直流輸電工程對地震臺(tái)站電磁影響已成為直流工程規(guī)劃與建設(shè)的突出矛盾

　　建設(shè)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗等輸電特征的特高壓直流輸電系統(tǒng)是構(gòu)建我國堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)，在我國南北互供、西電東送的跨大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)中發(fā)揮著重要作用。同時(shí)我國處于地震活動(dòng)多發(fā)區(qū)域，遍布各地的地震觀測臺(tái)站承擔(dān)著預(yù)報(bào)和監(jiān)測地震活動(dòng)的重要任務(wù)，通過觀察地球電磁場變化來監(jiān)視地質(zhì)活動(dòng)。目前地震臺(tái)站之間距離為30—60km（新疆、西藏除外），十分密集，規(guī)劃中還有更為密集的地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)建設(shè)任務(wù)。特高壓工程已無法避免對線路周邊地震觀測產(chǎn)生一定的電磁干擾，主要包括地電場、地磁場和地電阻率觀測。隨著越來越多的特高壓直流工程的建設(shè)和投運(yùn)，其不平衡電流和單極運(yùn)行入地電流對地震監(jiān)測電磁影響更為顯著，已成為工程規(guī)劃與建設(shè)中的突出矛盾。

　　現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19531.2-2004《地震臺(tái)站觀測環(huán)境技術(shù)要求 第2部分:電磁觀測》對直流輸電系統(tǒng)的干擾限值做出了非常嚴(yán)格的規(guī)定，例如線路電流5kA時(shí)，線路與地震臺(tái)站的防護(hù)間距達(dá)20公里，如果考慮單極大地回路運(yùn)行工況，防護(hù)距離可達(dá)百公里以上。在電網(wǎng)和地震臺(tái)站日益密集的情況下，足夠?qū)捲５姆雷o(hù)空間難以達(dá)到，且線路繞行和設(shè)施遷移花費(fèi)巨大，這給輸電線路和地震臺(tái)站建設(shè)選址都造成了很大的限制，迫切需要發(fā)展出精確的電磁影響分析方法來確定最合理的防護(hù)間距，并尋求更經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施，保證特高壓直流輸電系統(tǒng)與地震臺(tái)站間電磁兼容。例如在±800kV向-上、錦-蘇特高壓直流輸電工程中，沿線有數(shù)18個(gè)地震觀測臺(tái)站，嚴(yán)格按照防護(hù)距離要求，將無法建設(shè)線路。

　　干擾聯(lián)網(wǎng)校正系統(tǒng)有效剔除直流輸電工程對地震臺(tái)站的電磁影響

　　中國電力科學(xué)研究院聯(lián)合地震局系統(tǒng)、高校和電力公司，系統(tǒng)地研究了特高壓直流輸電系統(tǒng)各種工況對周邊地震監(jiān)測中地磁場、地電場和地電阻率觀測的電磁影響，發(fā)展出了新的方法體系以確定更經(jīng)濟(jì)合理的防護(hù)間距與技術(shù)措施，解決了因直流輸電系統(tǒng)對周邊地震電磁觀測影響而造成的難以獲取輸電走廊或線路繞行問題。

　　在研究得到的特高壓直流輸電線路和接地極對地磁觀測裝置、地電場觀測裝置、地電阻率觀測裝置干擾機(jī)理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了特高壓直流線路和接地極對地震電磁觀測臺(tái)的干擾聯(lián)網(wǎng)校正系統(tǒng)（以下簡稱干擾聯(lián)網(wǎng)校正系統(tǒng)），該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)庫查詢和實(shí)時(shí)干擾計(jì)算功能，可以完成直流輸電系統(tǒng)對地震臺(tái)站電磁干擾的實(shí)時(shí)校正需求。系統(tǒng)主要包括三大功能：（1）直流輸電系統(tǒng)與地震臺(tái)電磁臺(tái)站數(shù)據(jù)庫管理。采用數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件，建立輸電線路和電磁臺(tái)站的數(shù)據(jù)表格，完成輸電線路各桿塔和電磁臺(tái)站的經(jīng)緯度和海拔坐標(biāo)及接地極附近土壤電阻率等數(shù)據(jù)管理，如線路極導(dǎo)線的對地平均高度，電磁觀測儀器對地高度和測量電極埋設(shè)深度等。（2）直流輸電線路對電磁觀測的實(shí)時(shí)計(jì)算功能。通過PC機(jī)串口，實(shí)時(shí)接收線路不平衡電流和地震臺(tái)電磁觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)類型、采集時(shí)間間隔，依次對實(shí)時(shí)采集分量進(jìn)行處理并采用動(dòng)態(tài)數(shù)組進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)建立的直流輸電線路電磁場計(jì)算模型，計(jì)算實(shí)時(shí)線路不平衡電流產(chǎn)生的磁場、電場和電阻率，從而得到直流輸電線路對地震臺(tái)電磁觀測的干擾值。（3）對電磁觀測數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行校正。在實(shí)時(shí)接受線路不平衡電流和電磁觀測數(shù)據(jù)的同時(shí)，在系統(tǒng)定義的坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)畫線，反映實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化。根據(jù)計(jì)算得到直流輸電系統(tǒng)不平衡電流在觀測點(diǎn)處的干擾值。將實(shí)時(shí)觀測的地電磁數(shù)據(jù)減去計(jì)算得到的干擾值，可得到實(shí)際未受干擾的電磁觀測數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對地震臺(tái)電磁觀測值的校正。

