磁暴會引發電網大停電嗎？

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磁暴是什麼現象？會否引發電網大停電的發生？

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磁暴很有可能造成電網電壓崩潰而引發大面積停電事故。詳見下述。

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（一）什麼是磁暴？

當太陽表面活動旺盛，特別是在太陽黑子極大期時，太陽表面的耀斑爆發次數也會增加，耀斑爆發時會輻射出X射線、紫外線、可見光及高能量的質子和電子束。其中的帶電粒子（質子、電子）形成的電流衝擊地球磁場，引起電離層的變化，同時引起地球磁場的強度和方向發生急劇不規則變化，稱為磁暴。

（二）磁暴對電網的影響

① 地磁感應電流GIC

磁暴對電網的影響主要源於地磁感應電流GIC。

磁暴會引起地球磁場的強度和方向發生急劇不規則變化，據電磁感應定律可知，時變磁場在地面感應出的電場通過輸電線、中性點接地變壓器和大地構成的迴路產生地磁感應電流( geomagnetically induced current，GIC)。

[地磁感應電流的產生機理]

② 地磁感應電流GIC對電網的影響

GIC對電力系統的影響最早發現於美國，1940年首次發現以來，北美、北歐等高緯度地區曾發生過多次電網遭GIC干擾事件[1]，造成多起跳閘、變壓器損壞事故，甚至還造成了加拿大魁北克和瑞典馬爾默的大規模停電[2-3]。

GIC的頻率成分一般為0.000 1~0.01 Hz，這種準直流流入變壓器後在磁路中產生偏置磁通，由於鐵芯材料的非線性，該磁通使得變壓器鐵芯產生半波飽和，此時變壓器的勵磁電流急劇增大，且波形嚴重畸變。不僅對變壓器本身產生不利影響還會干擾電網其他設備的正常運行，甚至有可能威脅整個電力系統的安全[4]；
磁暴的發生是全球同步的，GIC會使整個電網範圍內數百台變壓器同時發生偏磁飽和從而引起電力系統無功不足，造成無功波動，電壓下降等現象；
勵磁電流畸變包含的大量諧波可能引發多種繼電保護裝置誤動作，其中影響最嚴重的是並聯電容器組、SVC等無功補償設備，如果這些設備在系統無功不足時又被迫退出運行就很有可能造成電網電壓崩潰而引發大面積停電事故。1989年3月13日加拿大魁北克大停電事故的直接原因是系統中多台SVC裝置先後跳閘，使系統失去無功支撐，電壓嚴重下降導致系統電壓崩潰，事故原因分析顯示SVC的跳閘的原因是GIC引起的大量諧波導致電容器過負荷引起的保護動作。

（三）我國電網受磁暴的影響

雖然我國大部分地區位於中低緯度，但隨著我國長距離輸電系統的建設，我國也發生過很多電網遭受磁暴影響的問題。

如廣東嶺澳核電站2004年起在變壓器中性點安裝了直流電流監測裝置，監測數據顯示2004年11月7一10日變壓器中性點流過的偏磁電流明顯不同於直流輸電造成的變壓器偏磁電流[5]

[廣東嶺澳核電站1#變壓器中性點流過的直流偏磁電流]

經調查確認對應時段未發生直流輸電單極運行方式，但該時段曾發生強烈磁暴(Kp=8)，經分析確認該電流為磁暴引起的地磁感應電流，峰值47.2A。

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參考資料：
[1] Kappenman JG. Geomagnetie storms and their impact on Power systems. IEEE Power Engineering Review,1996,May:5-8
[2] Boteler DH,Pirjola RJ,NevanlinnaH.The effeets of geomagnetie distuthanees on electrical systems at the Earth"s surfaee.Advanees Spaee Research,1998,Vol.22:17-7
[3] Wik M, Viljanen A, Pirjola R, et al. Calculation of geomagnetically induced currents in the 400 kV power grid in southern Sweden[J]. Space Weather, 2008, 6(7).

[4] Albertson V D，Thorson J M，Miske S A，et al．The effects of geomagnetic storms on electric power system[J]．IEEE Transactions on power Apparatus and System，1974，PAS-93(4)：1031-1044．

[5] 劉連光，劉春明，張冰，等．我國廣東電網的幾次強磁暴影響事件[J]．地球物理學報，2008，51(4)：976-981．

ABB現在有專門的設備用於隔斷GIC保護變壓器

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