确的计算结果。

地磁感应电流对变压器振动、噪声的影响

为研究太阳活动引起的地磁暴在电网中产生地磁感应电流对电网运行的不利影响,通过对岭澳核电站和上河变电站主变压器中性点电流实测数据与相关地磁台磁暴数据相关性的比较分析,说明了我国电网已经受到地磁暴的侵袭;通过分析比较正常运行变压器的振动噪声特性和地磁感应电流作用下变压器的振动噪声特性,认为地磁暴会引起变压器振动噪声的增大,江苏、浙江、广东等电网发现了大量变压器振动噪声异常的事件为地磁暴在输电线路中产生的地磁感应电流所致。目前,1000kV特高压工程已开工建设,与500kV电网相比,特高压线路的单位电阻更小,并且线路更长、建设规模更大,更易受到地磁暴的影响,因此磁暴影响问题迫切需要研究。

地磁感应电流对电力变压器危害的研究

本文采用时域和频域法，以一台三相心式变压器为例，进行了计算机仿真计算。作者分析了地磁感应电流（ＧＩＣ）对电力变压器磁化电流的影响，以及对无功功率、功率因数和效率的影响。最后通过实验进行了验证。

地磁感应电流对我国电网影响的初步分析

对于地磁感应电流(GIC)对电力系统的有害影响,国外进行过大量的研究,但国内研究不够广泛。随着我国西电东送、全国联网战略的逐步实施,将要形成大量东西走向的超高压、大容量、远距离输电线路。我国部分地区地理位置和地质结构与受到过GIC影响的一些国家相似,我国电网是否存在GIC影响问题需要进行研究。在给出电网GIC机理、特征的基础上,通过对磁暴影响实例和我国电网综合情况分析得出初步结论,指出研究我国电网GIC影响的必要性,并就相关问题提出建议。

地磁感应电流(GIC)的作用与评估

地磁感应电流(GIC)可能对各种人工长距离导电体造成影响与危害.地磁扰动产生的感应电场的强度与地磁场强度、地下电阻率结构相关,在导电系统内生成的GIC的强度则同时与导电系统的内在结构有关.计算了加拿大Manitoba省三个典型地区在2000年7月15日的一个强烈磁暴期间产生的感应电场.通过对地磁活动性的统计分析,估计加拿大魁北克电网可能经受的最大GIC达每相78A(一年一次)和234A(每十年一次).

在地磁感应电流作用时分析和计算电力变压器特性的一种新方法──时域和频域法

提出了在地磁感应电流（Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）作用时，分析和计算电力变压器特性的一种新方法。作者将时域中变压器的等效磁路法同频域中变压器的等效电路法有机地结合在一起，成功地用于分析和计算ＧＩＣ作用时三相电力变压器的特性。文中给出了非线性模型、求解原理。仿真和实验结果证明了本文的方法是正确的。

采用电网直流等效模型评估地磁感应电流水平的影响因素分析

由地磁暴引起的电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的频率很低,但并不为0,所以采用电网直流等效模型进行GIC水平评估时必然会产生误差。文章分析了线路等效电感、变压器等效电感和高压并联电抗器等效电感对采用电网直流等效模型评估GIC水平所产生误差的影响程度,通过仿真计算分析了变压器绕组联结组别和变压器铁心结构对变压器等效电感的影响,最后针对我国电网的特点,提出了用于评估超、特高压电网电磁感应电流水平的电网等效模型。

输电线路地磁感应电流常用算法分析与研究

针对江苏阳-淮输电系统、黑龙江等电网发现的多起磁暴对电气设备的影响事件,结合我国特高压、长距离输电工程建设,提出了研究磁暴在输电线路产生地磁感应电流(GIC)的分析算法。文中在研究我国电网GIC意义和电网GIC产生机理、特征基础上,对基于平面波、复镜像法等理论的4种输电线地面电势(ESP)常用算法进行了分析、比较,指出经改进、完善平面波理论能满足中低纬度地区GIC计算的需要,同时提出了MT法地质结构建模和各种影响因素处理方法及思路。针对阳-淮系统的初步计算表明,提出的算法是有效、可行的。

大地电导率横向变化对地磁暴感应电场H极化及地磁感应电流的影响

磁暴感应地电场在输电网、铁路、管线中产生地磁感应电流(GIC),对设备的正常运行产生不利影响。大地电导率的横向差异使磁暴感应地电场在海岸等复杂地质结构地区发生畸变,而"海岸效应"就是H极化情况下的一种典型畸变现象。本文考虑大地电导率的横向变化建立了分块模型,应用有限元法计算了H极化情况下磁暴感应地电流场的分布,定量分析电导率变化系数与地电场畸变现象之间的关系,揭示大地电导率横向差异对地电场分布的影响规律;假设变电站位于分界面附近,讨论电导率变化系数、变电站与分界面距离等因素对线路GIC的影响,为电网GIC的准确计算提供理论基础。

