秦 鋒,陳 偉,毛從光,聶 鑫,孫蓓云,吳 偉

(強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)全國重點實驗室;西北核技術(shù)研究所: 西安 710024)

高空電磁脈沖(high altitude electromagnetic pulse, HEMP)是由爆炸高度為30 km及以上大氣層核爆炸產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁現(xiàn)象,具有場強高、頻譜寬及覆蓋范圍大等特點[1]。在高空核爆炸條件下,沖擊波、光輻射和核沾染等受到大氣層的吸收和阻擋,到達地面造成毀傷的可能性微乎其微,HEMP對電力和電子系統(tǒng)的干擾及損傷是高空核爆炸的主要毀傷模式之一。目前,國內(nèi)外學(xué)者針對系統(tǒng)級HEMP效應(yīng)與易損性評估的研究,基本上圍繞電磁脈沖環(huán)境特征與主要耦合途徑分析、關(guān)鍵設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)試驗與仿真及系統(tǒng)級電磁脈沖易損性評估與分析等研究層級開展。

自1962年起,美國和蘇聯(lián)在進行高空核試驗時發(fā)現(xiàn),大量地面電力和電子系統(tǒng)出現(xiàn)了功能擾亂和設(shè)備損傷效應(yīng)。這引起了人們對電力系統(tǒng)的HEMP效應(yīng)的關(guān)注。自此,這兩個國家開始著手研究HEMP輻射與傳導(dǎo)環(huán)境,形成了一系列有關(guān)HEMP環(huán)境與試驗標準[2-4]的完整體系。并在此基礎(chǔ)上針對電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備進行了較完備的數(shù)值計算與效應(yīng)試驗研究,并形成了本國電網(wǎng)較為全面細致的電磁脈沖生存能力評估報告[5-6]。另外,隨著電力系統(tǒng)的信息化和智能化程度日益提高,美俄等國進一步拓展了電力系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)研究對象,并不斷更新仿真和試驗數(shù)據(jù),開展了多輪次電力系統(tǒng)HEMP生存能力評估,從國家層面發(fā)布了一些電磁脈沖研究計劃。

20世紀80年代,我國開始針對電力電子系統(tǒng)HEMP效應(yīng)和防護開展研究,借鑒歐美國家的研究結(jié)果和方法,結(jié)合電力系統(tǒng)在雷電等常規(guī)電磁脈沖環(huán)境下的研究基礎(chǔ),主要基于仿真計算的方式進行了部分關(guān)鍵電力設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)分析,也開展了少數(shù)電力設(shè)備的效應(yīng)試驗,并結(jié)合經(jīng)驗定性分析了電力系統(tǒng)的HEMP易損性,積累了一定的基礎(chǔ),但與美俄等國家相比,在效應(yīng)研究對象的廣度、易損性評估及防護的深度方面存在不足,且對關(guān)鍵易損性設(shè)備在HEMP作用下的故障診斷及失效機理等方面的研究較少。

本文分析了HEMP環(huán)境特征,探討了電力關(guān)鍵設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)研究方法與主要研究結(jié)論,討論了電力系統(tǒng)電磁脈沖易損性評估方法與防御手段,最后給出了未來需研究的主要方向。

1 HEMP環(huán)境特征

電磁脈沖效應(yīng)與評估需針對具體的對象開展,單設(shè)備或局部范圍內(nèi)系統(tǒng)與廣域分布式系統(tǒng)具有較大的區(qū)別。如,局部范圍內(nèi)系統(tǒng)可采用單一性指標參數(shù),如強度、上升時間及半高寬等確定的環(huán)境開展電磁脈沖效應(yīng)研究,而廣域分布式系統(tǒng)則需考慮全系統(tǒng)范圍內(nèi)HEMP環(huán)境的綜合性參數(shù)。因此,針對電力系統(tǒng)這一典型的廣域分布式系統(tǒng)開展電磁脈沖效應(yīng)與生存能力評估,需認真梳理HEMP環(huán)境。

1.1 HEMP產(chǎn)生

HEMP根據(jù)產(chǎn)生機理的不同,可分為早期(E1)、中期(E2)和晚期(E3)3個部分,圖1為完整的HEMP時域波形。

圖1 完整的HEMP時域波形[3]Fig.1 Complete HEMP time domain waveform[3]

其中:

(1) E1由核爆炸釋放的瞬發(fā)γ射線與大氣相互作用產(chǎn)生康普頓效應(yīng)形成[7],峰值電場強度高達數(shù)萬伏每米,脈沖波形上升時間為納秒量級,持續(xù)時間為百納秒量級,主要能量集中的頻段為10～100 MHz。另外,E1作用范圍達上千千米,覆蓋爆點到與地面切線范圍。這些特性使HEMP可通過天線、孔縫及電線電纜等耦合至各類電力和電子設(shè)備,造成器件擊穿和設(shè)備損毀。

(2) E2由核爆炸中子的散射和非彈性γ射線與空氣相互作用造成附加電離產(chǎn)生[7],電場強度幅值為10～100 V·m-1,脈沖波形上升時間為納秒量級,持續(xù)時間達毫秒量級,且與E1具有相同的極化方向。E2波形與雷電具有相似性,因此,可參考雷電開展效應(yīng)研究。

(3) E3為由磁流體動力學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場[7],電場強度幅值為幾十伏每千米,波形上升時間為秒量級,持續(xù)時間達數(shù)百秒,極化方向為水平極化。E3的頻譜小于1 Hz,可視為準靜態(tài)場,主要的作用對象為與上千千米線路相連的設(shè)備或系統(tǒng),類似于地磁暴的作用。

以上3部分HEMP環(huán)境具有不同的特征,主要作用對象的特點及產(chǎn)生效應(yīng)的機理也有所區(qū)別。真實核爆炸環(huán)境下,E1,E2,E3是與作用對象按順序或協(xié)同作用的。

