太陽并不像我們?nèi)庋劭雌饋淼哪敲雌届o，太陽上突然的爆發(fā)性活動會在日地空間引發(fā)一系列強(qiáng)烈擾動。這種爆發(fā)性的太陽活動被稱為太陽風(fēng)暴。當(dāng)太陽風(fēng)暴襲擊地球，劇烈擾動的地球磁場會在地球表面產(chǎn)生感應(yīng)電勢，進(jìn)而在地面長距離導(dǎo)體設(shè)備中產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流（Geomagnetically induced currents, 簡稱GIC）。
GIC會對高壓輸電網(wǎng)，油氣管道，高鐵等地面長距離導(dǎo)電設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅。電網(wǎng)中的GIC會引起變壓器過熱，勵磁和無功損耗增加，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至引起變壓器損毀和電網(wǎng)癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會損失，如，1989年的加拿大魁北克大停電事故就是太陽風(fēng)暴引起電網(wǎng)癱瘓最典型的事例。一般認(rèn)為，高緯地區(qū)由于地磁擾動劇烈，電網(wǎng)受GIC侵害的風(fēng)險較高。但近些年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模、負(fù)荷日益增加，中低緯度地區(qū)電網(wǎng)受到GIC影響的報道日益增多。但是，超強(qiáng)太陽風(fēng)暴侵襲地球時，中低緯度地球電網(wǎng)的GIC到底會有多強(qiáng)？造成的后果將有多嚴(yán)重？這些地區(qū)是否需要投入力量進(jìn)行電網(wǎng)防護(hù)？這些都是懸而未決的問題。另一方面，我國地處中低緯度地區(qū)，目前已經(jīng)建成了世界上電壓等級最高、傳輸距離最長、負(fù)荷最高的輸電網(wǎng)絡(luò)，極端空間天氣條件下，這些電網(wǎng)中GIC的預(yù)測和模擬研究對保障電網(wǎng)在極端空間天氣條件下的安全運(yùn)行具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點實驗室的張佼佼研究員與合作者建立了基于全球三維MHD模型的中低緯度地區(qū)電網(wǎng)GIC計算模型，利用該模型他們模擬研究了一次卡林頓級別超強(qiáng)太陽風(fēng)暴（2012年7月23日太陽風(fēng)暴事件）侵襲地球時，我國廣東500 kV電網(wǎng)的GIC變化情況，進(jìn)而對GIC引起的電網(wǎng)風(fēng)險情況進(jìn)行了評估。研究結(jié)果表明，一旦該超強(qiáng)太陽風(fēng)暴襲擊地球，廣東電網(wǎng)54個電網(wǎng)節(jié)點中產(chǎn)生的GIC最強(qiáng)將超過300 A，這是該電網(wǎng)目前為止已監(jiān)測到過的最強(qiáng)GIC的3倍多，幅度與1989年魁北克電網(wǎng)事故中GIC的幅度相當(dāng)。如果電網(wǎng)不采取任何保護(hù)措施，GIC引起的電網(wǎng)癱瘓風(fēng)險將非常大。該研究強(qiáng)調(diào)對中低緯度地區(qū)電網(wǎng)GIC的監(jiān)測，預(yù)報，防護(hù)的必要性。研究建立的電網(wǎng)GIC預(yù)測模型可以實現(xiàn)對太陽風(fēng)-磁層-電離層-地磁擾動-電網(wǎng)GIC作用過程的全鏈條展示，在未來電網(wǎng)規(guī)劃，電網(wǎng)GIC預(yù)測、預(yù)警及風(fēng)險評估，減災(zāi)防災(zāi)等方面具有潛在的應(yīng)用價值。
圖1. 超強(qiáng)太陽風(fēng)暴侵襲下，地球磁層電流（左）和場向電流（右）密度。
圖2. 模擬計算的超強(qiáng)太陽風(fēng)暴侵襲下，我國廣東500kV電網(wǎng)各變電站節(jié)點的GIC情況。
相關(guān)文章發(fā)表在國際知名期刊Space Weather上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金，子午工程高端用戶課題等項目的支持。
Citation：Zhang, J. J., Yu, Y. Q., Chen, W. Q., Wang, C., Liu, Y. D., Liu, C. M., & Liu, L. G. (2022). Simulation of Geomagnetically Induced Currents in a Low-Latitude 500 kV Power Network During a Solar Superstorm. Space Weather, 20(4), e2021SW003005. https://doi.org/https://doi.org/10.1029/2021SW003005
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