高空电磁脉冲对输电系统的影响

EPRI位于北卡罗来纳州夏洛特的敞开式辐照测试设施。该系统可产生50kV / m，符合MIL-STD-461G / RS105的E1场，用于测试设备对辐射威胁的敏感性。

行业挑战

在讨论高空电磁脉冲（HEMP）研究时，了解HEMP的性质非常重要。HEMP是通过在高空或太空引爆核武器而产生的。HEMP由初始短时脉冲（E1）和中间脉冲组成，中间脉冲的特征类似于由雷击（E2）引起的扰动，中间脉冲后紧跟类似于严重地磁风暴（GMD）事件的后期脉冲（E3）。

自20世纪50年代以来，美国军方和其他人已经认识到E1可能会破坏或损坏电子设备；后来，他们也了解了E3的潜在影响。为了解决冷战期间的担忧，美国能源部和国防部评估了HEMP袭击对电网的潜在影响。虽然大多数早期HEMP研究都是保密的，但主要的非机密性调查结果是E1可以破坏大范围未加强防护的资产，但由于E3对大型电力变压器的损坏有限，长期停电不太可能。

冷战结束后，前电磁防护委员会的研究提供了不同的视角。委员会发现HEMP可能对电网造成严重影响，由于E1和E3的结合，造成大型电力变压器的广泛损坏，大范围的停电可能持续数月甚至数年。

这些不同的结果让电力行业对HEMP袭击对电网的实际影响以及如何采取具有可行的缓解措施产生了疑问。

EPRI的回应

为解决这些问题，电力研究院（EPRI）于2016年4月启动了一项为期三年的研究项目，为电力行业和其他相关方提供技术基础，以了解HEMP对输电系统的潜在影响并确定适当的缓解方案。

进展，结果和后续步骤

EPRI最初的为期三年的研究于2019年4月结束。其最终报告中概述了与E1，E2和E3影响相关的调查结果以及确定的缓解方案。

该研究的很大一部分包括评估E1对变电站数字保护（DPR）的潜在影响。首先，建模和模拟工作提供了对继电保护在HEMP事件期间可能受到干扰的洞察。接下来，研究人员对继电保护进行了测试，以确定（传导和辐射）可能发生损坏或破坏的阈值。然后通过比较潜在的电应力和通过测试确定的耐受水平来评估影响。

评估结果表明，现代继电保护可能会受到E1的破坏，并且可能会在大范围产生影响。这一发现促使实验室测试和/或评估了几种可能的缓解方案，其中包括：
» 屏蔽电缆良好接地
» 低压浪涌保护装置和/或滤波器
» 基于光纤的保护和控制和通信系统
» 增强变电站控制室的电磁屏蔽
» 强化接地和紧固措施

结果发现，这些缓解措施可以充分保护继电保护设备应对50千伏/米的威胁等级。

研究发现HEMP的E2对输电网没有显着影响。对E3影响的建模表明，根据目标位置，多达21个大型电力变压器可能存在热损坏的潜在风险，导致多种状态的区域电压崩溃（停电）是可能的。

如何使用研究

该研究确定了加强继电保护设备对E1潜在影响的选择，但还需要进一步研究以改进缓解设计并评估可能的后果。目前正在开展协作研究，涉及在具有多种设施的现场变电站环境中进行E1减缓的现场评估。E3的缓解方案与用于解决严重地磁风暴事件的缓解方案类似。

---

Impact of High-Altitude Electromagnetic Pulse on Transmission Systems
Differing outcomes left electric industry stakeholders wondering about the actual impacts from a HEMP attack on the electric grid and how to approach cost-effective mitigation.
https://www.tdworld.com/transmission-reliability/impact-high-altitude-electromagnetic-pulse-transmission-systems

Randy Horton | Aug 16, 2019

更多内容请关注「输配电世界」微信公众号，获得最新的文章