1.2 電磁脈沖耦合

HEMP通過電磁耦合的方式作用于電力、電子系統(tǒng),主要表現(xiàn)為通過孔縫、天線及電纜等將電磁脈沖能量耦合至系統(tǒng),造成系統(tǒng)出現(xiàn)干擾、降級及損毀等效應(yīng)現(xiàn)象。其中,對電力系統(tǒng)這種廣域分布式系統(tǒng),更典型的影響源于與設(shè)備或器件相連的電線電纜上耦合產(chǎn)生的脈沖電壓或電流。為方便對電磁脈沖耦合量有基本的認識,表1列出了IEC標準[4]中電力系統(tǒng)線路上形成的HEMP傳導(dǎo)環(huán)境。

表1 電力系統(tǒng)線路上形成的HEMP傳導(dǎo)環(huán)境[4]Tab.1 HEMP conductive environment formed on power system cables[4]

HEMP與電力系統(tǒng)線路耦合產(chǎn)生的脈沖電壓或電流參數(shù),一方面由線路長度、阻抗、架高及埋地條件等自身參數(shù)決定,另一方面取決于HEMP波形、脈沖強度、入射方向和極化方向等環(huán)境參數(shù)。電力系統(tǒng)線路的HEMP耦合具有以下特點:

(1) 電力系統(tǒng)HEMP耦合的影響因素眾多,且電力系統(tǒng)屬于典型的廣域分布式系統(tǒng),輸電及配電線路條件復(fù)雜,因此,對整個電網(wǎng)進行數(shù)值模擬是極其困難的。

(2) 對于架空電力線路,由于傳輸損耗和大地的影響,使HEMP與實際的線路耦合存在一個有效耦合長度[8]。E1的有效耦合長度達千米量級,且長度增加10倍時,耦合電壓或電流并不一定同比例增加。這一特點使計算模型可得到簡化。

(3) 控制線路一般距地面較近,受大地的影響,有效耦合長度相對較小,且相同長度控制線路的耦合電壓要小于電力線路。但計算結(jié)果表明,E1環(huán)境下控制線路的耦合電壓可達數(shù)千伏。

(4) 大地具有增強垂直場的作用,使垂直線路可通過耦合產(chǎn)生較高的電壓,因此,在電磁脈沖效應(yīng)試驗與評估分析中,特別是含有垂直線路的設(shè)備,需關(guān)注HEMP環(huán)境垂直場成分的影響。

因此,在進行電力系統(tǒng)的HEMP效應(yīng)與生存能力評估研究中,通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗獲取HEMP作用于不同設(shè)備和系統(tǒng)的耦合電壓和電流參數(shù)構(gòu)成的傳導(dǎo)環(huán)境,可為設(shè)備效應(yīng)試驗中模擬裝置參數(shù)的選取和試驗方法的選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

2 電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備電磁脈沖效應(yīng)研究

與電力系統(tǒng)面臨的常規(guī)浪涌環(huán)境相比,HEMP環(huán)境具有特殊性,能在一定程度上對絕緣子、變壓器等一次設(shè)備和繼電器、SCADA等二次設(shè)備造成干擾甚至損傷,引發(fā)電力系統(tǒng)故障及斷電等問題。因此,有必要針對電力設(shè)備的HEMP效應(yīng)閾值規(guī)律開展研究。目前,國內(nèi)外針對電力系統(tǒng)的HEMP效應(yīng)研究主要分為仿真計算和試驗?zāi)M。

2.1 電力系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點電磁脈沖耦合仿真計算

電力系統(tǒng)中各類輸配電、控制等長線路是HEMP耦合的主要途徑之一,因此,與長線路相連的發(fā)電機、變壓器、絕緣子及避雷器等關(guān)鍵節(jié)點所承受的強電磁脈沖傳導(dǎo)環(huán)境是研究的重點。HEMP與傳輸線路耦合的計算主要基于傳輸線理論,采用時域有限差分(FDTD)、時域頻域(TDFD)變換等數(shù)值求解方法進行。傳輸線理論及分析方法已非常成熟,Vance等[9]、FREDERICK等[10]和Paul等[11]等的專著是經(jīng)典的參考資料,本文不再贅述。而隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,近些年也發(fā)展了基于麥克斯韋方程在3維空間求解電力系統(tǒng)HEMP效應(yīng)仿真分析方法。本文主要介紹國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用傳輸線理論、商業(yè)軟件等成熟方法開展的電力系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點HEMP效應(yīng)仿真分析研究。

美國橡樹嶺國家實驗室和E-systems公司合作,基于多導(dǎo)體傳輸線耦合模型,開展了架空配電線的HEMP效應(yīng)研究[12-13],圖2為架空配電線的HEMP效應(yīng)仿真模型。通過HEMP原始場環(huán)境與場線耦合計算獲得了變壓器開路與帶負載時的端口電壓。該工作以美國上空距地面零點正西側(cè)1 130 km處,仰角為13.8°的輸電線路為例,考慮不同方向角,計算得出變壓器帶負載或線路后承受的最大電壓為170 kV,且超過25 kV的概率僅為10%。雖然計算結(jié)果未考慮更嚴酷的條件,但研究方法具有較好的借鑒意義。

圖2 架空配電線的HEMP效應(yīng)仿真模型Fig.2 HEMP effect simulation model for overhead distribution lines

另外,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)與田納西大學(xué)合作,采用時域全電磁3維有限元模型開展了E1感應(yīng)電壓在大型變壓器繞組中的暫態(tài)仿真,圖3為變壓器繞組有限元模型及等效電路[14]。重點分析了2.5/23 ns波形(代表HEMP輻照波)產(chǎn)生電位梯度最大的繞組前幾匝的電場,對比了20/229.8 ns波形(代表10/100 ns和25/500 ns傳導(dǎo)波形)及標準雷電沖擊電壓(1.2/50 μs)下的結(jié)果,并考慮了變壓器中懸浮電位裝置(如靜電環(huán))作為快上升沿電磁暫態(tài)中改善繞組電壓均勻性的方法,明確了屏蔽導(dǎo)體能有效降低E1和雷電沖擊電壓引起的繞組匝間峰值電場強度。該研究為電力系統(tǒng)電磁脈沖耦合仿真提供了一種新的思路與途徑。

