Тольяттинские ученые создали первую в России систему мониторинга геоиндуцированных токов для электросетей

Ученые Тольяттинского государственного университета (ТГУ) создали систему, оценивающую опасность геоиндуцированных токов для работы электросетей. Ее использование позволит своевременно принимать меры для защиты сетей от воздействия магнитных бурь.

Магнитные бури способны выводить из строя силовые трансформаторы и оставлять без света целые регионы. Это давняя проблема. Самый громкий случай произошел в 1989 году в канадской провинции Квебек: мощная геомагнитная буря на 9 часов оставила без электричества 6 миллионов человек. Полное отключение энергосистемы вызвали геоиндуцированные токи (ГИТ), которые наводятся в длинных линиях электропередачи и попадают в обмотки силовых трансформаторов. Эти токи имеют частоту намного ниже стандартных 50 герц, практически эквивалентны постоянному току и не предусмотрены в системах защиты электросетей.

Ученые ТГУ представили готовое техническое решение, разработанное при участии АО «Россети Научно-технический центр». На его основе можно спроектировать и собрать систему мониторинга ГИТ для энергосетей страны. Ученые математически доказали, что опасность ГИТ зависит не только от силы магнитной бури, но и от топологии сети — того, как проложены линии электропередачи относительно направления геоэлектрического поля. На основе этих данных система способна выявлять критические узлы, где в первую очередь необходимо устанавливать датчики: тупиковые подстанции, а также узловые и проходные подстанции с резким изменением направления линий.

«Мы определили, в каких узлах электрической сети токи достигают опасных значений, какие трансформаторы уязвимы в первую очередь, какие датчики нужно устанавливать и какие критерии использовать, чтобы вовремя заметить насыщение магнитной системы. Это готовые требования для проектировщиков и энергетиков», — рассказал один из авторов разработки, главный научный сотрудник лаборатории «Моделирование электрофизических процессов» ТГУ, доктор технических наук Алексей Кувшинов.

До сих пор образцовой считалась система мониторинга ГИТ в канадской энергосистеме Hydro-Quebec. Однако тольяттинские ученые доказали, что канадский подход не учитывает «фоновые» искажения тока в нейтрали трансформатора — в российских сетях они могут достигать сотен ампер, что маскирует картину и мешает вовремя заметить опасное насыщение. Специалисты предложили собственные критерии обнаружения опасного режима: появление четных гармоник в фазных токах и рост шестой гармоники в токе нейтрали. Это позволяет надежно отличить аномалию, вызванную магнитной бурей, от обычных эксплуатационных искажений.

Также в работе сформулированы требования к измерительному оборудованию. Датчики должны работать в частотном диапазоне от 0 до 0,1 герца, выдерживать токи короткого замыкания до 30 килоампер и при этом точно измерять слабые геоиндуцированные токи величиной от 10 ампер. Ученые ТГУ обосновали и выбор измерительных преобразователей прямого усиления — они более надежны в российских условиях, чем компенсационные аналоги, используемые за рубежом.

«Силовой трансформатор — штучное изделие. Если он выйдет из строя, замена может занять полтора года. Наша система мониторинга позволяет диспетчеру видеть не просто абстрактные токи, а понятную индикацию: зеленый – все нормально, желтый – внимание, красный – трансформатор в опасной зоне. Это дает время на принятие решения: снизить нагрузку или отключить оборудование до того, как произойдет повреждение», — пояснил Алексей Кувшинов.

Разработка ученых ТГУ уже прошла апробацию на модели Объединенной энергетической системы Центра России и готова к внедрению на объектах напряжением 220 киловольт и выше.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации