高壓直流輸電對全國地磁臺(tái)站的影響概況

殷　翔，趙衛(wèi)紅，張秀霞， 陳　健

(1.江蘇省地震局南京基準(zhǔn)地震臺(tái)，江蘇　南京　210014；2.江蘇省地震局高郵地震臺(tái)，江蘇　高郵　225601；

3.江蘇省地震局，江蘇　南京　210014；4.江蘇省地震局淮安地震臺(tái)，江蘇　淮安　223001)

高壓直流輸電對全國地磁臺(tái)站的影響概況

殷翔1，趙衛(wèi)紅2，張秀霞3， 陳健4

(1.江蘇省地震局南京基準(zhǔn)地震臺(tái)，江蘇南京210014；2.江蘇省地震局高郵地震臺(tái)，江蘇高郵225601；

3.江蘇省地震局，江蘇南京210014；4.江蘇省地震局淮安地震臺(tái)，江蘇淮安223001)

摘要：對全國高壓直流線路的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析高壓直流線路對沿線地震臺(tái)站地磁觀測的影響，得出2014年之前地磁臺(tái)站受直流輸電影響的分布特性，進(jìn)一步根據(jù)臺(tái)站的影響特性確定受哪條高壓直流線路的影響。分析結(jié)果為高壓直流對地磁臺(tái)站影響的判定及預(yù)處理有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：高壓直流；相對位置；地磁影響

0引言

我國西部地區(qū)水、煤炭及風(fēng)力資源豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，而長三角、珠三角、渤海灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源需求矛盾突出。近年來，為解決該矛盾，中國電網(wǎng)大力發(fā)展“西電東送”工程。采用一般的輸電技術(shù)往往會(huì)消耗大量電能源，“高壓直流輸電技術(shù)”能夠最大限度地降低能源損耗，故我國采用此技術(shù)。高壓直流輸電采用雙線回路技術(shù)[1]，在正常運(yùn)行狀況下不會(huì)對磁場造成干擾，但在新線路調(diào)試階段及運(yùn)行過程中難免會(huì)產(chǎn)生故障，這兩種狀態(tài)都會(huì)造成不平衡電流出現(xiàn)，電流較大，就會(huì)對電磁觀測造成嚴(yán)重干擾，尤其是對輸電線路兩側(cè)300公里范圍內(nèi)電磁觀測的影響尤為顯著。全國電磁觀測臺(tái)站已不能通過搬遷的辦法來避免干擾，因此，如何準(zhǔn)確判別干擾，找出解決處理的方法，顯得尤為重要。本文對全國高壓直流線路的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取受干擾臺(tái)站的地磁數(shù)據(jù)，找出每條線路中受影響的臺(tái)站。

1全國高壓直流線路的分布

全國高壓直流輸電工程主要是國家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)建設(shè)，國家電網(wǎng)負(fù)責(zé)26省，南方電網(wǎng)負(fù)責(zé)廣東省、貴州省、云南省、海南省和廣西壯族自治區(qū)。至2014年底，正式投入運(yùn)行的遠(yuǎn)距離大容量直流架空線路高壓直流輸電工程有18個(gè)，在建設(shè)或規(guī)劃審批中的線路有6個(gè)，分別為錫林郭勒盟至江蘇泰州、晉北至江蘇、寧東至浙江、上海廟至山東、酒泉至湖南以及麗江至柳州。這其中不包含背靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程、輕型直流輸電、跨海峽直流海底電纜工程、向大城市送電的直流輸電以及一些向孤立負(fù)荷點(diǎn)送電或從孤立電站向電網(wǎng)送電的直流工程，如，舟山直流輸電工程、嵊泗直流工程、嘉峪關(guān)光伏直流輸電。按照其影響區(qū)域的范圍由北向南可以分為七大區(qū)域：東北經(jīng)向、華北緯向、西北經(jīng)向、西南經(jīng)向、華東緯向、東南經(jīng)向以及華南緯向。全國高壓直流輸電線路示意圖如第15頁圖1所示，各線路具體情況如第15頁表1所示。傳輸距離超過1 000 km的線路有10個(gè)，其中±800 kV四川宜賓至浙江金華的線路輸送電流最大，達(dá)5 250 A，額定輸送功率為8 400 MW，該線路途經(jīng)四川、云南、貴州、湖南、江西、浙江6省，全長1 652 m。

電力部門行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T-5224-2005)對高壓直流輸電線路的要求為：線路運(yùn)行時(shí)，允許的最大不平衡電流不得超過額定電流1%。按國標(biāo)GB/T 19531.2-2004[2]規(guī)定，當(dāng)ΔZ<0.5 nT得到滿足時(shí)，應(yīng)符合以下公式：