(a) Finite element model

(b) Equivalent circuit

原中國人民解放軍理工大學(xué)是國內(nèi)較早開展電力系統(tǒng)HEMP效應(yīng)研究的單位之一,采用傳輸線理論計算,將變壓器等效為集總電容,分析了HEMP對電力系統(tǒng)的影響,并與雷電在輸電線上產(chǎn)生的電壓對比[15],如表2所列。基于此提出了電力系統(tǒng)HEMP防護措施。該項工作有利于認識電力系統(tǒng)傳輸線路上的HEMP傳導(dǎo)環(huán)境,為效應(yīng)試驗研究提供輸入。

表2 HEMP與雷電在輸電線上感應(yīng)的電壓[15]Tab.2 Voltage induced by HEMP and lightning on transmission line[15]

仿真過程中,針對研究對象或研究角度的不同,構(gòu)建的仿真模型也有所區(qū)別。東南大學(xué)采用忽略零序電感的10 kV變壓器π型等效電路[16],計算了變壓器一次、二次側(cè)的HEMP過電壓,并考慮在二次側(cè)加入10～500 μF的接地電容器對二次側(cè)過電壓的防護效果。結(jié)果表明,HEMP能在10 kV變壓器一次側(cè)產(chǎn)生兆伏量級的過電壓,陡度高達3.5～4.9 kV·ns-1,在二次側(cè)產(chǎn)生0.5 MV量級的過電壓,陡度高達1.4～2.2 kV·ns-1,且變壓器容量越小陡度越大。圖4為架空線端接變壓器等效電路。

圖4 架空線端接變壓器等效電路Fig.4 Equivalent circuit of overhead line termination transformer

國防科技大學(xué)則基于Agrawal傳輸線模型和變壓器π型等效電路,開展了配電線路的強電磁脈沖響應(yīng)研究[17],通過計算獲得了配電線路兩端分別接250,315,500 kW 3種容量的10 kV配電變壓器時,低壓繞組的感應(yīng)電壓,并對比了變壓器不同帶負載情況對感應(yīng)電壓的影響,得出了空載變壓器接入配電線路后,電壓降低至線路電壓的1/3,帶負載后進一步降低1/3。該項研究采用的變壓器模型便于分析變壓器負載端變化對傳輸線路上傳導(dǎo)環(huán)境的影響,但采用的變壓器等效電路及等效參數(shù)為單頻點參數(shù),結(jié)果與實際測量值存在一定偏差。圖5為變壓器π型等效電路模型。

圖5 變壓器π型等效電路模型Fig.5 Model of π type equivalent circuit of transformer

中國廣核集團有限公司與西安交通大學(xué)合作,建立了變壓器繞組的多導(dǎo)體傳輸線(MTL)模型[18],基于ATP-EMTP軟件搭建了單母線單變壓器電站模型,計算了HEMP傳導(dǎo)電流作用下500 kV變壓器的繞組電位分布,明確了繞組電壓最大值位于繞組首端前幾匝,且最大電壓在500 kV變壓器絕緣閾值范圍內(nèi)。該模型能給出變壓器內(nèi)部繞組電位分布,便于進一步開展變壓器失效機理研究。圖6為變壓器繞組多導(dǎo)體傳輸線模型。

圖6 變壓器繞組多導(dǎo)體傳輸線模型[18]Fig.6 MTL model of transformer winding[18]

國家電網(wǎng)有限公司寧夏電力科學(xué)研究院基于多導(dǎo)體傳輸線π型等效電路模型,求解了傳輸線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的暫態(tài)感應(yīng)電壓,分析了高空電磁脈沖激勵下架空輸配電線路絕緣子閃絡(luò)情況[19],如表3所列。采用的絕緣子HEMP閃絡(luò)電壓閾值為文獻[20]中推薦的1.5～2.0倍雷電沖擊下閃絡(luò)電壓,通過仿真分析得出10 kV線路絕緣子易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。

表3 HEMP激勵下線路絕緣子閃絡(luò)情況[19]Tab.3 Flashover of line insulator under HEMP excitation[19]

另外,E3對電力系統(tǒng)影響的研究主要通過仿真計算的方式開展。貝勒大學(xué)搭建了具有不同直流注入水平的三相變壓器系統(tǒng)模型[21],能提供模擬太陽風暴和E3引起的準直流瞬態(tài)波形,用于電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)備/器件的效應(yīng)測試。并開展了電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)備/器件(包括代表變壓器、線路和饋線繼電保護中應(yīng)用的微處理器、固態(tài)繼電器和機電繼電器)在E3等產(chǎn)生的地磁感應(yīng)電流(geomagnetically induced currents,GIC)作用下的效應(yīng)試驗研究。

近些年,隨著新能源及高壓直流輸電的快速發(fā)展,國內(nèi)外學(xué)者基于PSpice、PSCAD等商業(yè)軟件搭建特高壓直流輸電中換流閥、電抗器及晶閘管等關(guān)鍵設(shè)備的寬頻帶模型[22-24],開展了HEMP傳導(dǎo)環(huán)境下的應(yīng)力分析與可靠性計算,并研究了HEMP環(huán)境下飽和電抗器的失效機理,為進一步研究HEMP環(huán)境下的晶閘管、換流閥和飽和電抗器的可靠性提供了依據(jù),對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的HEMP效應(yīng)仿真研究有較好的借鑒意義。

2.2 HEMP效應(yīng)試驗方法與平臺

自1996年禁止大氣層核爆試驗以來,針對電力系統(tǒng)進行真實核爆炸場景下的效應(yīng)試驗研究已無法實現(xiàn)。因此,國內(nèi)外學(xué)者逐漸形成了仿真與試驗相結(jié)合的技術(shù)路線,而試驗又分為傳導(dǎo)試驗和輻照試驗2種。其中,電力一次設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)試驗以傳導(dǎo)試驗為主,主要借鑒并發(fā)展電力系統(tǒng)沖擊試驗和耐壓試驗等常規(guī)試驗方法;二次設(shè)備則采用輻照試驗結(jié)合部分線路和端口的傳導(dǎo)試驗進行。

