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加强电力系统防护 应对EMP威胁

国际电力网  来源:国家电网报  日期:2015-07-15

“我国电网在自然或人为引起的电磁脉冲辐射(EMP)下是很脆弱的,可能导致几个月或更长时期的电力系统瘫痪和灾难性的后果。”谈起电磁脉冲,大多数人可能比较陌生,更不清楚其对电力系统运行的危害性。在7月10日召开的第四届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国科学院院士、电力系统专家王锡凡给大家详细讲解了电磁脉冲与电力系统安全的关系。

EMP袭击对电力系统威胁巨大

“电力系统遭受EMP袭击将造成大面积、长时间的停电,会引起社会混乱。”谈起EMP对电力系统的危害,王锡凡以美国橡树岭国家实验室对美国电网防护EMP袭击的研究报告为大家进行了讲解。

他首先为大家列举地磁爆引起魁北克大停电的案例。1989年3月13日发生的太阳磁暴,对北美和英国电力系统产生巨大的破坏。魁北克电网全部瘫痪,600万居民断电,英国南部电网两台400/275千伏自耦变损坏。新泽西Salem核电站500千伏/1200兆伏安变压器被漏磁引起的高温彻底损坏。

据王锡凡介绍,电磁脉冲辐射的主要来源包括太阳黑子引起的磁暴、高空核爆、人为的电磁干扰。数据显示,全球受EMP影响造成的经济损失达1~3万亿美元,恢复需要4~10年,而防护费分摊到每个用户仅为20美分/年。所以,基于对魁北克大停电的分析和研究,2011年1月16日,美国一位议员提出《电力系统基础设施安全防护法案》。该法案明确针对三种电磁脉冲进行防护:高空核爆、电磁武器、自然产生的电磁脉冲。“所以,我国也应积极防范EMP袭击,这是一个国防问题。”王锡凡说。

王锡凡以核电磁脉冲的构成及特性介绍了电磁脉冲辐射对电力系统的巨大破坏力。“早期高频电磁脉冲(E1)对SCADA系统、控制系统、传感器、通信系统、计算机造成破坏,可造成配电网绝缘子闪络。中期的中频脉冲(E2)与雷电的电磁脉冲类似,相当于成千上万个雷电。在E1为之扫清保护后,可直接损坏电力系统主设备。晚期电磁脉冲(E3)类似地磁暴,主要对输电线路和低频设备造成破坏。”由此可见,电磁脉冲辐射对电力系统的巨大危害不言而喻,不论是发电厂、输电系统还是配电网,都难以幸免。

通过分析电磁脉冲辐射对电力系统的威胁,王锡凡说,“电磁脉冲造成的大停电难以恢复,大量一次、二次设备同时被干扰损坏,电磁脉冲辐射会首先破坏通信系统和控制设备,使处理事故和恢复供电更加困难,其它基础设施如交通、通信、供水、金融等系统瘫痪,都给电力系统恢复带来困难,包括燃料供应等。”

EMP威胁的应对策略

王锡凡说,电力系统必须对电磁脉冲辐射的袭击进行防护,把破坏后果降低到合理的程度,并提出从分析和计算、试验与仿真、组织与协调、电力系统分析和电力系统规划等方面开展研究。

王锡凡认为,防护电磁脉冲主要做好三个关键环节,即:对电力系统的防护、减轻袭击的破坏后果、电磁脉冲弹袭击后的修复。“要保护电力系统在受到电磁脉冲辐射袭击后仍能维持正常运行是不可能的。因此,防护原则应该是在灾后能迅速恢复对重要用户供电,通过特殊接地等措施保护发电机、变压器、开关等,以及供气系统贵重设备免受E2、E3损坏。”王锡凡说。

居安思危,有备无患。对电力系统而言,电源布局和输电接线方式要适当考虑自然灾害,包括地磁爆、极端天气及电磁脉冲辐射等造成的破坏后果和恢复情况,控制系统、通信系统和保护系统等应有合理的抗电磁干扰水平。同时加强变压器、断路器等关键设备抵御GIC的能力,建立有效的备用机制。“我们电力系统的设备、结构和运行方式,运行、调度人员应对防范EMP有足够的认识和心理准备,并应加强这一领域的研究,开发经济有效的措施,防护EMP对我国电网的袭击。”王锡凡最后强调。

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