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【电力分享】《流浪地球》下的全球电力事故—
时间:2019-02-20  编辑:金能建设

2019年春节档

被业界称为中国硬科幻电影

开山之作的《流浪地球》彻底火了!

《流浪地球》是由小说改编的同名电影,随着电影的火爆,作家刘慈欣早前的一段采访也被网友翻出。

他称:像电力系统这种工作,必须按时去上班,坚守岗位。在坚守岗位的时候,就可以在那里写作了。相当大一部分写作时间都是在这个岗位上完成的。因为在岗位上写作,有一种占便宜的感觉。

流浪地球剧照

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《流浪地球》电影编年史包括了发生在电影时间(2075年)前一百年内的大事件。在《流浪地球》描述的庞大世界观中有一件事故成功了吸引了大家的眼球,在电影时间(2075年)50年之前(2026年)发生的一次全球电力事故!2026年6月 第25太阳周期日冕抛射风暴袭击地球。超过G5等级的太阳风暴摧毁了40%的民用输变电线路以及通信设施,使50%以上的民用电子仪器被毁!这场重大灾难引发了地球上的人类开始启动“流浪地球”项目的肇因。

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什么是太阳风暴?

首先来看个例子:1859年9月,费城和波士顿的电报操作员惊奇的发现,平时需要电池供电才能工作的电报线路,居然在断开电池后也能工作。130年后的3月13日,同一种的神秘电流摧毁了加拿大魁北克省的高压输电网络。600万当地居民丧失了供电,度过了寒冷而黑暗的9个小时,造成了高达数千万美元的经济损失。现在,我们已经越来越清楚地认识到,这种神秘电流来源于地球磁场的猛烈颤抖,背后元凶竟是太空中的太阳风暴。

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太阳风暴是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动是太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象,主要通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和等离子体云等三种形式释放。太阳爆发活动喷射的物质和能量到达近地空间后,可引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动,从而影响人类活动。

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太阳风磁场与地球磁场方向相同时,地球磁场能有效的抵挡太阳风的入侵。但在二者方向相反时,则会产生磁场重联,地球磁场则会被一层一层的的剥开。原来连接地球南、北磁极的磁力线被切断,并和太阳风中的磁力线相连。此时,一部分太阳风粒子就可以顺着新形成的磁力线到达南北极,形成绚烂的极光。同时,在太阳风流的带动下,新形成的磁力线被输送到地球尾部,并在那里重新成为地球磁层的一部分。这个过程,是地球磁场在较短时间内发生变化的主要原因。在太阳风比较平静时,这个过程不会在短时间内连续发生,因此地磁场变化也相对较小。然而,当太阳风暴发生时,大量的高速等离子体携带着磁场喷发出来。在它吹袭地球的时间里,地球磁场被剥离和输送的过程持续进行,地磁场也会发生剧烈的变化。

太阳风

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法拉第电磁感应定律告诉我们,变化的磁场能产生电场,而毕奥-萨伐尔定律表明,变化的电场又能产生电流。磁暴时,剧烈变化的地磁场会在高空中产生电流。这些电流充当了磁场变化“二传手”的角色,再感应出变化磁场,在地面、长距离高压输电线、变压器接地点组成的回路中产生电流。这便是地磁感应电流(GeomagneticallyInduced Current,简称 GIC)的由来。在大磁暴时,输电网络中产生的GIC几十到几百安培。

GIC如何影响输电网络

在郊外常能看到架设在铁塔上的高压输电线。它们是电能的“高速公路”,将电能长距离输送。为了减少输电中因为导线发热而造成的损失,长距离输电一般采用200-700kV(千伏特)的高电压以降低电流,同时尽量减少输电线的电阻。然而,这些措施却为GIC危害电网运行创造了有利条件。GIC不能被导线的电阻耗散掉,可以直接攻击电网中最薄弱的环节:变压器。

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GIC的变化频率一般为0.0001-0.1Hz,相对于交流电50或60Hz的频率来说,可以被视为近似的直流电(准直流)。相对于高压输电线路中上千安培的电流,GIC几十到几百安培的电流并不十分强。然而,它却可以在高压电网变压器的铁芯中产生直流偏置磁通,使变压器发生半波饱和,进而使变压器的励磁电流增大、谐波电流增加。这个过程所引起的无功变化和产生的高次谐波会使电网产生电压波动、继电器保护误动和静止无功补偿器跳闸,对电网运行造成威胁。2003年万圣节期间爆发的太阳风暴袭击地球时,产生的地磁暴导致了瑞典马尔默地区的大停电。一条130kV高压输电线路的变压器因GIC而发生半波饱和,导致五万多家庭停电一个小时。1989年的魁北克大停电,也是这样产生的。同时,变压器半波饱和时,变压器的铁心磁导率减小,本来应该在铁芯中变化成电能的磁能从铁芯中漏出,进入变压器的金属构件中,造成变压器器件功能的损耗和温度的增加,对变压器安全造成不利影响。在造成魁北克大停电的地磁暴发生过程中,美国新泽西州核电站一台高压变压器由于绕组导线过热而被烧毁。1992年的地磁暴中,Allegheny电力公司的一台高压变压器油箱壁温度在10分钟内升高了115度。

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在磁暴发生时,高空电流在靠近南、北极的地区更强,在靠近赤道的地方更弱。同时,地磁场的北极与地理北极不重合,更靠近北美地区,因此美国、加拿大与我国处于同一地理纬度的地区,受GIC的威胁更大。但在较大的磁暴发生时,磁纬度较低的地方也可能受到影响。我国江苏和浙江500kV电网曾多次发现GIC引起的变压器噪声增大事件。在2005-2006年间,我国广东岭澳核电站曾经多次发现几十安培的GIC。一次或几次磁暴的GIC可能不足以立即摧毁电网中的变压器,但其累积效应可能最终会导致变压器故障或永久损坏。研究表明美国受GIC影响较为严重的地区,其电网变压器的故障率要比受GIC影响较小的地区高60%。

解决方法

就目前已知科技而言,地下光缆,地下核能发电等一些列措施能有效保存并安全输送电力。但一旦真的运用到现实中,还是需要考虑到线路接地,环网柜,电塔等设施的地下可行建设工作。

这里也给大家科普一下目前上海的黑科技:上海静安雕塑公园变电站,它属于500千伏变电站。它于2010年4月投运,是目前世界上规模最大的500千伏多级降压全地下变电站。

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​以上就是今天给大家带来的和太阳风暴有关的电力知识,喜欢我们的小伙伴赶快点波关注吧!

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