美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)和俄羅斯科學(xué)院(RAS)高溫聯(lián)合研究所是國外較早構(gòu)建電磁脈沖傳導(dǎo)試驗方法與平臺的單位。圖7為美國橡樹嶺國家實驗室采用的HEMP效應(yīng)試驗平臺電路原理圖。其中,圖7(a)所示平臺[25]以Marx電路組成脈沖發(fā)生器,可輸出400～1 000 kV的脈沖電壓,最小脈沖上升時間為60 ns,半高寬為2 000 ns。該試驗平臺整體回路與電力設(shè)備沖擊試驗類似,但采用400 Ω集總電阻模擬傳輸線的波阻抗,置于脈沖發(fā)生器與被試設(shè)備之間。圖7(b)所示平臺[26]左側(cè)通過脈沖發(fā)生器提供脈沖電壓輸入,另一側(cè)則通過隔離變壓器提供60 Hz的工作電壓,從而形成被試對象在加電狀態(tài)下的HEMP效應(yīng)試驗電路。俄羅斯所采用的試驗平臺電路原理圖與圖7類似,但加電狀態(tài)試驗中,在工作電壓模擬器輸出端口處設(shè)置了濾波器,防止脈沖電壓對工作電壓模擬器的損傷。該類試驗平臺較好地模擬了電力設(shè)備真實工作環(huán)境下的HEMP效應(yīng),但線路連接過長,導(dǎo)致實際作用于被試電力設(shè)備端口脈沖波形的上升時間大于試驗要求。

另外,俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所[27]還基于爆炸線產(chǎn)生高壓脈沖的方式,用電容放電過程模擬工頻電壓,通過時序控制實現(xiàn)工頻與脈沖電壓的疊加,獲得單相線上的加電狀態(tài)脈沖注入能力。圖8為俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所試驗平臺電路原理圖。左側(cè)脈沖發(fā)生器提供400 kV的脈沖電壓,最小脈沖上升時間為20 ns,右側(cè)提供最高25 kV的工作電壓。該平臺基本能滿足絕緣子及避雷器等設(shè)備的加電狀態(tài)脈沖注入試驗需求。但對開關(guān)的要求很高,需確保抖動延時滿足相應(yīng)的時序關(guān)系,且較難滿足三相線共模注入的要求。

西安交通大學(xué)利用耦合電阻和10 kV避雷器串聯(lián),將脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖電壓與10 kV電力線上的工頻電壓疊加,共同作用到待測設(shè)備上[28],利用電力傳輸線的波過程對脈沖電壓進行波形調(diào)制。圖9為西安交通大學(xué)采用的試驗平臺電路原理圖。脈沖發(fā)生器最高輸出400 kV的脈沖電壓。該試驗平臺直接從10 kV電力線上獲取工頻電壓,相對更貼近現(xiàn)實,基本能滿足絕緣子及避雷器等設(shè)備的加電狀態(tài)脈沖注入試驗需求。該試驗平臺通過耦合電阻和避雷器(MOV)串聯(lián)作為耦合電路,一方面由于避雷器的非線性特性,使作用于試驗對象上的波形相對難掌控;另一方面,由于避雷器動作后本身存在的阻抗相對源內(nèi)阻和試驗對象均不可忽略,使脈沖發(fā)生器輸出效率降低,實際作用于試驗對象上的脈沖電壓或電流幅值遠低于設(shè)計值。

(a) Power off state [25]

(b) Power on state [26]

圖8 俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所試驗平臺電路原理圖Fig.8 Circuit schematic diagram of test platform of RAS High Temperature Joint Research Institute

圖9 西安交通大學(xué)采用的試驗平臺電路原理圖[28]Fig.9 Circuit schematic diagram of test platform adopted by Xi’an Jiaotong University[28]

與傳導(dǎo)試驗相比,輻照試驗更具通用性,試驗中只需確保電磁脈沖模擬器產(chǎn)生的電磁場波形滿足既定要求即可,避免了傳導(dǎo)試驗中試驗對象與脈沖源輸出的強耦合關(guān)系。因此,輻照試驗更便于制定較詳細的標準試驗規(guī)程[29-31]。電力二次設(shè)備HEMP效應(yīng)試驗中采用的輻照試驗基本依據(jù)標準的試驗規(guī)程,采用水平極化和垂直極化的HEMP模擬器開展。另外,線路在電磁脈沖模擬器下存在激勵不充分的問題,因此,對具有電源及通信等長線路端口的試驗設(shè)備需結(jié)合傳導(dǎo)試驗方法進行[31-32]。

2.3 電力設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)閾值試驗

效應(yīng)試驗是研究電力設(shè)備HEMP效應(yīng)閾值與失效機理的重要手段,也是電力系統(tǒng)HEMP生存能力評估數(shù)據(jù)的主要來源之一。目前,國內(nèi)外學(xué)者已獲得了電纜、變壓器、絕緣子、避雷器、配電終端套管及繼電器等關(guān)鍵電力設(shè)備的HEMP效應(yīng)閾值。另外,隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展,逐漸開展了光伏等新能源發(fā)電設(shè)備的HEMP效應(yīng)試驗研究。

2.3.1 國外研究現(xiàn)狀

美國橡樹嶺國家實驗室是最早開展電力設(shè)備HEMP閾值試驗研究的單位之一,積累了豐富的效應(yīng)數(shù)據(jù)。針對電力系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備繼電器開展了HEMP效應(yīng)試驗研究[33],明確了機電式繼電器對HEMP造成的敏感性遠大于半導(dǎo)體繼電器,并基于此提出了限制監(jiān)控電路損壞和防止誤操作的策略。

美國橡樹嶺國家實驗室在與密西西比州立大學(xué)合作中,針對15 kV交聯(lián)聚乙烯電纜[34]和配電設(shè)備[35]進行了快前沿、短周期脈沖(SFSD)效應(yīng)試驗,配電設(shè)備SFSD閾值電壓如表4所列。其中,2種電纜重復(fù)脈沖耐壓試驗中,采用上升沿為65～300 ns,峰值電壓為1 200 kV的脈沖發(fā)生器,獲取了電纜的耐壓水平,明確了評估電纜絕緣性能的指標應(yīng)為電壓擊穿強度,而非電纜電容,并分析了脈沖上升沿對絕緣退化的影響規(guī)律和耐壓水平的分散性。在配電設(shè)備試驗中,脈沖源輸出脈沖上升沿為60 ns,持續(xù)時間為240 ns。

