美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员一直在领导一个项目，以了解高空电磁脉冲(EMP)如何威胁发电厂。核武器在数百英里的空中引爆，会发出短暂的伽马射线脉冲。在这个高度，辐射不会直接伤害地面上的人。但由此产生的强烈EMP能量波可以“耦合”到电力、电子和通信系统，产生巨大的电压或电流尖峰，从而损坏设备，除非受到特殊保护。初次爆炸后，电磁脉冲迅速继续经历两个脉冲阶段，进一步影响电力变压器、仪器和电力系统的运行。

橡树岭国家实验室首席研究员廖大汉表示：“一些估计表明，如果核武器在美国中部上空的大气层中引爆，可能会导致大范围、长时间的停电，甚至可能导致电网部分崩溃。”“所以这非常重要，因为这可能是一场灾难性的、广泛的事件。”

尽管对电磁脉冲风险​​的担忧并不新鲜，但冷战结束后这种担忧有所减弱。全球政治事件引起了人们对保护电网免受威胁的新关注，但廖表示其他因素也很关键。

“过去几十年来，技术取得了进步，我们甚至可以在不需要核武器的情况下制造电磁脉冲。现在有强大、高效的便携式微波发射器，可以被恐怖分子或坏人使用，”廖说。“此外，今天的电子设备比20世纪60年代的设备更容易受到攻击，因为我们更加依赖半导体，而且许多设备在较低电压下运行。如此小的元件吸收EMP能量浪涌的能力较差。”

橡树岭国家实验室项目经理拉里·马克尔表示，武器化电磁发生器现在可以安装在导弹、飞机、大型无人机甚至停在发电厂旁边的卡车上，以将脉冲集中在目标上。他说：“当你看看乌克兰正在发生的事情时，你就会看到各国如何愿意在不使用核武器的情况下使用非常规电子战。”

ORNL与合作伙伴劳伦斯利弗莫尔国家实验室和田纳西大学超广域弹性电力传输网络中心(CURENT)合作，研究电磁脉冲如何进入发电厂以及它会对设备造成哪些损害。

计算机模型可用于理解这些结果，但在不释放电磁脉冲波的情况下很难确认其准确性。廖通过获取蜂窝、广播无线电和电视发射机产生的低水平电磁活动的环境读数解决了这一验证困境。他对建筑物内外以及水力发电厂和橡树岭国家实验室校园的关键设备附近的信号强度进行了采样。

计算机模型放大了这些测量结果，以模拟电磁脉冲引起的浪涌如何影响多种类型发电厂的设备，包括那些以煤炭、天然气和核电为燃料的发电厂。廖说，水力发电受到特别关注，因为它通常是大范围区域停电后启动电网的第一步。

现代电力系统包含越来越多的太阳能电池阵列、风力涡轮机和通过逆变器连接到电网的电池，这些逆变器是容易受到电磁脉冲影响的电力电子元件。UT-ORNL电网州长主席YiluLiu带领学生团队将低电平信号注入正在工作的电力电子设备，例如逆变器、可编程逻辑控制器和相量测量单元。他们记录了结果，以便更好地了解这些组件如何传导电磁能量以及什么程度的暴露会损坏低压电子设备。

UT团队还帮助模拟EMP如何根据建筑材料和可用的进入点泄漏到建筑物中。刘说：“我们希望这项研究中的基本分析能够在一般设备保护方面有更广泛的应用，同时为如何设计电磁脉冲屏蔽建筑物提供指导。”

研究人员开发了一种模拟工具，允许公用事业公司分析其特定配置和设备并预测电磁脉冲影响。该团队还使用该工具生成增强浪涌保护设备、接地和屏蔽的一般建议。足以应对雷击的接地方法可能不足以应对电磁脉冲，而电磁脉冲可提供更快的充电速度和更高的强度。

“漏洞比我们预期的要多，特别是在设施外部暴露的系统中，”廖说。“当小东西发生故障并阻止更大的东西运行时，可能会发生连锁反应。”

虽然该项目试图降低发电设备的风险，但其结果也凸显了支撑发电的基本或低压组件所带来的固有漏洞。电缆和电线既可以充当接收电磁能的天线，也可以充当将能量传输到附加硬件的导管，从而使对操作至关重要的简单电机和微电子设备的电压容量迅速过载。公用事业公司可能无法识别保护通信和控制设备所需的接地或电涌保护的程度，即使它没有直接连接到更高的电压。