0 引言

近年来，随着我国电网“西电东送、南北互供、全国联网”战略的实施，适合远距离、大功率输电的高压输电技术得到广泛应用（申雪娜，2017）。超远距离输电的高压直流输电技术使得输电损耗大幅度降低，中国电网建设规模越来越大，截至2015年7月，18条高压直流输电工程建成投入运行（殷翔等，2015）。正常情况下，高压直流输电不会对地磁观测造成干扰，或干扰在地磁台建设规范允许范围内。但是，高压直流输电出现故障，处在线路两端或两侧一定范围内的地磁观测就会受到不同程度的影响（唐波等，2011）。

陕西在我国承接南北、贯通东西，地理区位比较重要。截至2018年6月，5条高压直流输电线路贯穿陕西，对陕西地磁观测造成不同程度的影响，但每条线路的影响范围不尽相同，对各地磁台的影响程度也不同。高压直流输电干扰，增加了地磁观测干扰识别及数据预处理难度。对于高压直流输电对陕西地磁观测的干扰，方炜等（2012）对宝鸡-德阳±500 kV高压直流输电工程干扰作过简单介绍，董海龙等（2015）曾提及哈-郑高压直流输电对榆林、周至台地磁观测的影响，此外，无相关文献全面统计高压直流输电对陕西地磁观测的影响。本文将对过境陕西的5条高压直流输电线路及2014年以来各地磁台所受干扰频度、幅度、变化形态等特点进行统计分析，以便为地磁数据预处理及直流输电干扰线路判别提供参考，为地磁台站观测环境保护和高压直流输电干扰应对提出建议。

1 高压直流输电线路过境统计

高压直流输电（HVDC）是大功率远距离直流输电（高瑶等，2012），具有稳定、无感抗（容抗不起作用）、无同步问题等优点，输送容量大，输电距离远，电压高，可用于电力系统非同步联网。

截至2018年6月，有5条高压直流输电线路过境陕西，由北到南分别是：宁东-山东±660 kV直流输电工程，简称宁东线；宁东-浙江±800 kV特高压工程，又称为灵州-绍兴±800 kV特高压工程，简称宁绍线；哈密南-郑州±800 kV特高压直流输电工程，简称哈郑线；宝鸡-德阳±500 kV高压直流输电工程（2009年12月28日建成投入运行），简称宝德线；酒泉-湖南±800 kV特高压直流输电工程，简称酒湖线。这些线路的运行，使得陕西地磁观测受到不同程度的影响，统计数据见表 1。为便于描述，将高压直流输电和特高压直流输电统称为高压直流输电。

2 陕西地磁观测概况

陕西境内分布5个地磁观测台站，分别是陕北的榆林（地磁）台，关中的乾陵台、泾阳台、周至台，陕南的汉中（勉县地磁）台。其中，榆林地磁台2009年6月开始观测，始测时间最晚；汉中勉县地磁台于2007年6月开始观测，为“十五”期间建设台站；乾陵、泾阳、周至地磁台1978年前后开始观测，并于“十五”期间进行数字化升级改造。为了更好地进行地磁观测，乾陵台于2014年4月在原台址东北约2 km处新建乾陵地磁台。5个地磁台站共配置11套连续观测的地磁仪器运行，其中：泾阳台、周至台各配置1套GM-4磁通门磁力仪和1套FHD-2质子矢量磁力仪，汉中勉县地磁台配备1套FHD-2质子矢量磁力仪，榆林台配置2套GM-4磁通门磁力仪，乾陵地磁台配备1套GSM-90F1型OVERHAUSER磁力仪、1套GM4-XL磁通门磁力仪及1套GM4磁通门磁力仪、1套FHDZ-M15自动化地磁台站系统。FHD-2质子矢量磁力仪为分采样，其他仪器均为秒采样。统计结果见表 2。