表4 配電設(shè)備SFSD閾值電壓Tab.4 SFSD threshold voltage of distribution equipment

美國橡樹嶺國家實驗室與美國西屋電氣公司合作,針對19臺商用7.2 kV,25 kW配電變壓器開展了陡前沿短脈沖試驗研究[25],脈沖上升沿為60 ns、半高寬為2 000 ns、電壓峰值為400～1 000 kV。結(jié)果表明,配電變壓器高壓套管會出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象,且在安裝避雷器情況下也不能完全防止;未防護的配電變壓器在250～300 kV電壓下會在外側(cè)高壓繞組的前幾匝發(fā)生絕緣閃絡(luò)或擊穿,且該種失效模式偶爾也會在低壓繞組或高壓繞組的內(nèi)側(cè)發(fā)生。圖10為變壓器絕緣損傷的主要部位。該項工作本質(zhì)上為變壓器不加電狀態(tài)的脈沖沖擊試驗,且采用了400 Ω電阻模擬傳輸線阻抗,具有一定的代表性。

(a) Transformer model 1

(b) Transformer model 2

在上述研究的基礎(chǔ)上,針對SFSD下電力系統(tǒng)設(shè)備的絕緣性能進行了試驗研究[20,36]。首先,通過低電壓試驗獲取75 kW殼式和50 kW芯式油浸式配電變壓器、230 kV芯式電力變壓器及138 kV油紙絕緣套管的等效電路模型[37];然后,針對配電變壓器、避雷器、線路絕緣子、電力變壓器初級線圈及電力絕緣套管,進行不加電狀態(tài)下的SFSD沖擊試驗;最后,針對60 Hz工作電壓下懸式絕緣子和安裝了避雷器的變壓器[26]開展了SFSD效應(yīng)試驗表5為電力設(shè)備SFSD絕緣性能。其中,試驗采用的脈沖波形包括1種標準1.2/50 μs雷電沖擊電壓波形和2種(典型電力系統(tǒng)暫態(tài)電磁脈沖—100/500 ns,HEMP—10/150 ns)SFSD波形,并考慮了多發(fā)次的累積效應(yīng)。另外,試驗還發(fā)現(xiàn),在施加SFSD后,絕緣子和變壓器絕緣介質(zhì)在不定時間內(nèi)出現(xiàn)性能降級現(xiàn)象。

由表5可知,美國橡樹嶺國家實驗室開展了包括HEMP在內(nèi)的較全面的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)環(huán)境試驗,試驗對象也包括了電力系統(tǒng)關(guān)鍵易損性設(shè)備,屬于較完備的設(shè)備級電磁脈沖效應(yīng)試驗。

表5 電力設(shè)備SFSD絕緣性能Tab.5 SFSD insulation performance of power equipment

俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所針對10 kV懸式和立式線路絕緣子在不同工作電壓下,采用上升時間為20～40 ns,半高寬為50～550 ns,電壓幅值為200～400 kV的脈沖發(fā)生器進行了HEMP效應(yīng)試驗[27]。研究結(jié)果表明,半高寬小于150 ns,絕緣子閃絡(luò)電壓為360～400 kV,上升時間為20～40 ns時,閃絡(luò)電壓的變化不超過5%;半高寬從150 ns增至500 ns時,絕緣子閃絡(luò)電壓降低到原來的1/3。另外絕緣子加電或不加電,工作電壓持續(xù)時間長短對閃絡(luò)電壓基本無影響,但加電狀態(tài)下絕緣子電氣參數(shù)更容易發(fā)生劣化,且污穢表面劣化程度更大。該項工作對絕緣子的閃絡(luò)特性研究較為深入,具有較好的借鑒意義。

另外,隨著近些年新能源發(fā)電占比不斷增加,國內(nèi)外逐漸重視新能源發(fā)電安全運行的研究。美國圣地亞國家實驗室采用大型TEM模擬器產(chǎn)生上升時間為2.4 ns,半高寬為37 ns,最大電場強度峰值為100 kV·m-1的雙指數(shù)脈沖電場,對光伏組件進行了易損性試驗研究[38]。圖11為試驗總體布局。

試驗中采用校準光源的方式消除了環(huán)境條件的影響,并測量了不同輻照方向入射場的耦合電流。該工作通過I-V曲線跟蹤測量和物理檢查的方式對光伏組件進行狀態(tài)檢測,結(jié)果表明,經(jīng)多次強場輻照后,組件沒有明顯的損壞或退化。

圖11 試驗總體布局[38]Fig.11 General layout of test[38]

2.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近幾年,國內(nèi)也較系統(tǒng)地開展了電力設(shè)備的HEMP效應(yīng)試驗研究。石家莊鐵道大學(xué)開展了HEMP電流注入方法研究[39-40],研制了上升時間約為20 ns,半高寬為450～500 ns,電流峰值為1 kA的雙指數(shù)脈沖電流注入源,采用容性注入的方式,針對0.22～35 kV不同標稱電壓的氧化鋅避雷器進行了脈沖電流注入試驗,分析了低幅度HEMP環(huán)境下不同避雷器的防護效果與導(dǎo)通時間,得出了10 kV及以上避雷器對HEMP不能起到防護作用的結(jié)論。該研究考慮了不同避雷器參數(shù)的防護效果,但脈沖源幅值不足以支撐10 kV以上避雷器達到動作電壓,且考核防護效果的指標不夠充分,不利于避雷器的HEMP防護性能分析。

西安交通大學(xué)基于HEMP脈沖電流注入方法,針對10 kV配電變壓器[41]、氧化鋅避雷器(MOV)[42]及PQ1-10T型的針式陶瓷絕緣子[28]開展了效應(yīng)試驗研究。其中,配電變壓器HEMP效應(yīng)試驗中,脈沖注入電流最大值為500 A,未發(fā)現(xiàn)明顯的效應(yīng)故障現(xiàn)象。避雷器的HEMP響應(yīng)特性試驗研究中,獲取了脈沖上升時間為5～100 ns,半高寬為500～600 ns時,3種不同型號MOV的I-V特性,得出了前沿為5 ns時,與雷電沖擊相比,MOV殘壓高50%～60%的規(guī)律認識,并基于此給出了IEEE推薦的等效電路模型。開展了加電狀態(tài)下絕緣子的HEMP效應(yīng)試驗,明確了該型絕緣子的50%閃絡(luò)電壓為標準雷電沖擊下閃絡(luò)電壓的約2倍。這是國內(nèi)較早全面開展電力關(guān)鍵設(shè)備的單位之一,試驗方法有一定的參考價值。

