Разработка системы измерения геоиндуктированных токов на Северо-Западе России для проекта eurisgic Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Сопротивление опоры было также определено с помощью измерителя сопротивления заземления “ИСЗ-2016” и составило 14.3 Ом. Им же измерено удельное сопротивление грунта под опорой - 240 Омм.

Расчет сопротивления опоры без горизонтальных заземлителей.

Для расчета сопротивления опоры, измерение сопротивления которой описано выше, необходимо решение следующих задач:

• размеры опоры, а также длина токового и потенциального контуров делают расчетную область очень большой, вследствие чего увеличиваются объем занимаемой памяти и время расчета. Следовательно, необходимо использование компьютера с большим объемом памяти, а также распараллеливание расчета на несколько процессорных ядер. Либо необходимо увеличивать размеры ячеек сетки;

• расчет будет более точным при создании модели опоры с использованием моделирования произвольно ориентированных тонких проводников;

• в точном моделировании нуждаются железобетонные фундаменты опоры. Сведения об авторах

Куклин Дмитрий Владимирович,

инженер лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физикотехнических проблем энергетики Севера КНЦ РАН,

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: [email protected]

УДК 621.311

М.Б.Баранник, А.Вильянен, А.Н.Данилин, Ю.В.Катькалов,

В.В.Колобов, П.И.Прокопчук, Я.А.Сахаров, В.Н.Селиванов

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОИНДУКТИРОВАННЫХ ТОКОВ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РОССИИ ДЛЯ ПРОЕКТА EURISGIC *

Аннотация

Представлены результаты работ по расширению системы регистрации геоиндуктированных токов на Северо-Западе России в рамках проекта EURISGIC.

Ключевые слова:

магнитные бури, геоиндуктированные токи, проект EURISGIC.

M.B.Barannik, A.Viljanen, A.N.Danilin, Yu.V.Katkalov, V.V.Kolobov, P.I.Prokopchuk, Ya.A.Sakharov, V.N.Selivanov

DEVELOPMENT IN THE NORTH-WEST RUSSIA OF GEOMAGNETICALLY INDUCED CURRENTS MEASURING SYSTEM FOR THE EURISGIC PROJECT

Работа выполнена при финансовой поддержке Европейского Союза (проект 260330 в рамках программы БР7).

The results of expansion of the geomagnetically induced currents measuring system in the North-West Russia in framework of EURISGIC project are presented.

Keywords:

geomagnetic storms, geomagnetically induced currents, EURISGIC project.

Магнитосферные возмущения, вызываемые активными явлениями на Солнце, сопровождаются динамическими процессами в магнитосферных токовых системах, в том числе изменениями ионосферных токов, протекающих на высоте примерно 100 км. Изменения ионосферных токов приводят к генерации электромагнитных полей на поверхности Земли, следствием возбуждения электрического поля является генерация теллурических (земных) токов. При этом в протяженных проводящих технологических системах, заземленных более чем в одной точке, протекают токи, которые принято называть геоиндуктированными токами (ГИТ). Развитие ГИТ в различных токопроводящих технологических системах, таких как линии электропередач, трубопроводы, кабельные системах связи, способно вызвать нарушения в работе систем вплоть до аварийных ситуаций [1].

Активные исследования воздействия ГИТ на технологические системы проводятся более 30 лет в различных странах [2], в то же время задача защиты от негативных воздействий геомагнитных возмущений не решена окончательно. Во-первых, весьма сложен прогноз появления магнитных бурь во времени, во-вторых, разнообразно проявление эффектов бури в пространстве, в-третьих, каждая технологическая система откликается на магнитосферные возмущения по-своему. Требуется, с одной стороны, глобальный, планетарный подход к исследованию явления, а с другой стороны, необходимо изучение процессов развития и действия ГИТ в конкретных системах с различной их локализацией. Следует отметить, что до настоящего времени на территории России регулярная регистрация ГИТ проводилась только на Кольском п-ове усилиями сотрудников Полярного геофизического института и Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН [3]

Наиболее эффективным способом постановки и решения подобных проблем является международная кооперация. В марте 2011 г. начаты работы по проекту European Risk from Geomagnetically Induced Currents (EURISGIS) [4], направленному на оценку риска воздействия геомагнитных возмущений на европейские энергетические системы. Проект получил финансовую поддержку Европейского союза. Координатором проекта выступает Финский метеорологический институт, в консорциум исполнителей входят исследователи Швеции, Великобритании, Венгрии, России и Соединенных Штатов. Проект предусматривает решение двух основных задач: по полученным ранее данным установить статистическую связь между уровнем планетарных геомагнитных возмущений и нарушениями в работе европейских энергосистем за предыдущий солнечный цикл (1996-2006) и на основе текущих измерений параметров солнечного ветра, регистрации геомагнитных возмущений и ГИТ в энергосетях создать прототип системы прогноза гелиогеомагнитной опасности для технологических, в первую очередь энергетических, систем в Европе.