地磁感应电流作用下的变压器励磁电流谐波分析

分析了地磁感应电流作用下的变压器直流偏磁情况及励磁电流各次谐波幅值、变压器无功损耗情况,并通过分析得出了变化规律。

新疆2020年规划电网地磁感应电流的分布规律及敏感性分析

地磁扰动会在高压电网中诱发地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)。在相同感应地电场的作用下,高电压等级输电线路的GIC较大,准确计算超高压电网的GIC具有重要意义。以我国新疆2020年规划电网为例,只考虑750k V电压等级,建立了电网的GIC计算模型,分析了均匀地电场作用下规划电网中GIC的分布规律和方向敏感性,计算并分析了电网电阻参数对GIC的影响。利用2004年11月7日至8日的磁暴监测数据,评估了强磁暴作用下电网的GIC水平。计算结果表明,电网拓扑结构、感应地电场方向及电网参数对线路及变电站GIC影响较大,在1V/km的均匀场作用下,且末、布尔津等变电站会出现超过200A的GIC,个别线路GIC超过300A。输电线路电阻变化对GIC影响程度远大于变压器绕组电阻和接地电阻的影响程度。GIC与磁暴期间磁场变化率具有时间一致性,与所选事件强度相当的磁暴作用下,变电站和线路GIC最高可达96A和184A。

轨道电路的地磁感应电流监测数据分析

为了研究轨道电路地磁感应电流(GIC)监测数据特征及影响因素,对2015年6月23日京港客运专线鹤壁东站轨道电路GIC监测数据进行统计分析。轨道电路GIC监测数据与子午工程观测台站武汉九峰站地磁场数据有较强的相关性,与地磁场北向分量和东向分量显著相关,从统计学角度论证了轨道电路中监测电流主要由地磁暴产生。采用小波去噪法对轨道电路GIC监测数据进行降噪处理,可有效提高与地磁数据的相关性,并与平面波模型和分层大地模型的计算感应地电场进行多元回归分析,得到京港客运专线石武段轨道电路GIC的经验模型。研究结果可用于轨道电路GIC预测及特性分析,有助于理解地磁暴对信号轨道电路系统的影响。同时,轨道电路电磁环境复杂易受干扰,对轨道电路的GIC监测及模型建立提出了新的挑战。

抑制电网地磁感应电流的电容电阻优化布置方法

电网地磁感应电流（geomagnetically induced currents,GIC）导致变压器直流偏磁,从而威胁电网的安全运行。以往的电网GIC治理方法多限于采用单一的电容或电阻直流偏磁抑制装置,对于不同装置之间的搭配使用缺乏研究。该文研究电阻限流装置与电容隔直装置相互配合进行GIC综合治理的问题。首先考虑到自耦变压器的接线特点和电网拓扑结构,引入变压器有效GIC来描述变压器直流偏磁的严重程度,提出阻、容装置配合使用的GIC治理综合优化方法,以甘肃省主网为例构建等效仿真模型,采用多值编码遗传算法优化电容电阻的安装位置,与采用单一电容或电阻的优化结果相比,能以更少的装置台数达到预期治理效果。最后讨论电网结构发生轻微变化后综合优化治理方案的稳定性,提出新增装置的生成策略,将目标电网的最大有效GIC限制在允许范围内。

海岸效应对电网地磁感应电流的影响

地磁扰动(geomagnetic disturbance,GMD)感应地电场通过接地的中性点作用于电网产生地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC),给安全运行带来不利影响。海岸效应导致沿海地区地电场出现局部增强,显著影响GIC在电网中的分布。探明海岸效应对地电场畸变及GIC分布的影响程度是深入研究电网磁暴灾害的基础。建立了模拟海岸地区大地电导率结构的薄壳模型,基于有限元法求解了感应地电场的分布;分析计算结果,得出了电导率、频率、分界面距离等因素对GMD感应地电场畸变的影响规律;通过设置输电线路模型定量分析了海岸效应和电网GIC增强现象之间的关系。提出的方法和结果可为我国电网GIC风险评估、防治策略制定等提供理论依据。

地磁感应电流在三相电力变压器绕组中的流通路径分析

通过构建计及地磁感应电流(GIC)影响的交流系统仿真模型,研究了在不同运行条件下,GIC在Yg-Y接线与Yg-△接线变压器中GIC流通路径的特征。研究结果表明,在变压器三相绕组不对称饱和情况下,GIC在变压器三相绕组中非均匀分布,同时由于GIC的低频变化特征,GIC可能传变至变压器Y(△)侧,对继电保护系统的可靠运行产生影响。

不同纬度电网地磁感应电流水平的比较研究

地磁感应电流(GIC)与磁暴强度、大地构造、电网结构等很多因素有关。在建立的分层大地模型基础上,依据2006年12月磁暴的地磁数据,采用基于平面波理论的大地感应电场算法,完成了北京2012年规划电网GIC水平的计算,并与阳淮输电系统上河变电站的GIC实测数据进行了比较。结果表明,在中低纬地区,大地电导率、电网结构和电气参数的影响更大。

抑制变压器地磁感应电流的电容隔直装置安装位置优化

磁暴在电网中引起的地磁感应电流(GIC)导致变压器直流偏磁,对电力系统产生不利影响。在中性点安装电容隔直装置是治理变压器直流偏磁的常用方法,但由于GIC在电网中的流通路径复杂,在某个变压器安装隔直装置时,如不经充分考虑,往往会引起相邻变压器直流偏磁更加严重,因此文中研究电容隔直装置的安装位置优化问题。考虑自耦变压器接线和电网拓扑结构,引入变压器有效GIC来描述地磁暴对变压器的影响,分析了隔直装置的安装对变压器有效GIC分布造成的变化,提出了优化方法,在保证所有变压器的有效GIC小于允许限值的条件下,以隔直装置的安装数量最少作为优化的目标,并应用遗传算法求解。以甘肃主电网为例,构建包含47个变电站、101个节点的GIC等效模型,根据约束条件与优化目标,计算了隔直装置安装的数量和位置,并与未经优化的治理方案进行比较,验证了所提方法的可行性和优越性。