　　項(xiàng)目建立的計(jì)算模型，提出的防護(hù)距離和開發(fā)的的干擾聯(lián)網(wǎng)校正系統(tǒng)在多個(gè)地震臺(tái)站應(yīng)用，效果良好，排除了鄰近直流系統(tǒng)的干擾問題。在錦蘇特高壓直流輸電工程中解決了武漢地震臺(tái)、南京地震臺(tái)、涇縣地震臺(tái)、海安地震臺(tái)、西昌小廟地震臺(tái)、青浦地震臺(tái)等臺(tái)站的干擾防護(hù)問題，以及向上特高壓直流輸電工程運(yùn)行后對武漢地震臺(tái)等臺(tái)站的電磁干擾防護(hù)問題，節(jié)約了大量的工程改遷費(fèi)用，縮短工程設(shè)計(jì)和建設(shè)周期。

　　目前，多項(xiàng)研究成果已應(yīng)用于特高壓直流工程對地震臺(tái)站的電磁干擾影響防護(hù)，為GB/T19531.2-2004標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了依據(jù)，對直流輸電系統(tǒng)與地震臺(tái)站不可避免共存時(shí)獲取輸電走廊、最大程度縮短二者間防護(hù)距離和節(jié)省投資具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

　　在當(dāng)前土地資源非常稀缺的條件下，輸電走廊和地震臺(tái)站選址往往難有大幅改動(dòng)的可能，應(yīng)用本技術(shù)可在條件限制時(shí)通過精確計(jì)算保證雙方并存的電磁兼容性，使輸電工程和地震臺(tái)站建設(shè)的可行性成立。本項(xiàng)目的研究成果將在國家堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中，保證環(huán)境兼容性和降低昂貴的后期改造費(fèi)用提供了有效的技術(shù)措施，也為電力和地震臺(tái)站在規(guī)劃與建設(shè)時(shí)，保證系統(tǒng)間的電磁兼容問題提供了一系列具有參考價(jià)值的基礎(chǔ)理論方法和分析評估手段。

　　科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)孜孜不倦的創(chuàng)新精神

　　為解決直流輸電系統(tǒng)對地震臺(tái)站的電磁干擾與路徑選擇問題，中國電力科學(xué)研究院根據(jù)地震電磁場觀測儀器的工作原理和特高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行工況，通過理論研究和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，針對特高壓直流系統(tǒng)對地震監(jiān)測中地磁場、地電場和地電阻率觀測干擾的影響因子及機(jī)理進(jìn)行研究，基于廣域空間下直流系統(tǒng)電磁場求解及大量特高壓直流工程實(shí)測，首次系統(tǒng)性明確直流系統(tǒng)對地震觀測的干擾機(jī)理及其決定性影響因子，發(fā)展出了新的地震觀測電磁干擾防護(hù)方法及其應(yīng)用系統(tǒng)體系，解決了未來特高壓直流工程和地震臺(tái)站的選址，以及已存在的地震監(jiān)測干擾問題。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

　　提出了考慮率、線路路徑的直流輸電系統(tǒng)對地磁場觀測電磁影響精確分析方法，建立了直流線路空間場的精確求解數(shù)學(xué)模型，經(jīng)向-上、錦-蘇±800kV特高壓直流工程現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，誤差小，實(shí)現(xiàn)了直流輸電線路電流對鄰近地磁場觀測的干擾識別；

　　建立了考慮垂直分層和水平分層的多層復(fù)合土壤和接地極配置的直流輸電系統(tǒng)對地震臺(tái)站地電場觀測電磁影響計(jì)算模型，并在向-上、錦-蘇±800kV特高壓直流工程現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，誤差小于10%，解決了國內(nèi)外以往直系統(tǒng)對鄰近地電場觀測電磁干擾難以定量計(jì)算的技術(shù)難題；

　　提出的防護(hù)距離和開發(fā)的直流輸電系統(tǒng)對地震臺(tái)站電磁影響校正系統(tǒng)，大幅縮短了直流系統(tǒng)與地震臺(tái)站間的防護(hù)距離。

　　國外未見相關(guān)的研究報(bào)道，與國內(nèi)以往研究，具有以下突破：

　　(1)在研究對象的深度和廣度方面：以往研究針對單個(gè)臺(tái)站或直流工程，該項(xiàng)目分析了全國臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測儀器的類型和工作機(jī)制和全國范圍內(nèi)主要臺(tái)網(wǎng)（15個(gè)）電磁監(jiān)測數(shù)據(jù)，較系統(tǒng)的獲得了我國直流輸電系統(tǒng)對地震電磁監(jiān)測干擾情況。

