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中国电机工程学报 2013年第16期33卷 179-186,3页

作者：郑宽刘连光 david h.boteler Risto J.Pirjola 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 加拿大自然资源部地磁实验室芬兰气象研究院芬兰赫尔辛基fin00101

准确计算电网地磁感应电流(geomagnetically inducedcurrents,GIC)对评估磁暴灾害至关重要。以往的电网GIC建模集中于高压线路,即只考虑最高一级电压线路而忽略了低压部分。这种简化忽略了与高压线路有联系的变压器绕组支路及低压系统,... 详细信息

准确计算电网地磁感应电流(geomagnetically inducedcurrents,GIC)对评估磁暴灾害至关重要。以往的电网GIC建模集中于高压线路,即只考虑最高一级电压线路而忽略了低压部分。这种简化忽略了与高压线路有联系的变压器绕组支路及低压系统,降低了电网GIC的计算精度从而影响电网磁暴灾害的风险评估。以美国电科院(EPRI)等单位新设计的GIC-Benchmark算例为基础,在GIC节点导纳矩阵的算法上,通过对不同电压等级线路、不同变压器绕组支路模型的分析与研究,提出用于多电压等级并存的电网GIC全节点模型和简化模型建模方法。算例及其结果表明,所提建模方法能有效解决多电压等级电网GIC的计算问题,提高GIC的计算精度。

关键词：多电压等级电网磁暴灾害变压器地磁感应电流 GIC-Benchmark算例

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Numerical Calculation of Geoelectric Fields That Affect Critical Infrastructure

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International Journal of Geosciences 2019年第10期10卷 930-949页

作者： david h. boteler Risto J. Pirjola Geomagnetic Laboratory Natural Resources Canada Ottawa Canada

One of the modern applications of geomagnetism is determining the effect of geomagnetic disturbances on critical infrastructure such as power systems and pipelines. Assessing the geomagnetic hazard to such systems requires calculation of the geoelectric fields produced during geomagnetic disturbances. Such geoelectric fields can then be used as input to system models to calculate the impact on the system. This paper describes what is involved in calculating the geoelectric fields produced during real geomagnetic disturbances. The theory of geomagnetic induction is presented and used to derive the Earth transfer function relating the geoelectric and geomagnetic field variations at the Earth’s surface. It is then shown how this can be used to make practical calculations of the geoelectric fields and how the calculation process can be verified by comparison with analytic solutions obtained with synthetic geomagnetic variation data. The accuracy of the calculated geoelectric fields for geomagnetic risk assessments is limited, not by the accuracy of the calculation methods, but by the availability of geomagnetic field measurements and Earth conductivity information over the whole extent of the affected infrastructure.

关键词： Geoelectric Fields Geomagnetic Disturbances Critical Infrastructure hazard Assessment

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Transmission Line Modelling of Geomagnetic Induction in the Ocean/Earth Conductivity Structure

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International Journal of Geosciences 2023年第8期14卷 767-791页

作者： david h. boteler Shibaji Chakraborty Xueling Shi Michael D. hartinger Xuan Wang Geomagnetic Laboratory Natural Resources Canada Ottawa Canada Center for Space Science and Engineering Research Virginia Tech Blacksburg USA high Altitude Observatory National Center for Atmospheric Research Boulder USA Space Science Institute Boulder USA Department of Electrical Engineering Tsinghua University Beijing China

During geomagnetic disturbances, electric fields induced in the Earth and in power systems, pipelines and submarine cables can interfere with the operation of these systems. Calculations for submarine cables are complicated by the need to consider not just the induction directly into the cable but also the earth potentials produced at the coast at each end of the cable. To determine the coast potentials, we present a new model of the ocean and earth conductivity structure that spans the whole length of a cable from one coast to another. Calculations are based on the generalised thin sheet approach introduced by Ranganayaki and Madden but converted to a transmission line model that can be solved using standard circuit theory techniques. It is shown how the transmission line model can be used to calculate the earth potential profile from one side of an ocean or sea to the other. Example calculations are presented for a shallow sea, a shallow ocean, and a deep ocean that are simplified approximations to the North Sea, Tasman Sea and Pacific Ocean and show that the peak potentials occur at the coast. An examination is also made of how the width of a shallow sea and the width of the continental shelf affect these coast potentials. The modelling technique and example results provide a guide for more detailed modelling of geomagnetic induction along the routes of specific submarine cables.

关键词： Geomagnetic Induction Generalised Thin Sheet Transmission Line Modelling Coast Potentials Submarine Cables

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传导网络中的地磁灾害(二)

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世界地震译丛 2005年第2期36卷 64-73页

作者： D．h.boteler 陈长林尹志军陈英方不详中国地震局地球物理研究所

地磁对地面电力系统影响的观测已有150年的历史了(见图1；也见．boteler，2001a)。图1表示的事件只是那些能够与特定地磁扰动有关的事件，而由累积效应造成的某些电力中断或许从来就没有把它们与地磁扰动相联系过。这种累积作用一般与... 详细信息

地磁对地面电力系统影响的观测已有150年的历史了(见图1；也见．boteler，2001a)。图1表示的事件只是那些能够与特定地磁扰动有关的事件，而由累积效应造成的某些电力中断或许从来就没有把它们与地磁扰动相联系过。这种累积作用一般与管线的腐蚀有关。现在已证实，地磁感应电流也可能在变压器增压发电机中积累应力(Kappenman，1996)。

关键词：地磁地面电力系统磁暴传导网络太阳辐射

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传导网络中的地磁灾害(一)

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世界地震译丛 2005年第1期36卷 70-76页

作者： D．h.boteler 陈长林尹志军陈英方不详中国地震局地球物理研究所

地磁扰动可以破坏传导网络的运行,如电力系统、管线和通讯电缆。在电力系统中,地磁感应电流(GIC)通过电力变压器传到地面,干扰变压器的运行,使变压器变热,增加无功功率需求,并产生导致继电器误操作的谐波。在极端情况下,这些效应能导致... 详细信息

地磁扰动可以破坏传导网络的运行,如电力系统、管线和通讯电缆。在电力系统中,地磁感应电流(GIC)通过电力变压器传到地面,干扰变压器的运行,使变压器变热,增加无功功率需求,并产生导致继电器误操作的谐波。在极端情况下,这些效应能导致电力中断,如1989年3月地磁暴期间,魁北克电网中断供电长达9个小时,600 万人受到影响。地磁扰动是由太阳喷发高能粒子流向地球空间传动的结果。当这些粒子到达地球时,与地球磁场产生相互作用,所激发的电流向下流动到地球电离层。大部分强电流伴随着极光出现在横跨加拿大的东西带上。它是由电离层电流产生的磁场在地面上所看到的一种磁扰现象。预防地磁对电力系统的影响主要是阻止电力系统中产生地磁感应电流。但是这种措施相当昂贵,许多设施欲在地磁扰动期运行还需依赖地磁活动预报。加拿大地磁预报服务局是由加拿大自然资源部设立的机构,从1974年开始运行,现在可以提供覆盖加拿大3个纬度带的长期和短期地磁预报服务。该项研究工作是全方位的,从用于改进预报的有关太阳爆发的新资料到了解电力系统对磁扰的反应。地磁扰动研究由加拿大地磁预报中心和许多加拿大大学研究小组负责进行,而地磁感应的研究是由一些受其影响的行业组织进行的,也经常与上述预报中心进行合作研究。

关键词：地磁扰动传导网络地磁灾害 GIC 磁场电力系统

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