Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 64470 10.12737/szf-93202311 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Database of geomagnetically induced currents in the main transmission line “Northern Transit” База данных геоиндуцированных токов в магистральной электрической сети «Северный транзит» https://orcid.org/0000-0001-5681-065X Селиванов Василий Николаевич Selivanov Vasiliy Nikolaevich v.selivanov@ksc.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-5380-713X Аксенович Татьяна Валерьевна Aksenovich Tatyana Valerievna t.aksenovich@ksc.ru Билин Владислав Андреевич Bilin Vladislav Andreevich bilinvlad@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-7541-3219 Колобов Виталий Валентинович Kolobov Vitaliy Valentinovich v.kolobov@ksc.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Сахаров Ярослав Алексеевич Sakharov Yaroslav Alekseevich sakharov@pgia.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Northern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Northern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Полярный геофизический институт РАН Апатиты Россия Polar Geophysical Institute, RAS Apatity Russian Federation Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Nothern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Northern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Полярный Геофизический Институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Nothern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation 29 09 2023 29 09 2023 9 3 100 110 15 05 2023 23 06 2023 https://naukaru.ru/en/nauka/article/64470/view

Создана и размещена в открытом доступе база данных, содержащая результаты измерений геоиндуцированных токов (ГИТ) за период 2011–2022 гг. в нейтралях трансформаторов на трех электрических подстанциях 330 кВ магистральной электрической сети «Северный транзит», проходящей по территории Республики Карелия, Мурманской и Ленинградской областей. Значение ГИТ зависит от величины геоэлектрического поля на поверхности Земли, взаимного расположения подстанций, к которым подключены линии электропередачи, сопротивлений элементов электрической сети. Немаловажными факторами являются разветвленность электрической сети, которая определяет пути растекания индуцированных токов, и топология сети на момент записи данных мониторинга. Описаны структура и принципы функционирования единственной в России региональной системы мониторинга ГИТ в электрической сети. Продемонстрированы особенности содержащихся в базе ГИТ данных, которые необходимо учитывать при их обработке и анализе. Приведены примеры использования базы данных ГИТ в энергетических и геофизических исследованиях. Выполненная работа по организации непрерывной регистрации ГИТ на подстанциях магистральной электрической сети в Арктической зоне не имеет аналогов в Российской Федерации и предоставляет обширный оригинальный материал, позволяющий исследовать геомагнитные возмущения и их влияние на электрические сети. База данных находится в открытом доступе [http://gic.en51.ru].

Database containing the results of measurements of geomagnetically induced currents (GIC) for the period of 2011 to 2022 in transformer neutrals at three 330 kV substations of the main power transmission lines “Northern Transit” passing through the territory of the Republic of Karelia, Murmansk and Leningrad regions has been created and is publicly available. The GIC value depends on the geoelectric field magnitude in the Earth surface, on the relative position of the substations to which the power transmission lines are connected, and on the resistance of electrical network elements. Important factors are the electrical network branching, which determines paths of induced current spreading, and the network topology at the time of monitoring data acquisition. We describe the structure and principles of functioning of the Russian unique regional monitoring system of geomagnetically induced currents in the electrical network. We demonstrate the features of the data contained in the GIC database, which must be taken into account when processing and analyzing the data. Examples of using the GIC database for energy and geophysical studies are given. The work performed on the organization of continuous monitoring of GIC at substations of the main power transmission line in the Arctic zone has no analogues in the Russian Federation and provides extensive original material that allows us to study geomagnetic disturbances and their impact on electrical networks. The database is available at [http://gic.en51.ru].