西北核技術(shù)研究所從電力設(shè)備本身特性的角度出發(fā),開展了10 kV關(guān)鍵配電設(shè)備的HEMP效應(yīng)試驗研究。試驗中采用上升沿為20 ns、半高寬為500 ns的雙指數(shù)脈沖源。其中,在絕緣子的效應(yīng)試驗中[43],獲得了線路絕緣子的50%閃絡(luò)電壓、放電時延、閃絡(luò)持續(xù)時間及伏秒特性的關(guān)鍵參數(shù),并通過分幅相機分析了絕緣子的主要閃絡(luò)通道,總結(jié)了污穢對絕緣子閃絡(luò)特性的影響。在避雷器的效應(yīng)試驗中[44-45],獲取了加電或不加電狀態(tài)下避雷器在HEMP作用下的動作電壓、過沖峰值、殘壓及響應(yīng)時間,明確了常規(guī)電力避雷器應(yīng)對HEMP環(huán)境響應(yīng)速度不足的問題,避雷器后端設(shè)備承受的過電壓電位梯度大于10 MV·μs-1。在變壓器的效應(yīng)試驗中[46- 47],明確了HEMP環(huán)境下配電變壓器的絕緣薄弱環(huán)節(jié),且發(fā)生擊穿的概率較大,擊穿后絕緣擊穿閾值將降低約50%。另外,在該試驗過程中發(fā)現(xiàn),未發(fā)生擊穿現(xiàn)象的配電變壓器在單次納秒脈沖沖擊試驗后,局部放電量大于10 nC。該研究較系統(tǒng)地研究了電力關(guān)鍵設(shè)備的HEMP效應(yīng)閾值,且開始重視電力設(shè)備的效應(yīng)機理分析。

綜上所述,以美、俄為代表的歐美國家已完成了關(guān)鍵電力一次、二次設(shè)備的電磁脈沖效應(yīng)試驗和仿真研究,且近些年擴展到了光伏發(fā)電等新能源發(fā)電設(shè)備,增加了對E3環(huán)境下電力關(guān)鍵設(shè)備的部分試驗和仿真分析。研究中涉及的電磁脈沖環(huán)境較為全面,同時考慮了加電與不加電狀態(tài)下電力關(guān)鍵設(shè)備的效應(yīng)對比分析,獲得了豐富的效應(yīng)試驗數(shù)據(jù),總結(jié)了電磁脈沖環(huán)境下關(guān)鍵電力設(shè)備的響應(yīng)規(guī)律。針對部分設(shè)備構(gòu)建了等效電路模型,便于電力系統(tǒng)的HEMP易損性分析研究。國內(nèi)針對電力設(shè)備的HEMP效應(yīng)研究主要基于傳輸線理論的數(shù)值計算方法開展,獲得了一些HEMP效應(yīng)的規(guī)律性數(shù)據(jù)。近幾年也開始重視配電變壓器及絕緣子等關(guān)鍵設(shè)備的HEMP效應(yīng)試驗研究,積累了個別型號的效應(yīng)數(shù)據(jù)。但與國外研究相比,從效應(yīng)試驗方法的完善性及效應(yīng)對象的廣度上仍存在差距,尚不足以支撐電力系統(tǒng)的易損性評估研究。

3 電力系統(tǒng)電磁脈沖易損性評估與防御

電力系統(tǒng)的電磁脈沖效應(yīng)試驗與仿真能獲取單設(shè)備或局部系統(tǒng)的電磁脈沖效應(yīng)閾值,但不足以獲取電力系統(tǒng)等廣域分布式系統(tǒng)整體的電磁脈沖生存能力。為此,國內(nèi)外學(xué)者對電力系統(tǒng)的電磁脈沖易損性進行了基于效應(yīng)數(shù)據(jù)或評估模型的分析研究,并提出了電力系統(tǒng)應(yīng)對HEMP的防御方案。

3.1 基于效應(yīng)數(shù)據(jù)的易損性分析

通過仿真和試驗獲取的效應(yīng)數(shù)據(jù)是評估的基礎(chǔ)。較主流的研究方法是基于關(guān)鍵電力設(shè)備的損傷閾值概率分布等數(shù)據(jù),結(jié)合電力系統(tǒng)簡化的節(jié)點模型,對電力系統(tǒng)進行電磁脈沖易損性分析與評估。

美國橡樹嶺國家實驗室是較早開展電力系統(tǒng)電磁脈沖易損性整體評估的單位之一,基于前期開展的電力系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)研究[48],結(jié)合與配電公司工程師和設(shè)備制造商的現(xiàn)場討論,針對美國某配電系統(tǒng)的電源電路和功率元件進行了HEMP易損性分析,并探討了大量失負荷對整個電力系統(tǒng)的惡劣影響。在與ABB電力公司的合作中,以美國電網(wǎng)為對象研究了HEMP環(huán)境、電力系統(tǒng)評估的復(fù)雜度、HEMP對電力系統(tǒng)的級聯(lián)效應(yīng)及電力系統(tǒng)恢復(fù)與防護等問題,提出了一種基于概率的HEMP對電力系統(tǒng)影響的評估方法[49]。該評估方法中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于以往針對電力傳輸線、絕緣子、變壓器、避雷器及發(fā)電機等分布式設(shè)備閃絡(luò)、擊穿和損傷的閾值概率分布,基于概率樹的方法分析了電力系統(tǒng)失負荷概率,為整個系統(tǒng)HEMP生存能力評估提供輸入。發(fā)展了針對E1的鐵氧體磁環(huán)、屏蔽電纜、端口防護器件及電光轉(zhuǎn)換器等局部防護方法,針對E3的檢測和斷開機制及在中性點接地連接中增加適當?shù)淖杩箿p小變壓器中的GIC等加固方法[50]。