3 高压直流输电对地磁观测的影响

方炜等（2012）、唐波等（2011）分析高压直流输电对地磁观测的影响机理，认为高压直流输电系统在工程试运行及运行过程中出现故障时，产生较大不平衡电流，在输电线及换流站周围产生干扰磁场，影响电磁正常观测，尤其是输电线路两侧300 km范围内，电磁干扰尤为剧烈。罗俊秋等（2011）研究表明，只要直流线路在极导线上或大地中存在电流，就会对地磁观测产生影响。陕西5个地磁台站300 km范围内均有高压直流输电线路架设，有的台站周边有多条线路经过，高压直流输电工程线路走向及地磁台站分布见图 1。截至2018年6月，陕西地磁台站均受到高压直流输电干扰，但各台所受干扰程度不同，且各条高压直流输电线路影响范围不同，有的线路影响多个台站地磁观测（表 1）。高压直流输电对各地磁台站的影响程度，取决于线路产生的不平衡电流大小及与台站之间的距离，对于同一条高压直流输电线路而言，产生的不平衡电流越大，影响范围内地磁观测变化幅值越大，影响范围越大，且距离较近的台站变化幅值较大。

3.1 最小避让距离

在正常运行状况下，由于不平衡电流较小，高压直流输电对与线路一定距离以上的地磁观测不会造成干扰。根据电力部门行业标准DL/T-5224- 2005：线路运行时允许的最大不平衡电流不得超过额定电流1%，国标《地震台站观测环境技术要求第2部分：电磁观测（GB/T 19531.2-2004）》规定：在线路垂直方向上，最小避让距离满足公式R = 0.4 β I。按此公式计算，得到各线路两侧台站的最小避让距离，其中：宁东线为12.12 km，宁绍线为20 km，哈郑线为20 km，宝德线为12 km，酒湖线为20 km。以陕西境内额定电流最大的线路--酒湖线计算，I = 5 000 A，正常运行时，不会对距线路20 km以上的地磁观测造成干扰。国家电网公司承诺，酒泉-湖南特高压直流线路建成后，在双极正常运行时，通过采取特定技术措施，保证将线路上的不平衡电流控制在10 A以内。在此基础上，据国家标准GB/T 19531.2-2004，同样受酒湖线影响的湖南桃源地磁台最小避让距离可取4 km。据现场调查，酒湖线距汉中勉县地磁台不足1 km，其额定电流为5 000 A，按规定最小避让距离为20 km，即便不平衡电流控制在10 A以内，汉中勉县地磁观测仍会受到影响，具体干扰幅度有待进一步研究。

3.2 干扰影响频次及幅度

蒋延林等（2014）研究表明，高压直流输电主要对地磁观测Z分量产生影响，对其他分量影响较小。陈俊等（2014）设计完成的地磁台网高压直流输电判别处理系统，具有高压直流干扰自动判别、干扰时间获取、（Z分量）幅度计算及自动提醒等功能，为全国受高压直流输电干扰的地磁台站数据预处理提供了参照标准。基于此判别系统，统计2014年1月-2018年6月陕西5个地磁台所受高压直流输电线路干扰影响数据，见表 3。

由表 3可知：①酒湖线出现干扰最多，宝德线最少，主要原因如下：酒湖线投运时间较晚，统计区间包含大部分线路调试时段，而宝德线投运较早，线路运行较稳定；②榆林台受宁东线、宁绍线、哈郑线3条线路干扰，干扰合计415组；乾陵、泾阳台均受宁绍线、哈郑线、宝德线、酒湖线4条线路干扰，干扰合计648组；周至台受哈郑线、宝德线、酒湖线3条线路干扰，干扰合计397组；汉中台受宝德线、酒湖线2条线路干扰，干扰合计309组。

各台站受同一条线路干扰在时间上同步，干扰幅度基本满足蒋延林等（2014）提出的台站视距离关系式，随着台站距线路的远近而不同，距离越近，干扰幅度越大，如2017年5月26日酒湖线对各地磁台Z分量造成的干扰，见图 2(a)。