В соответствии с рабочей программой проекта авторами работы создана система регистрации воздействия магнитосферных возмущений на энергосистему Карелии и Кольского п-ова. Измеряемым параметром является почти постоянный ток, протекающий в глухозаземленной нейтрали автотрансформатора, который связан

с ГИТ в линии электропередач. На рис.1 представлена схема линий электропередач и отмечены подстанции, на которых установлены датчики тока. Для исследования выбраны подстанции Лоухи, Кондопога, Титан и Выходной на магистральной линии 330 кВ и подстанция Ревда на линии 110 кВ. Такой выбор точек измерения позволит при развитии магнитосферного возмущения исследовать распределение ГИТ по широте на магистральной линии, ориентированной с юга на север, а также регистрировать ГИТ в линии, направленной с запада на восток.

Рис.1. Схема расположения точек измерения ГИТ и магнитного поля

Также на схеме показаны места установки устройств регистрации ГИТ в Финляндии в нейтралях автотрансформаторов на подстанциях Пирттикоски (Рігйіко8кі), Илликкала (Уіііккаїа) и Раума (Иаиша), а также на магистральном газопроводе в Мантсала (Ма^аіа), для которых доступна база архивных данных за период с 1999 по 2006 гг. В Мекриярви (Мекгуагуі) и Ивало (Іуаіо) расположены обсерватории Финского метеорологического института, которые предоставляют данные о вариациях магнитного поля.

В системе использованы датчики тока и локальная система сбора первичной информации, разработанные ранее для таких измерений [5]. Локальная система выполняет сбор, первичную обработку, подготовку и передачу данных через интернет-канал в центр сбора данных. Для организации интернет-канала используется устройство передачи данных, выполненное на базе 08М-терминала.

Центр сбора данных расположен на сервере Полярного геофизического института и представляет собой программно-аппаратный комплекс, который предназначен для приема, хранения, обработки и представления данных измерений ГИТ. В программный состав комплекса входят ftp-сервер, СУБД (специализированная система управления базами данных), комплекс программ для обработки данных измерений и веб-сервер. В центре сбора данные проходят процедуру подготовки и преобразования, которая включает в себя три этапа. На первом этапе данные, полученные со станций сбора, импортируются в базу данных (БД) без предварительной обработки. На втором этапе производится выборка данных из БД с последующей обработкой, которая включает в себя фильтрацию, понижение частоты сигнала (с 10 Гц до одноминутных значений), коррекция базовой линии сигнала (baseline correction) и т.д.

На заключительном этапе данные преобразуются в формат, необходимый для представления результатов в сети Интернет. С этой целью был разработан веб-сайт eurisgic.org (http://eurisgic.org), который предоставляет доступ к текущим данным измерений ГИТ, полученным с трансформаторных подстанций, доступ к архивным данным, а также к информации о скорости изменения магнитного поля, полученной с финских обсерваторий. На рис.2 представлен пример страницы сайта.

eunsgic.org

'■'gic records'"'

STATION SELECTION

HOME ; ABOUT : MEASURING ; STATIONS map ; links ; CONTACTS

GIC MEASUREMENTS

vykhodnoy

Select GIC station

5el ect MAGN E J 1C stati on

| Previous (lay * > Next day

Use«— and —» keys to navigate using keyboard

© I Od

Su Mo Tu We Til Fi Sa

2 3 4 5 S 7 8

9 10 11 12 13 14 15

16 га 18 19 20 21 22

23 24 25 26 27 28 29

30 31

Calendar colors description:

31 - GIC & magnetic data is available 31-GIC data is available [magnetic-not) 31-Magnetic data is available (GIC-not) 31-GIC &. magnetic data is not available