　　(2)在直流輸電系統(tǒng)對地磁觀測影響模型方面：以往研究僅就龍政直流線路對地磁臺(tái)電磁影響進(jìn)行了監(jiān)測和簡單分析，磁場影響根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式大略估計(jì)，該項(xiàng)目獲得了直流線路干擾地磁觀測的特點(diǎn)，確定直流線路主要干擾地磁Z分量的觀測。建立了無限大均勻土壤和分層土壤情況下基于地心坐標(biāo)系的入地電流磁場和極導(dǎo)線電流磁場計(jì)算模型， 經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證誤差小于5%。

　　(3)在直流輸電系統(tǒng)對地電場觀測影響模型方面：以往研究未包含地電場和地電阻率觀測臺(tái)站， 該項(xiàng)目建立了基于有限項(xiàng)復(fù)系數(shù)指數(shù)級數(shù)擬和無窮階泰勒級數(shù)構(gòu)成多層土壤結(jié)構(gòu)格林函數(shù)的電位分布計(jì)算模型，可計(jì)算不同土壤條件下接地極入地電流在土壤中的電位分布，可精確分析直流系統(tǒng)對地電場和地電阻率干擾，經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證誤差小于10%。

　　(4)在直流輸電系統(tǒng)對地震電磁觀測試驗(yàn)及模型校核方面：該項(xiàng)目首次開展了計(jì)算模型的專項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)和地震臺(tái)網(wǎng)試驗(yàn)，并經(jīng)過錦蘇特高壓工程調(diào)試期間的校核，研發(fā)了“特高壓直流輸電系統(tǒng)對地震觀測干擾校正系統(tǒng)”，在±800kV錦屏-蘇南特高壓直流工程全電壓、全功率帶電調(diào)試期間，聯(lián)合中國地震局地震研究所、湖北省地震局、武漢地震臺(tái)、南京地震臺(tái)、涇縣地震臺(tái)、海安地震臺(tái)、西昌小廟地震臺(tái)、青浦地震臺(tái)等相關(guān)單位，首次采用地震觀測臺(tái)，以及多個(gè)野外觀測點(diǎn)進(jìn)行了地震參量連續(xù)聯(lián)合觀測，結(jié)果表明提出的數(shù)學(xué)模型、計(jì)算方法及干擾系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確度，剔除直流系統(tǒng) 90%以上的干擾。

　?。?）在直流輸電系統(tǒng)對地震臺(tái)站電磁影響防方面：該項(xiàng)目提出了更為合理的地震臺(tái)站與直流輸電系統(tǒng)間的防護(hù)距離，提出的干擾校正方法和開發(fā)的干擾校正系統(tǒng)可用于工程實(shí)際，在地震臺(tái)站正常工作前提下，縮短防護(hù)距離60%以上，為輸電走廊獲取和地震臺(tái)站選址提供了切實(shí)可行的技術(shù)措施。

　　發(fā)表SCI/EI論文5篇，獲授權(quán)專利2項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)。2014年3月，該項(xiàng)目通過了中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的技術(shù)鑒定，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：通過該項(xiàng)目研究，為特高壓直流輸電工程對地震臺(tái)站的電磁干擾影響提供了理論依據(jù)和防護(hù)技術(shù)措施，其總體研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　聯(lián)合各行業(yè)研究力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷提高團(tuán)隊(duì)研究能力

　　多行業(yè)研究力量合作攻關(guān)是科研團(tuán)隊(duì)取得成功的關(guān)鍵。中國電力科學(xué)研究院依托于國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)電磁騷擾預(yù)測與控制科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國地震局系統(tǒng)的科研、運(yùn)行單位，以及高校和電力公司，各司其職，團(tuán)結(jié)一致，將工作效率最大化，最后完滿地完成了該項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)。

　　電網(wǎng)電磁騷擾預(yù)測與控制科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)是國家電網(wǎng)公司首批科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，是國家電網(wǎng)公司科技創(chuàng)新的主體。該攻關(guān)團(tuán)隊(duì)擁有電力系統(tǒng)電磁兼容和電磁研究與監(jiān)測中心、電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電力系統(tǒng)電磁兼容國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、掛靠全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，主要開展電網(wǎng)電磁環(huán)境特性及影響、電網(wǎng)噪聲特性及控制、電網(wǎng)電磁騷擾特性及防護(hù)和新型環(huán)保輸電技術(shù)與設(shè)備的研究、試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)化工作。近五年獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)20項(xiàng)，制定國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)，發(fā)表論文208篇。

　　情系民生，福澤萬民，電網(wǎng)電磁騷擾預(yù)測與控制科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)將延續(xù)著光榮，承載著夢想，以更加磅礴的氣勢，在國家環(huán)境保護(hù)事業(yè)的征程中續(xù)寫新的輝煌篇章?。▌⑴d發(fā)）