Учёные создали защиту электросетей от магнитных бурь
Новая технология предназначена для повышения устойчивости энергосистемы в периоды магнитных бурь и всплесков солнечной активности, которые могут негативно влиять на работу критически важной инфраструктуры. О результатах работы сообщили со ссылкой на пресс-службу Минобрнауки РФ.
Суть разработки заключается в том, что она помогает заранее выявлять опасные режимы в электросетях и снижать риск повреждения оборудования. Во время магнитных бурь в линиях электропередачи и на подстанциях возникают геоиндуцированные токи. Они способны вызывать перегрузки, искажения режимов работы и в отдельных случаях приводить к выходу из строя силовых трансформаторов. Именно поэтому задача раннего обнаружения таких процессов имеет особое значение для энергетики, особенно в условиях больших протяжённостей сетей и высокой нагрузки на инфраструктуру.
Проект был реализован при участии АО «Россети Научно-технический центр». На основе исследований специалисты подготовили практическую базу, которая позволяет проектировать полноценные системы мониторинга геоиндуцированных токов для энергосетей по всей стране. Речь идёт не просто о теоретической модели, а о наборе готовых требований и инженерных решений, которые могут использоваться проектировщиками, диспетчерами и техническими службами при внедрении защитных механизмов на действующих энергообъектах.
Один из авторов работы, главный научный сотрудник лаборатории «Моделирование электрофизических процессов» ТГУ, доктор технических наук Алексей Кувшинов отметил, что исследователи определили участки электрической сети, где геоиндуцированные токи могут достигать наиболее опасных значений. Кроме того, они выяснили, какие трансформаторы оказываются наиболее уязвимыми в первую очередь, где именно необходимо размещать датчики контроля и по каким признакам можно судить о переходе оборудования в опасный режим. По сути, специалисты создали подробную методику, которая позволяет не действовать вслепую, а заранее понимать, какие элементы сети требуют повышенного внимания.
Важным результатом исследования стало математическое подтверждение того, что опасность геоиндуцированных токов определяется не только мощностью магнитной бури, но и конфигурацией самой электросети. Существенную роль играет топология — то, как проложены линии электропередачи по отношению к направлению геоэлектрического поля. Это означает, что даже при схожем уровне солнечной активности разные участки энергосистемы могут испытывать неодинаковую нагрузку. Благодаря такому подходу учёные выделили критические узлы, прежде всего подстанции, на которых датчики следует устанавливать в первоочередном порядке.
Отдельное внимание специалисты уделили критериям распознавания опасных режимов в работе трансформаторов. Разработанная система позволяет отличать аномалии, связанные именно с магнитными бурями, от стандартных эксплуатационных искажений, которые неизбежно возникают в процессе работы оборудования. Это особенно важно для диспетчерских служб, поскольку ложные сигналы могут мешать своевременному принятию решений. Кроме того, в модели учитываются фоновые искажения тока в нейтрали трансформатора, которые способны скрывать признаки реальной угрозы. В этом заключается одно из существенных отличий российской системы от канадского решения, которое ранее использовалось в качестве ориентира и не учитывало такой фактор в полном объёме.
Авторы также сформулировали требования к измерительному оборудованию, необходимому для практического внедрения системы. Это делает разработку особенно ценной для отрасли, поскольку энергетические компании получают не только научные выводы, но и конкретные технические ориентиры. Система мониторинга предусматривает наглядную цветовую индикацию, с помощью которой диспетчер может быстро увидеть, когда трансформатор начинает работать в опасной зоне. В такой ситуации можно заранее принять меры — например, снизить нагрузку, изменить режим работы сети или временно отключить часть оборудования, чтобы избежать серьёзной аварии и дорогостоящего ремонта.
Эксперты отмечают, что подобные технологии особенно актуальны для крупных энергосистем, где выход из строя одного элемента может повлиять на устойчивость целого региона. Своевременное выявление геоиндуцированных токов помогает не только защитить оборудование, но и снизить риск перебоев в электроснабжении для предприятий, социальных объектов и жилых районов. Для российской энергетики, где множество сетей проходит через обширные территории и работает в разных природных условиях, такие решения имеют стратегическое значение.
Разработка Тольяттинского государственного университета уже прошла апробацию на модели Объединённой энергетической системы центра России. Это подтверждает её прикладной потенциал и готовность к использованию на реальных объектах. По данным разработчиков, система может быть интегрирована в действующие автоматизированные системы управления электросетями, что упрощает её внедрение без необходимости полной замены существующей инфраструктуры. В перспективе это позволит повысить надёжность сетей напряжением 220 киловольт и выше, уменьшить вероятность аварийных отключений и укрепить защиту энергосистемы от последствий космической погоды.