R=0.4ΔI，

式中：R為高壓直流輸電線路與地磁觀測點(diǎn)觀測儀器的最小距離，單位為km；ΔI為直流輸電線路上允許的最大不平衡電流，單位為A。

由上式可以推算出，高壓直流輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，不平衡電流滿足電力部門行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即不平衡電流為額定電流1%的條件下，線路應(yīng)當(dāng)避開地磁臺(tái)站的最小距離如第15頁表1所示。

圖1　全國高壓直流線路及臺(tái)站分布圖Fig.1　Distribution of national HVDC lines

序號分區(qū)名稱線路名稱額定功率MW電流A電壓kV線路距離km避讓距離km途經(jīng)省市投運(yùn)時(shí)間送端地名受端地名1華北緯向?qū)帠|線40003030±660133512.12寧夏、陜西、山西、河北、山東2010年10月靈武青島234567華東緯向葛上線12001200±50010004.8湖北、安徽、江蘇、浙江、上海1989年9月宋家壩南橋葛上改造線30003000±50097612湖北、安徽、江蘇、浙江、上海2010年改造擴(kuò)容團(tuán)林楓涇三常線30003000±50094012湖北、安徽、江蘇2002年12月龍泉政平三上線30003000±500110012湖北、安徽、江蘇、浙江、上海2006年宜都華新向上線64004000±800190716重慶、四川、湖北、江西、安徽、江蘇、浙江、上海2010年4月復(fù)龍南橋錦蘇線72004500±800205918四川、云南、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇2012年6月裕隆同里溪浙線84005250±800165221四川、云南、貴州、湖南、江西、浙江2014年6月宜賓金華8東南經(jīng)向三廣線30003000±50097512湖北、湖南、廣東2004年6月荊州惠州

表1　(續(xù))

2受高壓直流干擾臺(tái)站

截止2014年底，我國湖北、安徽、江蘇、上海、浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西、貴州、云南、河南、陜西、河北、山東、山西、甘肅、遼寧、內(nèi)蒙古、寧夏、天津等26個(gè)省、市、自治區(qū)共117個(gè)地磁臺(tái)站觀測中記錄到高壓直流輸電不平衡電流產(chǎn)生的各類附加磁干擾(見表2)。其中，34個(gè)臺(tái)受華東緯向的影響，16個(gè)臺(tái)受華南緯向、東南經(jīng)向的影響，22個(gè)臺(tái)受到華北緯向的影響，17個(gè)臺(tái)受西北經(jīng)向的影響，11個(gè)臺(tái)受東北經(jīng)向的影響，另有29個(gè)臺(tái)受西北緯向的影響。

表2　受全國高壓直流影響的臺(tái)站匯總表

表2　(續(xù))

3各干擾線路特性及參考臺(tái)站

每條高壓直流干擾線路兩側(cè)的臺(tái)站干擾方向相反，大小與輸電線路中的不平衡電流大小成正比，與輸電線距臺(tái)站的視距離成反比，每條線路受干擾的兩兩臺(tái)站的干擾比值為一定值[3]，當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)干擾明顯臺(tái)站(參考臺(tái))的干擾幅度后，可以利用該比值反推其他臺(tái)站的幅度。量取大量的同時(shí)發(fā)生干擾事件的干擾幅度，找出正、反兩個(gè)幅度最大的干擾臺(tái)站作為參考臺(tái)，計(jì)算其他臺(tái)站與最大干擾臺(tái)站的比值，并總結(jié)每條線路的特點(diǎn)，以更好地區(qū)別同一區(qū)域的干擾線路。

3.1　華北緯向

寧東線。該線路受干擾最大的臺(tái)站為河北紅山臺(tái)，反向受干擾最大的臺(tái)站為山東安丘臺(tái)，安丘臺(tái)靠近青島換流站，不但Z分量受影響，其他測項(xiàng)也受影響。紅山臺(tái)及安丘臺(tái)做參考臺(tái)，山西太原臺(tái)及山東泰安臺(tái)作為備用臺(tái)站(當(dāng)參考臺(tái)無數(shù)據(jù)時(shí)，可選用備用臺(tái)站)。干擾線路示意圖如圖2所示，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與紅山臺(tái)的干擾幅度比值。