宁东线距榆林台最近，且只对榆林台产生影响，最大干扰幅度达7.9 nT。受宁绍线影响最大台站为榆林台，受哈郑线影响最大台站为泾阳台，受宝德线影响最大台站为汉中台，受酒湖线影响最大台站仍为汉中台，且跳变值达243.6 nT，是陕西地磁台受高压直流干扰最大幅值。需要注意的是，FHD-2质子磁力仪不直接观测Z分量，表 3中汉中台Z分量变化幅度值由总场强度F值与水平分量H值计算所得。由地磁台站与高压直流输电线路最小距离（表 2）可知，汉中台距酒湖线最近，直线距离不足1 km，受干扰变化幅度最大，且F、H、D分量均受到干扰，但干扰幅度比Z分量小，可能是因为，线路布设与台站在水平方向存在一定角度（唐波等，2011）。

有研究表明，受同一条高压直流输电线路多次影响时，各台站地磁Z分量幅值比呈线性关系。据计算，宝德线两侧地磁台Z分量受高压直流干扰影响的变化幅值与汉中地磁台幅值比一致，其中周至台幅值比约0.44，乾陵台幅值比约0.28，泾阳台幅值比约0.23。周至、乾陵与汉中台Z分量幅值比呈线性关系，见图 3。

3.3 干扰影响变化形态

地磁观测受高压直流输电干扰时，观测曲线形态整体呈上凸或下凹变化，且受干扰时长的影响，上凸或下凹的持续时间不同。垂直分量Z的正负方向变化取决于干扰线路中电流的方向，即位于输电线路同侧的地磁台站Z分量变化方向相同，两侧地磁台站Z分量则变化方向相反，基本满足右手螺旋定则。如：2018年4月7日受哈郑线干扰，榆林台Z分量变化方向向上，变化幅度为正值，线路另一侧的泾阳、乾陵、周至Z分量变化方向向下，变化幅度为负值，见图 2(b)。宝德线属南北互供线路（刘本粹等，2009），电流方向随供电方向变化，导致线路两侧地磁Z分量方向随之变化，就同一个台站而言，Z分量变化幅度有时为正值，有时为负值。

有研究表明，接地极附近地磁台观测受影响程度较为复杂，不但受直流线路影响，还受到接地极走线、接地极位置以及地磁台站周边建筑物等感应场的叠加影响，地磁各要素均会产生明显变化，因而接地区周边台站受影响程度差异性较大（蒋延林等，2014）。周至、乾陵台即地处宝德线宝鸡换流站接地极附近，受高压直流输电影响时，数据曲线变化形态较汉中台复杂[图 2(a)]。

高压直流输电干扰过程可简单分为急始-持续-急止、缓始-持续-急止、缓始-持续-缓止3种类型。从开始到终止算一组干扰，特殊情况下，多组干扰交叉叠加形成阶梯形台阶。干扰开始或终止时，地磁观测曲线有突变台阶和缓变台阶变化。台站距线路越近，变化持续时间越短，持续时间6 min以内的即为突变台阶；台站距线路越远，变化持续时间越长，持续时间大于6 min的即为缓变台阶。以上变化在以分钟值存储的地磁场预处理数据曲线上容易分辨，因此，在有高压直流输电干扰时，对于不同台阶变化应采取不同校正方法（王锋吉，2013；畅国平，2015；陈健，2016）。如图 2(a)所示，距线路特别近时表现为突变台阶，特别是对于以分钟采样率的FHD-2质子磁力仪来说，更为明显，如：汉中地磁台距酒湖线不足1 km，F、H、D分量均受到干扰，其中F、H分量变化形态为阶变，D分量变化形态为突跳，转换为Z分量，多次干扰起始变化均为突变台阶，干扰过程表现为急始-持续-急止类型。