 космическая погода геоиндуцированные токи линия электропередачи трансформатор база данных space weather geomagnetically induced currents transmission lines transformer database Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-00413, [https://rscf.ru/project/22-29-00413/] The work was financially supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 22-29-00413), [https://rscf.ru/project/22-29-00413/]

Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Т. 2. М.: Мир, 1975. 512 с. Abda Z.M.K., Aziz N.F.A., Kadir M.Z.A.A., Rhazali Z.A. Review of geomagnetically induced current effects on electrical power system: principles and theory. IEEE Access. 2020, vol. 8, pp. 200237-200258. DOI: 10.1109/access.2020.3034347. Гершенгорн А.И. Воздействие геомагнитных токов на электрооборудование энергосистем. Электрические станции. 1993. № 6. С. 54-63. Akasofu S.-I., Chapman S. Solar-Terrestrial Physics. Moscow, Mir, 1975, 512 p. (In Russian). Дэспирак И.В., Сецко П.В., Сахаров Я.А. и др. Наблюдения геомагнитных индуцированных токов на северо-западе России: отдельные случаи. Геомагнетизм и аэрономия. 2022. Т. 62, № 6. С. 721-733. DOI: 10.31857/S0016794022060037. Apatenkov S.V., Pilipenko V.A., Gordeev E.I., Viljanen A., Juusola L., Belakhovsky V.B., Sakharov Ya.A., Selivanov V.N. Auroral omega bands are a significant cause of large geomagnetically induced currents. Geophys. Res. Lett. 2020, vol. 47, no. 6, e2019GL086677. DOI: 10.1029/2019GL086677. Пилипенко В.А. Воздействие космической погоды на наземные технологические системы. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 3. С. 72-110. DOI: 10.12737/szf-73202106. Barannik M.B., Danilin A.N., Kat’kalov Yu.V., Kolobov V.V., Sakharov Ya.A., Selivanov V.N. A system for recording geomagnetically induced currents in neutrals of power autotransformers. Instruments and Experimental Techniques. 2012, vol. 55, no. 1, pp. 110-115. DOI: 10.1134/S00204 41211060121. Пуляев В.И., Усачев Ю.В. Магнитная буря - причина отключения ВЛ 330 кВ. Энергетик. 2002. № 7. С. 18-20. Belakhovsky V.B., Sakharov Y.A., Pilipenko V.A., Selivanov V.N. Characteristics of the variability of a geomagnetic field for studying the impact of the magnetic storms and substorms on electrical energy systems. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2018, vol. 54, no. 1, pp. 52-65. DOI: 10.1134/S1069351318010032. Abda Z.M.K., Aziz N.F.A., Kadir M.Z.A.A., Rhazali Z.A. Review of geomagnetically induced current effects on electrical power system: principles and theory. IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 200237-200258. DOI: 10.1109/access.2020.3034347. Bolduc L. GIC observations and studies in the Hydro-Quebec power system. J. Atmos. Terr. Phys. 2002, vol. 64, no. 16, pp. 1793-1802. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00128-1. Apatenkov S.V., Pilipenko V.A., Gordeev E.I., et al. Auroral omega bands are a significant cause of large geomagnetically induced currents. Geophys. Res. Lett. 2020. Vol. 47, no. 6. e2019GL086677. DOI: 10.1029/2019GL086677. Boteler D.H. A twenty-first century view of the March 1989 magnetic storm. Space Weather. 2019, vol. 17, iss. 10, DOI: 10.1029/2019SW002278. Barannik M.B., Danilin A.N., Kat’kalov Yu.V., et al. A system for recording geomagnetically induced currents in neutrals of power autotransformers. Instruments and Experimental Techniques. 2012. Vol. 55, no. 1. P. 110-115. DOI: 10.1134/S00 20441211060121. Bozoki B., Chano S.R., Dvorak L.L., Feero W.E., Fenner G., Guro E.A., et al. The effects of GIC on protective relaying. IEEE Transactions on Power Delivery. 1996, vol. 11, no. 2, pp. 725-739. DOI: 10.1109/61.489329. Belakhovsky V.B., Sakharov Y.A., Pilipenko V.A., Selivanov V.N. Characteristics of the variability of a geomagnetic field for studying the impact of the magnetic storms and substorms on electrical energy systems. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2018. Vol. 54, no. 1. P. 52-65. DOI: 10.1134/S1069351318010032. Coster A.J., Erickson P.J., Lanzerotti L.J., Zhang Y., Paxton L.J. (Eds.) Space Weather Effects and Applications. Geophysical Monograph Ser. 2021. DOI: 10.1002/9781119815570. Bolduc L. GIC observations and studies in the Hydro-Quebec power system. J. Atmos. Terr. Phys. 2002. Vol. 64, no. 16. P. 1793-1802. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00128-1. Despirak I.V., Setsko P.V., Sakharov Ya.A., Lyubchich A.A., Selivanov V.N., Valev D. Observations of geomagnetic induced currents in northwestern Russia: Case studies. Geomagnetism and Aeronomy. 