Труды КНЦ вып.39 (ЭНЕРГЕТИКА вып. 5/2016(39))

На севере России существуют особые условия окружающей среды, которые непосредственно влияют на надежность работы подстанции — геоиндуктированные токи (ГИТ), возникающие в протяженных электрических сетях в периоды геомагнитных возмущений, вызванных вспышками на Солнце [3]. В настоящее время этот фактор в России никак не учитывается при проектировании системообразующих подстанций в высоких широтах. В результате возмущения магнитного поля в удаленных точках на поверхности Земли наводятся разности потенциалов. ГИТ возникают, когда две эти удаленные точки соединяются проводником. В случае электрической сети роль проводника играет многопроводная линия электропередачи, которая соединена с землей через выводы обмоток трансформаторов, нейтрали которых заземлены на подстанциях. При характерной частоте от 0.001 до 0.1 Гц амплитуда ГИТ может достигать 300 А. В случае протекания такого квазипостоянного тока в протяженной электрической сети с трансформаторами или автотрансформаторами с глухозаземленной нейтралью, кривая намагничивания трансформаторов может сместиться, что приведет к полупериодному насыщению сердечника. Это приводит к многократному возрастанию токов намагничивания, что, в свою очередь, вызывает нарушения симметрии передачи энергии по фазам, появление высших гармоник, перегрев стали сердечников, резкий рост вибраций и, в конечном итоге, ускоренное старение изоляции силовых трансформаторов и нарушения электроснабжения. Кроме того, геомагнитное воздействие носит кумулятивный эффект, снижая срок службы трансформатора. В итоге при наиболее опасных геомагнитных возмущениях в некоторых энергосистемах возможно возникновение серьезных аварий, подобных тем, что произошли в конце прошлого века в пик геомагнитной активности в северных районах США и Канады, а также в Скандинавии. Уровень ГИТ и их воздействие на трансформаторы зависит не только от характеристик геомагнитного возмущения, но и от географического расположения подстанции и геологических условий в данном районе, положения подстанции в схеме сети и способа её питания, сопротивления элементов сети квазипостоянному току, а также от типа магнитопровода трансформатора и вида соединения обмоток. Геомагнитные возмущения наиболее интенсивны в авроральной зоне — овальной области вокруг магнитных полюсов Земли. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими, в XX веке Северный магнитный полюс располагался в районе канадской Арктики, поэтому значительная интенсивность возмущений и вызванных ими ГИТ наблюдалась в Канаде и северных районах США. Известнейшим примером является отключение электричества в Квебеке (Канада) в 1989 г., когда на 9 часов штат был обесточен из-за наведенных в линиях электропередач ГИТ и погашения подстанций действием релейной защиты. Наиболее часто ГИТ воздействуют на трансформаторы и релейную защиту в высоких широтах. Однако мировой опыт показал, что при особо сильных геомагнитных бурях воздействие ГИТ захватывает и средние широты. В «опасный пояс» геомагнитных широт (40-60 °) попадают девять АЭС в России, две атомные станции находятся в субавроральной зоне. 99