高壓直流輸電對(duì)榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響

李寧 朱偉楠 王卓識(shí) 王沖 梁兆軍

摘 要：隨著高壓輸電線路布局的完善，高壓直流輸電干擾對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響日益增強(qiáng)?；诖?，本文以榆樹地震臺(tái)為研究對(duì)象，探討高壓直流輸電對(duì)其地電場(chǎng)觀測(cè)的影響。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電;榆樹地震臺(tái);干擾形態(tài)

Abstract： With the improvement of high voltage transmission line layout， the influence of HVDC transmission interference on geoelectric field observation is increasing. Based on this， taking Yushu seismic station as the research object， this paper discussed the influence of HVDC transmission on its geoelectric field observation.

Keywords： HVDC transmission; Yushu seismic station; interference pattern

地電場(chǎng)是地球表面天然存在的電場(chǎng)，是地球物理基本場(chǎng)之一。在地震前兆觀測(cè)中，地電場(chǎng)觀測(cè)是重要方法之一，主要觀測(cè)地電場(chǎng)的地表分量及其時(shí)空變化[1]。

近年來(lái)，隨著我國(guó)高壓直流輸電骨架網(wǎng)的建設(shè)，在地震地電場(chǎng)觀測(cè)中出現(xiàn)了高壓直流輸電干擾異常的現(xiàn)象[2]。2010年9月28日，東北電網(wǎng)第一條高壓直流輸電呼遼線正式竣工投運(yùn)[3]，榆樹地震臺(tái)在日常地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)中第一次記錄到高壓直流輸電干擾;東北電網(wǎng)扎青線高壓直流輸電線路正式投入運(yùn)行后，榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)中又增加了新的高壓直流輸電干擾。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高壓輸電線路布局的完善，高壓直流輸電干擾對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響日益增強(qiáng)[2]。這對(duì)榆樹地震臺(tái)從地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用數(shù)據(jù)信息增加了較大難度。

1 榆樹地震臺(tái)概況

長(zhǎng)春市榆樹地震監(jiān)測(cè)臺(tái)地電場(chǎng)于1999年10月21日進(jìn)行觀測(cè)。地電場(chǎng)觀測(cè)裝置均按地理南北和地理東西兩個(gè)方向進(jìn)行布設(shè)，布極方式采用三角形布極，見(jiàn)圖1。從圖3可知，有3個(gè)分向，分別為：NS向長(zhǎng)短極距（NS_L測(cè)道、NS_S測(cè)道），EW向長(zhǎng)短極距（EW_L測(cè)道、EW_S測(cè)道），NW向長(zhǎng)短極距（N45°W_L測(cè)道、N45°W_S測(cè)道）。正交長(zhǎng)極距為200 m，短極距為100 m，斜長(zhǎng)極距為280 m，短極距為140 m。測(cè)線均采用鍍鋅鎧裝電纜，埋地布設(shè)，電纜埋深在1.2～1.8 m;電極均為Pb/PbCl2固體不極化電極，埋深3.0 m[4]。

2 高壓直流輸電對(duì)榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響

高壓直流輸電原理如圖2所示。相關(guān)研究表明，當(dāng)直流輸電線路在系統(tǒng)調(diào)試或發(fā)生故障的情況下，可能會(huì)以雙極不平衡或單極大地回路運(yùn)行方式輸電，此時(shí)將有大電流從直流接地極流入大地。該入地電流在接地極附近會(huì)形成較大的電位梯度變化，并且以接地極為中心，在較大范圍內(nèi)形成非天然源電場(chǎng)分布，從而使得該區(qū)域的天然大地電磁場(chǎng)分布及變化規(guī)律發(fā)生改變[5-6]。

2.1 呼遼線高壓直流輸電對(duì)榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響

±500 kV內(nèi)蒙古呼倫貝爾—遼寧遼陽(yáng)高壓直流輸電線路，簡(jiǎn)稱呼遼線，為東北電網(wǎng)第一條高壓直流輸電線路，2010年9月28日正式竣工投運(yùn)。自2016年以來(lái)，榆樹臺(tái)電場(chǎng)站觀測(cè)共記錄到呼遼線高壓直流輸電影響2 d，計(jì)2次高壓直流輸電干擾事件，即2016年6月20日（見(jiàn)圖3）和2017年7月14日的呼遼線高壓直流輸電干擾。對(duì)干擾比較明顯的兩條測(cè)道進(jìn)行繪圖，結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，曲線形態(tài)上，受呼遼線干擾的數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)了向上的階躍變化;在連續(xù)干擾時(shí)長(zhǎng)上，呼遼線干擾時(shí)長(zhǎng)一般持續(xù)1 h以上;在數(shù)據(jù)變化幅度上，受呼遼線高壓直流輸電干擾的數(shù)據(jù)變化幅度一般為每千米幾毫伏。