-И I [A] 10 Oct, 011 G IC measu rements t Vykhodnoy

to YikViW All

I The dat ed by Po ar Oeop ysical Insitute

10 12 14 1S 18 20 22 00 02 04 06

Universal Time

MAGNETIC FIELD MEASUREMENTS

Time derivative of Bx By

IBI ■

1B Oct. 011 M

The data is provided by Finnish Meteorological Institute

10 12 14 10 1S 20 22 00 02 04 OS 08

Universal Time

The research leading to these results has received funding from the European Community's Seventh Framework Programme l~FP7/2007-20131 under grant agreement no 260330

Рис.2. Страница сайта http://eurisgic.org

Эксплуатация системы в течение полугода (станции на ПС «Лоухи» «Кондопога», на ПС «Ревда» система работает с июня 2006 г., на ПС «Титан» с июня 2010 г., на ПС «Выходной» с октября 2011 г.) показала полную ее работоспособность. Успешная регистрация ГИТ в периоды возмущений в августе-сентябре 2011 г. впервые предоставила информацию для исследования особенностей отклика протяженной энергосистемы на Северо-Западе России на магнитосферные возмущения.

Литература

1. The Effects of Geomagnetic Disturbances on Electrical Systems at the Earth’s Surface / D.H.Boteler, RJ.Piijola, H.Nevanlinna // Adv. Space Res. 1998. № 22. Р.17.

2. Geomagnetically induced currents in the Finnish high-voltage power system - a geophysical review / A.Viljanen, R.Pirjola // Surv. Geophys. 1994. № 15. Р.383-408.

3. Разработка системы мониторинга геоиндуктированных токов в магистральных линиях 330 кВ «Колэнерго» / М.Б. Баранник, А.Н. Данилин, Я.А. Сахаров, В.Н. Селиванов // Электромагнитная совместимость и перенапряжения в высоковольтных сетях. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2004. С.7-18.

4. European Risk for Geomagnetically Induced Currents. URL: http://eurisgic.eu [дата обращения: 17.10.2011].

5. Разработка системы регистрации геоиндуктированных токов / Ю.В.Катькалов, В.В.Колобов, Я.А.Сахаров, В.Н.Селиванов // Научно-технические проблемы развития энергетики Севера. Апатиты: Изд-во Кольского науч. центра РАН, 2009. С.114-120.

Сведения об авторах Баранник Максим Борисович,

ведущий инженер лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра

физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А

Эл. почта: [email protected]

Вильянен Арии,

старший научный сотрудник (Senior scientist) Финского метеорологического института Финляндия, Хельсинки, P.O. Box 503, FIN-00101 Эл. почта: [email protected]

Данилин Аркадий Николаевич,

заведующий лабораторией высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к. т. н.

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: [email protected]

Катькалов Юрий Владимирович,

младший научный сотрудник лаборатории геофизических наблюдений Полярного геофизического института КНЦ РАН

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 26 А Эл. почта: [email protected]

Колобов Виталий Валентинович,

старший научный сотрудник лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А

Прокопчук Павел Иванович,

ведущий инженер лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра

физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А

Сахаров Ярослав Алексеевич,

заведующий лабораторией геофизических наблюдений Полярного геофизического института КНЦ РАН, к.ф.-м.н.

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 26 А Эл. почта: [email protected]

Селиванов Василий Николаевич,

ведущий научный сотрудник лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: [email protected]

УДК 550.311

В.Н.Селиванов, А.А.Жамалетдинов, В.В.Колобов, А.Н.Шевцов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЛЭП ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ*

Аннотация

Подведены итоги экспедиции в г. Новый Уренгой, проведенной в сентябре 2011 г. для оценки возможностей использования ЛЭП энергосистемы ЯмалоНенецкого автономного округа для глубинного зондирования земной коры. Представлен пример расчета частотных параметров воздушной линии при использовании ее в качестве излучающей антенны. Обоснована необходимость компенсации индуктивного сопротивления линии.

Ключевые слова:

электромагнитное зондирование, мощные контролируемые источники, промышленные линии электропередачи, Ямало-Ненецкий национальный округ.

V.N.Selivanov, A.A.Zhamaletdinov, V.V.Kolobov, A.N.Shevtsov

STUDY ON THE POSSIBILITIES OF USING INDUSTRIAL POWER LINES OF THE YAMALO-NENETS AUTONOMOUS OKRUG ELECTRIC SYSTEM FOR ELECTROMAGNETIC SOUNDING OF THE EARTH'S CRUST

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-12033).