基于大量的試驗研究和評估結(jié)果,2004年,電磁脈沖委員會發(fā)布了評估電磁脈沖攻擊對美國威脅的執(zhí)行報告[51],并于2008年發(fā)布了一份評估電磁脈沖攻擊對美國國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施威脅的報告[52]。報告回顧和分析了電磁脈沖的歷史事件及環(huán)境特點,分別針對電力、通信、銀行和金融、燃料/能源、運輸、食品、供水、應(yīng)急、空間及政府等基礎(chǔ)設(shè)施,進行了級聯(lián)響應(yīng)及易損性分析,并提出了防護建議,圖12為重要基礎(chǔ)設(shè)施之間的協(xié)同關(guān)系[53]。

圖12 重要基礎(chǔ)設(shè)施之間的協(xié)同關(guān)系[53]Fig.12 Synergies between key infrastructures[53]

3.2 基于評估模型的易損性分析

另一種思路是基于對電力系統(tǒng)組成框架和電力設(shè)備工作特性,注重系統(tǒng)組成部分之間的協(xié)同關(guān)系,采用評估理論模型實行電力系統(tǒng)的電磁脈沖易損性分析與評估。

美國橡樹嶺國家實驗室提出了一種配電系統(tǒng)單個故障集和多個重復(fù)故障集的表征模型,開展了電磁脈沖對輸配電系統(tǒng)同步穩(wěn)定性的影響研究[54],討論了電磁脈沖與電力系統(tǒng)耦合的各種模式與影響輸電系統(tǒng)同步穩(wěn)定性的因素,研究了多故障和重復(fù)故障響應(yīng)與擾動區(qū)域面積、故障密度和故障位置與傳輸系統(tǒng)之間的有效阻抗關(guān)系等重要參數(shù),分析了擾動時主要減載和聯(lián)絡(luò)線開關(guān)的影響。圖13為主要發(fā)電廠斷電前后電能流動的情況。評估結(jié)果表明,電磁脈沖可能引起配電網(wǎng)擾動,導(dǎo)致擾動區(qū)域內(nèi)的大部分傳輸網(wǎng)絡(luò)失去同步,最終導(dǎo)致大規(guī)模停電。

評估存在一定的概率分布特性,也可能因評估方法與模型的差異而得到不同的結(jié)果。斯坦福大學(xué)通過分析核爆炸產(chǎn)生的各類電磁脈沖及歷史概況,比較了電磁脈沖與雷電、太陽風暴等自然現(xiàn)象的特點,評估了高空核爆炸對美國電網(wǎng)的影響[55]。研究結(jié)果認為,HEMP效應(yīng)被夸大了,HEMP電場幅值只有局部接近50 kV·m-1,與電力系統(tǒng)傳輸?shù)哪芰肯啾?HEMP總能量并不算高,且核爆炸產(chǎn)生的電離會嚴重削弱HEMP。

西安交通大學(xué)基于電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的HEMP易損性分析,將電力設(shè)備分為SCADA系統(tǒng)與繼電保護設(shè)備、變壓器與互感器等線圈類設(shè)備、避雷器等保護類設(shè)備幾大類,總結(jié)了其HEMP效應(yīng)模式與多等級效應(yīng)評估模型,綜合分析了E1和E3環(huán)境協(xié)同作用下的電力系統(tǒng)故障鏈模式[56]。另外,將不確定性量化與設(shè)備效應(yīng)評估相結(jié)合,提出了基于裕量與不確定性量化(QMU)的電力電子設(shè)備易損性評估方法[57],即設(shè)備威脅電平與效應(yīng)閾值概率分布的分析方法。

圖13 主要發(fā)電機斷電前后電能流動的情況Fig.13 Power flow before and after power failure of main generator

另外,由于E3與地磁爆具有相似的廣域作用特性,因此,目前針對電力系統(tǒng)E3的易損性評估主要基于節(jié)點模型[58-60]開展,且評估過程中往往結(jié)合E1環(huán)境共同進行。

3.3 電磁脈沖效應(yīng)減緩與防御

電力系統(tǒng)分布范圍極廣,構(gòu)成要素復(fù)雜多樣,全面完整地進行電磁脈沖防護加固造價極大,難以實現(xiàn)。因此,主要采用加固關(guān)鍵節(jié)點,增加全局冗余設(shè)計和應(yīng)急措施,結(jié)合管理制度 設(shè)計提高系統(tǒng)恢復(fù)能力的防御路線。

美國政府非常重視強電磁脈沖威脅,從法律的角度推動了重要基礎(chǔ)設(shè)施的電磁脈沖防御工作,強調(diào)了防御工作的重要性,明確了主管部門的職責,并對大型電力變壓器、應(yīng)急電源等關(guān)鍵電力設(shè)備進行戰(zhàn)略儲備[51]。另外,先后提出了恢復(fù)力和彈性電網(wǎng)的概念[61],通過研發(fā)新技術(shù)提高電力系統(tǒng)快速恢復(fù)的能力,并于2017年發(fā)布了電磁脈沖恢復(fù)行動計劃[62]。

克萊姆森大學(xué)考慮為緩解因E3、地磁暴及逆變器故障等導(dǎo)致電力系統(tǒng)直流的不良影響,而引入的中性點閉鎖裝置(NBD)對電力設(shè)備和電網(wǎng)穩(wěn)定運行(EENS等)的影響,提出了一種增強設(shè)備電氣安全的風險管理框架[63],如圖14所示,分析并推薦了中性點阻塞策略,重點關(guān)注了這些裝置在電磁脈沖攻擊、網(wǎng)絡(luò)攻擊及設(shè)備故障條件下NBD運行安全的相關(guān)風險,并提出了一種理想的NBD操作設(shè)計方法。該研究對電力設(shè)備安全管理有較好的借鑒意義。

圖14 NBD風險管理框架[63]Fig.14 NBD risk management framework[63]

西安交通大學(xué)在分析強電磁環(huán)境小概率和高風險特點的基礎(chǔ)上,提出了國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施電磁安全的三棱錐模型與電磁恢復(fù)力的概念[64],并以電網(wǎng)為例討論了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施電磁恢復(fù)力的內(nèi)涵和外延。另外,還提出并發(fā)展了彈性電力系統(tǒng)的概念[65-66],圖15為彈性電力系統(tǒng)應(yīng)對極端事件的基本過程?；贖EMP環(huán)境效應(yīng)特征分析和初步評估結(jié)果,兼顧能源轉(zhuǎn)型下電力系統(tǒng)面臨的安全問題,提出了以高恢復(fù)力的彈性電力系統(tǒng)建設(shè)作為應(yīng)對策略,闡述了彈性電力系統(tǒng)發(fā)展步驟及具體研究框架[67]。