2022, vol. 62, no. 6, pp. 711-723. DOI: 10.1134/S0016793222060032. Boteler D.H. A twenty-first century view of the March 1989 magnetic storm. Space Weather. 2019. Vol. 17, iss. 10. DOI: 10.1029/2019SW002278. Garcia H.A., Dryer M. The solar flares of February 1986 and the ensuing intense geomagnetic storm. Solar Phys. 1987, vol. 109, no. 1, pp. 119-137. DOI: 10.1007/bf00167403. Bozoki B., Chano S.R., Dvorak L.L., et al. The effects of GIC on protective relaying. IEEE Trans. on Power Delivery. 1996. Vol. 11, no. 2. P. 725-739. DOI: 10.1109/61.489329. Gershengorn A.I. Impact of geomagnetic currents on electrical equipment of power systems. Power stations. 1993, no. 6, pp. 54-63. (In Russian). Coster A.J., Erickson P.J., Lanzerotti L.J., et al. Space Weather Effects and Applications. Geophysical Monograph Ser.. 2021. DOI: 10.1002/9781119815570. Hübert J., Beggan C.D., Richardson G.S., Martyn T., Thomson A.W.P. Differential magnetometer measurements of geomagnetically induced currents in a complex high voltage network. Space Weather. 2020, vol. 18, iss. 4, p. e2019SW002421. DOI: 10.1029/2019sw002421. Garcia H.A., Dryer M. The solar flares of February 1986 and the ensuing intense geomagnetic storm. Solar Phys. 1987. Vol. 109, no. 1. P. 119-137. DOI: 10.1007/bf00167403. Kappenman J.G. An overview of the impulsive geomagnetic field disturbances and power grid impacts associated with the violent Sun-Earth connection events of 29-31 October 2003 and a comparative evaluation with other contemporary storms. Space Weather. 2005, vol. 3, iss. 8, p. S08C01. DOI: 10.1029/2004sw000128. Hübert J., Beggan C.D., Richardson G.S., et al. Differential magnetometer measurements of geomagnetically induced currents in a complex high voltage network. Space Weather. 2020. Vol. 18, iss. 4. P. e2019SW002421. DOI: 10.1029/2019sw002421. Pilipenko V.A. Space weather impact on ground-based technological systems. Solar-Terr. Phys. 2021, vol. 7, no. 3, pp. 68-104. DOI: 10.12737/stp-73202106. Kappenman J.G. An overview of the impulsive geomagnetic field disturbances and power grid impacts associated with the violent Sun-Earth connection events of 29-31 October 2003 and a comparative evaluation with other contemporary storms. Space Weather. 2005. Vol. 3, iss. 8. P. S08C01. DOI: 10.1029/2004sw000128. Pulkkinen A., Bernabeu E., Thomson A., Viljanen A., Pirjola R., Boteler D., et al. Geomagnetically induced currents: Science, engineering, and applications readiness. Space Weather. 2017, vol. 15, iss. 7, pp. 828-856. DOI: 10.1002/2016SW001501. Pulkkinen A., Bernabeu E., Thomson A., et al. Geomagnetically induced currents: Science, engineering, and applications readiness. Space Weather. 2017. Vol. 15, iss. 7. P. 828-856. DOI: 10.1002/2016SW001501. Pulyaev V.I., Usachev Yu.V. Magnetic storm - the cause of 330 kV overhead lines disconnection. Power Engineer. 2002, No. 7, pp. 18-20. (In Russian). Viljanen A. European project to improve models of geomagnetically induced currents. Space Weather. 2011. Vol. 9, iss.7. P. S07007. DOI: 10.1029/2011SW000680. Viljanen A. European project to improve models of geomagnetically induced currents. Space Weather. 2011, vol. 9, iss.7, p. S07007. DOI: 10.1029/2011SW000680. Watari S., Nakamura S., Ebihara Y. Measurement of geomagnetically induced current (GIC) around Tokyo, Japan. Earth Planets and Space. 2021. Vol. 73, no. 102. DOI: 10.1186/s40623-021-01422-3. Watari S., Nakamura S., Ebihara Y. Measurement of geomagnetically induced current (GIC) around Tokyo, Japan. Earth Planets and Space. 2021, vol. 73, no. 102. DOI: 10.1186/s40623-021-01422-3. Zheng K., Boteler D., Pirjola R.J., et al. Effects of system characteristics on geomagnetically induced currents. IEEE Trans. on Power Delivery. 2014. Vol. 29, iss. 2. P. 890-898. DOI: 10.1109/tpwrd.2013.2281191. Zheng K., Boteler D., Pirjola R.J., Liu L., Becker R., Marti L., Boutilier S., Guillon S. Effects of system characteristics on geomagnetically induced currents. IEEE Trans. on Power Delivery. 2014, vol. 29, iss. 2, pp. 890-898. DOI: 10.1109/tpwrd.2013.2281191. URL: http://gic.en51.ru (дата обращения 15 апреля 2023 г.). URL: http://gic.en51.ru (accessed April 15, 2023). URL: http://eurisgic.ru (дата обращения 15 апреля 2023 г.). URL: http://eurisgic.ru (accessed April 15, 2023). URL: https://rscf.ru/project/22-29-00413/ (дата обращения 15 апреля 2023 г.). URL: https://rscf.ru/project/22-29-00413/ (accessed April 15, 2023).