可靠连续的观测数据是开展地震电磁前兆研究的基础,但是随着国民经济的快速发展,电磁观测数据所受干扰日益严重,高压直流输电干扰是目前较为突出的干扰之一。
自1999年我国第一条高压直流输电线路—葛州坝至上海高压直流输电线建设至今,已建成28条超高压和特高压线路,整体线路分布呈现出东密西疏的特点,额定电流从1 200 A演化至5 000 A,额定电压从500 kV提升至800 kV,甚至达1 100 kV。高压直流输电在工程调试和故障阶段会产生不平衡电流,该电流在高直输电线路两侧产生叠加磁场,在换流站接地极产生较大入地电流,影响地磁台站观测数据质量。沈红会等(2005)分析了高压直流输电线对电磁观测的影响机理,为降低此类干扰提供研究思路;蒋延林等(2014)通过对高压直流输电线路的相对位置以及对地磁观测资料造成的干扰形态进行分析,指出高压直流输电工程对地磁观测造成的4个干扰特性,为干扰的识别、判定提供依据;殷翔等(2015)统计了高压直流输电对全国地磁台站的影响。
青海地区电磁观测手段自2015年数字化改造后逐步完善,观测网已基本覆盖全省,但青海海南—河南驻马店线路(海驻线)、新疆昌平—安徽宣城线路(昌宣线)、甘肃酒泉—湖南湘潭线路(酒湖线)和新疆哈密—河南郑州线路(哈郑线)等4条高压直流输电线路穿过该省架设,对该区地磁观测资料质量造成间接或直接的影响(图 1)。以往此类研究中未对该区高压直流输电干扰进行细致分析,且较多问题尚未系统总结。因此,对此类干扰的认识仍不能满足当前研究需要,本文通过对青海地区地磁观测数据高压直流输电干扰进行分析,为此类干扰识别与剔除提供参考。
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图 1 青海地区高压直流输电线路与地磁台站分布 (a)昌宣线路(2018年投运);(b)哈郑线(2013年投运);(c)海驻线(2019年投运);(d)酒湖线(2016年投运) Fig.1 Distribution of HVDC transmission lines and geomagnetic stations in Qinghai |
青海地区现布设9个地磁观测点,分别为格尔木、都兰、德令哈、大武、玉树巴塘、西宁、金银滩、湟源和贵德;仪器类型包括GM4-XL型磁通门磁力仪、FHD-2型质子矢量磁力仪和GSM-90F1型Overhauser磁力仪、FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测系统以及FGM观测仪,共计23套观测仪器。总体来说,观测稳定且数据质量较好。
本文选取青海地区2012年以来的地磁观测数据,遵循点—线—面的思路,采取多台站同步对比、单台量化分析方法,全方位认识每一条高压直流输电线路对青海地区各电磁台站观测数据的影响程度,通过分析异常参数,逐步形成区域性的综合认识,进一步提高电磁观测资料分析的效率与准确性。该项研究成果对于区域地震监测工作具有现实意义,对地震预测预报工作有一定参考价值。
3 研究结果通过对青海地区电磁观测资料的梳理,得到4条高压输电线路对该区电磁数据的影响结果,见图 2。从干扰幅度来看,哈郑线在非正常运行期间对青海地区电磁观测资料影响最大;从台站受高直输电干扰频次来看,湟源、金银滩和西宁台电磁观测受干扰最为显著。哈郑线、海驻线、昌宣线和酒湖线4条高压直流输电线路对周围电磁观测台站存在不同程度的干扰影响,整体上,干扰幅度与台站和线路的距离成正比(图 2),即距离越近,干扰幅度越大。通过拟合上述正比关系,得出哈郑线、海驻线、昌宣线和酒湖线4条高压直流输电线路与台站的最小避让距离分别为367 km、88 km、247 km和112 km时,对地磁观测Z分量的影响幅度小于1 nT,即当各条高直输电线路与台站距离小于上述结果时,高直输电线路对青海及周边地区的地磁观测影响较小。
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图 2 甘青川地区高直输电对地磁观测台站的影响幅度与距离拟合关系 Fig.2 Fitting relationship between amplitude and distance of influence of HVDC on geomagnetic observation stations in the Gansu, Qinghai and Sichuan area |
本文基于前期高压直流输电线干扰特征的认识,进一步量化分析对青海地区电磁观测的干扰影响程度,以此来确定高压直流输电线路与观测台站的最小避让距离,在完善异常干扰库特征认识的同时,提高电磁观测资料分析的准确性。该项成果可为下一步青海及周边地区地震监测台网布局规划提出参考依据。
蒋延林, 张秀霞, 杨冬梅, 等. 高压直流输电对地磁观测影响的特征分析[J]. 地震, 2014, 34(3): 132-139. |
沈红会, 周加新, 张秀霞, 等. 直流输电对江苏地磁观测的影响分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2005, 26(5): 65-70. |
殷翔, 赵卫红, 张秀霞, 等. 高压直流输电对全国地磁台站的影响概况[J]. 山西地震, 2015(3): 14-22. |