高压直流输电对榆树地震台地电场观测的影响

李宁 朱伟楠 王卓识 王冲 梁兆军

摘 要：随着高压输电线路布局的完善，高压直流输电干扰对地电场观测的影响日益增强。基于此，本文以榆树地震台为研究对象，探讨高压直流输电对其地电场观测的影响。

关键词：高压直流输电;榆树地震台;干扰形态

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

地电场是地球表面天然存在的电场，是地球物理基本场之一。在地震前兆观测中，地电场观测是重要方法之一，主要观测地电场的地表分量及其时空变化[1]。

近年来，随着我国高压直流输电骨架网的建设，在地震地电场观测中出现了高压直流输电干扰异常的现象[2]。2010年9月28日，东北电网第一条高压直流输电呼辽线正式竣工投运[3]，榆树地震台在日常地电场观测系统中第一次记录到高压直流输电干扰;东北电网扎青线高压直流输电线路正式投入运行后，榆树地震台地电场观测中又增加了新的高压直流输电干扰。随着国民经济的快速发展和高压输电线路布局的完善，高压直流输电干扰对地电场观测的影响日益增强[2]。这对榆树地震台从地电场观测数据中提取有用数据信息增加了较大难度。

1 榆树地震台概况

长春市榆树地震监测台地电场于1999年10月21日进行观测。地电场观测装置均按地理南北和地理东西两个方向进行布设，布极方式采用三角形布极，见图1。从图3可知，有3个分向，分别为：NS向长短极距（NS_L测道、NS_S测道），EW向长短极距（EW_L测道、EW_S测道），NW向长短极距（N45°W_L测道、N45°W_S测道）。正交长极距为200 m，短极距为100 m，斜长极距为280 m，短极距为140 m。测线均采用镀锌铠装电缆，埋地布设，电缆埋深在1.2～1.8 m;电极均为Pb/PbCl2固体不极化电极，埋深3.0 m[4]。

2 高压直流输电对榆树地震台地电场观测的影响

高压直流输电原理如图2所示。相关研究表明，当直流输电线路在系统调试或发生故障的情况下，可能会以双极不平衡或单极大地回路运行方式输电，此时将有大电流从直流接地极流入大地。该入地电流在接地极附近会形成较大的电位梯度变化，并且以接地极为中心，在较大范围内形成非天然源电场分布，从而使得该区域的天然大地电磁场分布及变化规律发生改变[5-6]。

2.1 呼辽线高压直流输电对榆树地震台地电场观测的影响

±500 kV内蒙古呼伦贝尔—辽宁辽阳高压直流输电线路，简称呼辽线，为东北电网第一条高压直流输电线路，2010年9月28日正式竣工投运。自2016年以来，榆树台电场站观测共记录到呼辽线高压直流输电影响2 d，计2次高压直流输电干扰事件，即2016年6月20日（见图3）和2017年7月14日的呼辽线高压直流输电干扰。对干扰比较明显的两条测道进行绘图，结果如图3所示。从图3可知，曲线形态上，受呼辽线干扰的数据曲线出现了向上的阶跃变化;在连续干扰时长上，呼辽线干扰时长一般持续1 h以上;在数据变化幅度上，受呼辽线高压直流输电干扰的数据变化幅度一般为每千米几毫伏。

2.2 扎青线高压直流输电对榆树地震台地电场观测的影响

内蒙古扎鲁特—山东青州±800 kV特高压直流输电线路，简称扎青线，于2017年10月开始带电调试，2017年12月31日正式投运。榆树地震台地电场台站在2017年9月30日至2020年5月1日，共记录到62 d的扎青線高压直流输电影响，计163个高压直流输电干扰事件，其干扰时段出现的比例见图4。干扰时长上，时间最短的只有1 min，最长的则达479 min;受影响幅度上，最小变化幅度只有0.2 mV/km左右，最大则达到30 mV/km，各测道数据变化幅度，以EW_L道最小。

从曲线变化形态上看，榆树台受扎青线高压直流输电干扰，地电场数据波形呈现缓变形、楔形、方波形、折返形等变化，并在同一时间段内受高压直流输电干扰的表现形式不同。图5至图7为榆树台受高压直流输电干扰地电场仪器产出数据波形。

榆树地电场长测道正常日变化曲线如图8所示。榆树台站正常日变化形态呈现“双峰单谷”[7]，EW_L道的相位与NS_L、N45°W_L测道的相位相反。受高压直流输电影响，榆树台地电场NS_L、N45°W_L极距测道与EW_L极距测道出现变化的波形相位与正常日变相位一致，并没有改变正常日变曲线形态。

3 结语

榆树台地电场观测数据受高压直流输电影响，呼辽线高压直流输电干扰曲线形态出现向上的阶跃变化;而扎青线高压直流输电干扰曲线形态则较为复杂，缓变形、折返形、方波形、楔形等变化均有体现。在干扰持续时长上，呼辽线干扰时长一般持续1 h以上，而扎青线干扰时长在1 min～6 h不等。在数据变化幅度上，受呼辽线高压直流输电干扰的数据变化幅度一般为每千米几毫伏，而受扎青线高压直流输电干扰的数据变化幅度则达到30 mV/km。

对于高压直流输电的影响，榆树台地电场NS向长、短极距测道与EW向、N45°W向长、短极距测道出现变化的波形相位刚好相反。

参考文献：

[1]方炜，张国强，邵辉成.高压直流输电对地电场观测的影响[J].地震地质，2010（3）：434-441.

[2]赖晓明，韩来文.东北电网呼辽高压直流输电系统开路试验仿真研究[J].黑龙江电力，2007（6）：419-422.

[3]史红军，杨桐，赵卫星，等.榆树地震台地电场观测数据分析[J].地震地磁观测与研究，2010（3）：126-134.

[4]王洪亮.高压直流输电单极大地回线方式运行时接地极电流的研究[D].成都：西南交通大学，2007：1-42.

[5]席继楼.地电场观测方法与观测技术研究[J].地震地磁观测与研究，2019（2）：1-20.

[6]史红军，席继楼.吉林地区地电场变化特征分析研究[J].地震，2011（4）：125-132.