4 存在问题及建议

数据跟踪分析是以地球物理场观测数据为基础，根据数据变化特征及所属类型，以事件为单位，分析记录各类事件并记入数据库保存的一项工作（王莉森，2017）。通过刘高川等（2016）设计完成的中国地震前兆数据处理系统地磁数据处理模块和前兆台网（站）数据跟踪分析平台，检查2014年以来地磁观测数据处理及跟踪分析情况，发现多次高压直流输电干扰数据未得到处理校正，多次高压直流输电干扰事件漏分析。究其原因：①变化幅度较小，工作人员将干扰视为正常变化，未根据地磁观测的同步变化特征进行多台对比检测；②未较好利用地磁台网高压直流输电判别处理系统，高压直流干扰信息收集不及时，未在全省甚至全国层面核实干扰源；③未对台站所受直流输电线路干扰特征进行系统总结，在数据处理校正时缺少参考判断依据。

高压直流输电判别处理系统存在诸多优点，因其仅针对Z分量发布信息，H、D分量干扰被忽略现象仍然存在，需加强对H、D分量干扰特征的研究和应对（林秀娜，2018）。汉中台在数据预处理时因无法与其他地磁台进行对比判断，仍存在一定处理难度。

随着科技进步和经济社会发展的需要，高压直流远距离输电方式已逐步取代交流输电，全国高压直流输电电网建设将更加密集，高压直流输电对地磁观测的影响不可避免。在不能改变高压直流输电线路走向和地磁观测台站地理位置的现实情况下，只能采取“治标不治本”的下策来应对。为此，作为地磁观测工作人员，应加强相关业务知识的学习，积极参加相关培训，提高对高压直流输电干扰识别及干扰数据处理校正的能力，进一步做好地磁数据预处理和跟踪分析工作。作为地磁学科管理者，应牵头加强与电力部门联系，建立合作机制，及时收集高压直流输电线路参数等信息。在发生电流干扰时，采用适当的数值模拟模型进行理论计算，以数据处理手段解决地磁观测干扰问题。在新建地磁观测台站时，要严格执行地震台站观测环境技术要求，积极掌握高压直流输电线路建设规划，提前介入现有地磁台站附近线路布线具体位置勘选，保证地磁观测的最小避让距离，开创特高压直流系统与地震台站共存共荣之路（刘兴发，2015）。

5 结论与讨论

陕西地磁观测受高压直流输电影响具有以下特征。

（1）截至2018年6月，陕西地磁观测受到5条高压直流输电线路影响，其中宝德线和酒湖线影响范围最广，各有4个地磁台受到影响；汉中台受影响幅度最大（受酒湖线影响），幅值达-243.6 nT；乾陵、泾阳台均受到4条线路影响。

（2）宁东线、宁绍线、哈郑线、酒湖线均由西北向东南单向供电，地磁Z分量阶变方向始终一致。宝德线属南北互供线路，枯水季节由北向南供电，丰水季节由南向北供电，存在高压直流干扰时，线路两侧地磁Z分量阶变方向随输电方向变化而变化。

（3）陕西周至、泾阳、乾陵台地处宝德线宝鸡换流站接地极附近，受高压直流影响时数据曲线变化形态较汉中台复杂，其中汉中台表现为方波，周至、乾陵、泾阳台则表现为变形的方波。

（4）根据各线路的特点和各台受影响的规律，可比较准确地判别高压直流输电干扰及线路来源，从而进行对应的校正处理。根据多台变化幅度大小比值或各台Z分量变化方向和形态，可初步估计干扰线路，从而进行针对性分析。

（5）计算各输电线路的最小避让距离，发现乾陵、周至、泾阳、榆林台均满足最小避让距离要求，而汉中地磁台距线路近，在酒湖线正常运行时，地磁观测仍受影响，对地磁台站环境保护提出了更加严格的要求。