2.2 扎青線高壓直流輸電對(duì)榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響

內(nèi)蒙古扎魯特—山東青州±800 kV特高壓直流輸電線路，簡(jiǎn)稱扎青線，于2017年10月開始帶電調(diào)試，2017年12月31日正式投運(yùn)。榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)臺(tái)站在2017年9月30日至2020年5月1日，共記錄到62 d的扎青線高壓直流輸電影響，計(jì)163個(gè)高壓直流輸電干擾事件，其干擾時(shí)段出現(xiàn)的比例見(jiàn)圖4。干擾時(shí)長(zhǎng)上，時(shí)間最短的只有1 min，最長(zhǎng)的則達(dá)479 min;受影響幅度上，最小變化幅度只有0.2 mV/km左右，最大則達(dá)到30 mV/km，各測(cè)道數(shù)據(jù)變化幅度，以EW_L道最小。

從曲線變化形態(tài)上看，榆樹臺(tái)受扎青線高壓直流輸電干擾，地電場(chǎng)數(shù)據(jù)波形呈現(xiàn)緩變形、楔形、方波形、折返形等變化，并在同一時(shí)間段內(nèi)受高壓直流輸電干擾的表現(xiàn)形式不同。圖5至圖7為榆樹臺(tái)受高壓直流輸電干擾地電場(chǎng)儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)波形。

榆樹地電場(chǎng)長(zhǎng)測(cè)道正常日變化曲線如圖8所示。榆樹臺(tái)站正常日變化形態(tài)呈現(xiàn)“雙峰單谷”[7]，EW_L道的相位與NS_L、N45°W_L測(cè)道的相位相反。受高壓直流輸電影響，榆樹臺(tái)地電場(chǎng)NS_L、N45°W_L極距測(cè)道與EW_L極距測(cè)道出現(xiàn)變化的波形相位與正常日變相位一致，并沒(méi)有改變正常日變曲線形態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

榆樹臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)受高壓直流輸電影響，呼遼線高壓直流輸電干擾曲線形態(tài)出現(xiàn)向上的階躍變化;而扎青線高壓直流輸電干擾曲線形態(tài)則較為復(fù)雜，緩變形、折返形、方波形、楔形等變化均有體現(xiàn)。在干擾持續(xù)時(shí)長(zhǎng)上，呼遼線干擾時(shí)長(zhǎng)一般持續(xù)1 h以上，而扎青線干擾時(shí)長(zhǎng)在1 min～6 h不等。在數(shù)據(jù)變化幅度上，受呼遼線高壓直流輸電干擾的數(shù)據(jù)變化幅度一般為每千米幾毫伏，而受扎青線高壓直流輸電干擾的數(shù)據(jù)變化幅度則達(dá)到30 mV/km。

對(duì)于高壓直流輸電的影響，榆樹臺(tái)地電場(chǎng)NS向長(zhǎng)、短極距測(cè)道與EW向、N45°W向長(zhǎng)、短極距測(cè)道出現(xiàn)變化的波形相位剛好相反。

參考文獻(xiàn)：

[1]方煒，張國(guó)強(qiáng)，邵輝成.高壓直流輸電對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響[J].地震地質(zhì)，2010（3）：434-441.

[2]賴曉明，韓來(lái)文.東北電網(wǎng)呼遼高壓直流輸電系統(tǒng)開路試驗(yàn)仿真研究[J].黑龍江電力，2007（6）：419-422.

[3]史紅軍，楊桐，趙衛(wèi)星，等.榆樹地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2010（3）：126-134.

[4]王洪亮.高壓直流輸電單極大地回線方式運(yùn)行時(shí)接地極電流的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2007：1-42.

[5]席繼樓.地電場(chǎng)觀測(cè)方法與觀測(cè)技術(shù)研究[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2019（2）：1-20.

[6]史紅軍，席繼樓.吉林地區(qū)地電場(chǎng)變化特征分析研究[J].地震，2011（4）：125-132.