綜上所述,以美國為主的發(fā)達國家基于大量試驗和仿真數(shù)據(jù),采用基于概率、系統(tǒng)理論及故障集表征模型等評估方法對輸配電系統(tǒng)同步穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)失負荷概率及國家能源級聯(lián)響應(yīng)進行了效應(yīng)評估與易損性分析,研究成果豐富,其評估分析理論具有較好的借鑒意義。美國還從政府層面,根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展情況,組織進行了多輪次國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的電磁脈沖攻擊威脅評估,對電力系統(tǒng)電磁脈沖防御的發(fā)展有重要作用。我國近幾年也逐步開展了系統(tǒng)級HEMP易損性評估研究,但在電磁脈沖作用下電力設(shè)備的基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)仿真模型方面的積累尚不足以支撐完備的評估研究,且與歐美國家相比,整系統(tǒng)評估理論與方法方面存在差距,使電力系統(tǒng)HEMP易損性研究尚處于定性分析的初步階段。

圖15 彈性電力系統(tǒng)應(yīng)對極端事件的基本過程[66]Fig.15 Basic process of elastic power system in dealing with extreme events[66]

4 總結(jié)與展望

HEMP是少數(shù)大范圍威脅級電磁環(huán)境之一,而電力系統(tǒng)又是典型的大型廣域分布式系統(tǒng),其互聯(lián)輸配電線路長達數(shù)千千米,在HEMP作用下極易形成復(fù)雜的強電磁脈沖傳導(dǎo)環(huán)境,對變電站設(shè)備和輸配電系統(tǒng)造成不可逆的損傷。本文綜合大量研究文獻,結(jié)合HEMP環(huán)境特征,從效應(yīng)和評估2個層面概括了國內(nèi)外學(xué)者針對電力系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)和易損性評估的研究成果。然而,在該領(lǐng)域仍然存在很多值得深入探索的問題:

(1) 電力系統(tǒng)HEMP傳導(dǎo)環(huán)境研究。HEMP覆蓋范圍達上千千米,各處輻射波場強、波形并不相同,而現(xiàn)有計算模型中所采用的HEMP標準電磁場波形為統(tǒng)計波形,與實際線路耦合場之間存在一定的區(qū)別,引起計算結(jié)果的偏差。另外,HEMP的寬頻帶特性使電力設(shè)備等效電路模型模型參數(shù)往往范圍較寬,計算過程難以簡化,且需考慮雜散參數(shù)和趨膚效應(yīng)的影響,使參數(shù)求解過程復(fù)雜,計算量大。為此,有必要針對HEMP環(huán)境構(gòu)建電力設(shè)備的寬頻帶等效電路模型,開展電力系統(tǒng)輸配電線纜和關(guān)鍵電力設(shè)備端口的傳導(dǎo)環(huán)境研究。

(2) 成熟的試驗平臺及故障診斷技術(shù)研究。國內(nèi)外針對電力系統(tǒng)的HEMP效應(yīng)研究尚無標準的方法和試驗平臺,也缺乏完備的故障診斷方法。且目前電力設(shè)備的HEMP效應(yīng)研究聚焦于設(shè)備的硬損傷閾值,而對局部放電、繞組變形及絕緣劣化等引起的性能降級缺乏關(guān)注。這將影響電力設(shè)備的使用壽命,并給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來較大的不確定性因素。對電力系統(tǒng)這種廣域分布式互聯(lián)系統(tǒng),電力設(shè)備性能降級可能比設(shè)備直接損傷帶來的危害更大。為此,需在關(guān)鍵電力設(shè)備HEMP效應(yīng)閾值研究的基礎(chǔ)上,擴展效應(yīng)故障診斷技術(shù),深化獲取電力設(shè)備性能降級的微觀機理和宏觀表現(xiàn),為變壓器等關(guān)鍵節(jié)點設(shè)備的局部加固和HEMP環(huán)境下的生存能力評估提供更準確的數(shù)據(jù)輸入。

(3) HEMP作用下電力設(shè)備絕緣放電特性與損傷機理研究。電力設(shè)備的絕緣性能與其所處的電磁環(huán)境密切相關(guān),放電特性與損傷機理受缺陷模型、電應(yīng)力特征及絕緣介質(zhì)材料等多個因素共同作用。獲取HEMP等納秒脈沖作用下電力設(shè)備絕緣失效特性及影響規(guī)律,構(gòu)建電力設(shè)備損傷程度評估方法,涉及絕緣微觀形貌特征與理化特性等微觀層面的表征,流注放電、局部放電及碳化通道形成等宏觀效應(yīng)現(xiàn)象量化等問題?，F(xiàn)有研究成果涉及主要為工頻、直流及雷電等典型環(huán)境,與HEMP有較大差異,無法直接應(yīng)用。因此,需充分開展HEMP作用下電力設(shè)備絕緣放電特性和機理相關(guān)研究,深入探究絕緣微觀形貌與理化特性內(nèi)在聯(lián)系,構(gòu)建絕緣損傷程度量化分析評估方法,為從根本上強化電力設(shè)備應(yīng)對HEMP的性能奠定基礎(chǔ)。

(4) 廣域分布式系統(tǒng)HEMP易損性評估方法研究。針對電力系統(tǒng)HEMP效應(yīng)開展量化評估難度很大,對電網(wǎng)分布模型、HEMP環(huán)境特征與耦合模型、關(guān)鍵電力設(shè)備損傷及故障模型等方面的研究均提出了較高的技術(shù)要求。未來可將電力系統(tǒng)電磁脈沖易損性評估過程分解為耦合與損傷2個層級,并結(jié)合電力系統(tǒng)構(gòu)成特征與網(wǎng)絡(luò)拓撲開展,同時發(fā)展成熟的評估方法與理論。另外,隨著電力系統(tǒng)的“雙碳”發(fā)展規(guī)劃,大比例新能源發(fā)電及高壓直流輸電等方面的電磁脈沖效應(yīng)與易損性研究也亟待研究。