高壓直流輸電對榆樹地震臺地電場觀測的影響

李寧 朱偉楠 王卓識 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地電場觀測的影響日益增強。基于此，本文以榆樹地震臺為研究對象，探討高壓直流輸電對其地電場觀測的影響。

關鍵詞：高壓直流輸電;榆樹地震臺;干擾形態

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

地電場是地球表面天然存在的電場，是地球物理基本場之一。在地震前兆觀測中，地電場觀測是重要方法之一，主要觀測地電場的地表分量及其時空變化[1]。

近年來，隨著我國高壓直流輸電骨架網的建設，在地震地電場觀測中出現了高壓直流輸電干擾異常的現象[2]。2010年9月28日，東北電網第一條高壓直流輸電呼遼線正式竣工投運[3]，榆樹地震臺在日常地電場觀測系統中第一次記錄到高壓直流輸電干擾;東北電網扎青線高壓直流輸電線路正式投入運行后，榆樹地震臺地電場觀測中又增加了新的高壓直流輸電干擾。隨著國民經濟的快速發展和高壓輸電線路布局的完善，高壓直流輸電干擾對地電場觀測的影響日益增強[2]。這對榆樹地震臺從地電場觀測數據中提取有用數據信息增加了較大難度。

1 榆樹地震臺概況

長春市榆樹地震監測臺地電場于1999年10月21日進行觀測。地電場觀測裝置均按地理南北和地理東西兩個方向進行布設，布極方式采用三角形布極，見圖1。從圖3可知，有3個分向，分別為：NS向長短極距（NS_L測道、NS_S測道），EW向長短極距（EW_L測道、EW_S測道），NW向長短極距（N45°W_L測道、N45°W_S測道）。正交長極距為200 m，短極距為100 m，斜長極距為280 m，短極距為140 m。測線均采用鍍鋅鎧裝電纜，埋地布設，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 高壓直流輸電對榆樹地震臺地電場觀測的影響

高壓直流輸電原理如圖2所示。相關研究表明，當直流輸電線路在系統調試或發生故障的情況下，可能會以雙極不平衡或單極大地回路運行方式輸電，此時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，在較大范圍內形成非天然源電場分布，從而使得該區域的天然大地電磁場分布及變化規律發生改變[5-6]。

2.1 呼遼線高壓直流輸電對榆樹地震臺地電場觀測的影響

±500 kV內蒙古呼倫貝爾—遼寧遼陽高壓直流輸電線路，簡稱呼遼線，為東北電網第一條高壓直流輸電線路，2010年9月28日正式竣工投運。自2016年以來，榆樹臺電場站觀測共記錄到呼遼線高壓直流輸電影響2 d，計2次高壓直流輸電干擾事件，即2016年6月20日（見圖3）和2017年7月14日的呼遼線高壓直流輸電干擾。對干擾比較明顯的兩條測道進行繪圖，結果如圖3所示。從圖3可知，曲線形態上，受呼遼線干擾的數據曲線出現了向上的階躍變化;在連續干擾時長上，呼遼線干擾時長一般持續1 h以上;在數據變化幅度上，受呼遼線高壓直流輸電干擾的數據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榆樹地震臺地電場觀測的影響

內蒙古扎魯特—山東青州±800 kV特高壓直流輸電線路，簡稱扎青線，于2017年10月開始帶電調試，2017年12月31日正式投運。榆樹地震臺地電場臺站在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163個高壓直流輸電干擾事件，其干擾時段出現的比例見圖4。干擾時長上，時間最短的只有1 min，最長的則達479 min;受影響幅度上，最小變化幅度只有0.2 mV/km左右，最大則達到30 mV/km，各測道數據變化幅度，以EW_L道最小。

從曲線變化形態上看，榆樹臺受扎青線高壓直流輸電干擾，地電場數據波形呈現緩變形、楔形、方波形、折返形等變化，并在同一時間段內受高壓直流輸電干擾的表現形式不同。圖5至圖7為榆樹臺受高壓直流輸電干擾地電場儀器產出數據波形。

榆樹地電場長測道正常日變化曲線如圖8所示。榆樹臺站正常日變化形態呈現“雙峰單谷”[7]，EW_L道的相位與NS_L、N45°W_L測道的相位相反。受高壓直流輸電影響，榆樹臺地電場NS_L、N45°W_L極距測道與EW_L極距測道出現變化的波形相位與正常日變相位一致，并沒有改變正常日變曲線形態。

3 結語

榆樹臺地電場觀測數據受高壓直流輸電影響，呼遼線高壓直流輸電干擾曲線形態出現向上的階躍變化;而扎青線高壓直流輸電干擾曲線形態則較為復雜，緩變形、折返形、方波形、楔形等變化均有體現。在干擾持續時長上，呼遼線干擾時長一般持續1 h以上，而扎青線干擾時長在1 min～6 h不等。在數據變化幅度上，受呼遼線高壓直流輸電干擾的數據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據變化幅度則達到30 mV/km。

對于高壓直流輸電的影響，榆樹臺地電場NS向長、短極距測道與EW向、N45°W向長、短極距測道出現變化的波形相位剛好相反。

參考文獻：

[1]方煒，張國強，邵輝成.高壓直流輸電對地電場觀測的影響[J].地震地質，2010（3）：434-441.

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

[3]史紅軍，楊桐，趙衛星，等.榆樹地震臺地電場觀測數據分析[J].地震地磁觀測與研究，2010（3）：126-134.

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

[5]席繼樓.地電場觀測方法與觀測技術研究[J].地震地磁觀測與研究，2019（2）：1-20.

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