圖2　寧東線干擾臺(tái)站分布圖Fig.2　Distribution of stations interfered by East Ning line

3.2　華東緯向

華東緯向包含葛上線、三常線、三上線、向上線、錦蘇線及溪浙線，共6條線路。

(1) 葛上線。受干擾最大的臺(tái)站為安徽涇縣臺(tái)，反向受干擾最大的為上海佘山臺(tái)，但佘山臺(tái)還受地鐵干擾。涇縣臺(tái)的干擾幅度遠(yuǎn)大于其他臺(tái)，約是九峰臺(tái)的4倍，溧陽臺(tái)的4倍多。涇縣臺(tái)與九峰臺(tái)同向，與溧陽臺(tái)反向(見圖3)。參考臺(tái)選涇縣臺(tái)及溧陽臺(tái)，備用臺(tái)選九峰臺(tái)及佘山臺(tái)。該線路2010年又進(jìn)行擴(kuò)容改路，在原線塔上增加一個(gè)來回，額定功率增加兩倍多，換流站位置有些變動(dòng)(見表1)。圖3中的數(shù)字為各臺(tái)站與涇縣臺(tái)的干擾幅度比值。

圖3　葛上線干擾臺(tái)站分布圖Fig.3　Distribution of stations interfered by Geshang line

(2) 三常線。受干擾最大的臺(tái)站為江蘇溧陽臺(tái)，溧陽臺(tái)的干擾幅度約是九峰臺(tái)的3倍，涇縣臺(tái)的6倍。溧陽臺(tái)的干擾方向與涇縣臺(tái)、九峰臺(tái)同向，與安徽金寨臺(tái)反向。參考臺(tái)選溧陽臺(tái)和九峰臺(tái)，備用臺(tái)選鐘祥臺(tái)、高郵臺(tái)(見圖4)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與溧陽臺(tái)的干擾幅度比值。

(3) 三上線。受干擾最大的臺(tái)站為安徽涇縣臺(tái)，金寨臺(tái)的干擾幅度略比涇縣臺(tái)小，涇縣臺(tái)的干擾幅度約是九峰臺(tái)、溧陽臺(tái)的1.5倍，涇縣臺(tái)干擾方向與溧陽臺(tái)相反，與九峰臺(tái)同向。參考臺(tái)選安徽金寨臺(tái)及涇縣臺(tái)，備用臺(tái)為溧陽臺(tái)及九峰臺(tái)(見圖5)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與涇縣臺(tái)的干擾幅度比值。

(4) 向上線。受干擾最大的臺(tái)站為安徽涇縣臺(tái)，干擾幅度遠(yuǎn)大于其他臺(tái)站。涇縣臺(tái)的干擾方向與九峰臺(tái)相反。參考臺(tái)選安徽涇縣臺(tái)及九峰臺(tái)，備用臺(tái)為江蘇溧陽臺(tái)及重慶仙女山臺(tái)(見第19頁圖6)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與涇縣臺(tái)的干擾幅度比值。

(5) 錦蘇線。該線路受干擾最大的臺(tái)站為安徽涇縣臺(tái)，其次為重慶仙女山臺(tái)，兩臺(tái)方向相同。另外，西昌臺(tái)靠近西昌換流站，地磁各測項(xiàng)均受影響，水平分量干擾幅度大于垂直分量。參考臺(tái)選安徽涇縣臺(tái)及九峰臺(tái)，備用臺(tái)為江蘇溧陽臺(tái)及重慶仙女山臺(tái)(見第19頁圖7)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與涇縣臺(tái)的干擾幅度比值。

圖4　三常線干擾臺(tái)站分布圖Fig.4　Distribution of stations interfered by Sanchang line

圖5　三上線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.5　Distribution of stations interfered by Sanshang line

(6) 溪浙線。該線路受干擾最大的臺(tái)站為湖南桃源臺(tái)，其次為江西南昌臺(tái)，反向最大的為邵陽臺(tái)(見第19頁圖8)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與桃源臺(tái)的干擾幅度比值。

通過上述分析認(rèn)為，當(dāng)華東緯向的大多數(shù)臺(tái)站有干擾時(shí)，如果南昌臺(tái)和邵陽臺(tái)反向，且南昌臺(tái)干擾幅度大，則為溪浙線；如果涇縣臺(tái)與九峰臺(tái)方向相反，且西昌臺(tái)有干擾，則為錦蘇線，反之為向上線；如果涇縣臺(tái)與九峰臺(tái)方向相同，而溧陽臺(tái)與金寨臺(tái)反向，則為三常線，不反向且金寨臺(tái)與涇縣臺(tái)的幅度相當(dāng)，則為三上線；如果涇縣臺(tái)的幅度遠(yuǎn)大于金寨臺(tái)，則為葛上線。

圖6　向上線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.6　Distribution of stations interfered by Xiangshang line

圖7　錦蘇線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.7　Distribution of stations interfered by Jinsu line

3.3　東南經(jīng)向

三廣線。受影響最大的臺(tái)站為廣東新豐江臺(tái)，反向最大的為湖南桃源臺(tái)。參考臺(tái)選新豐江臺(tái)和桃源臺(tái)，備用臺(tái)選廣東韶關(guān)臺(tái)和湖南邵陽臺(tái)(見圖9)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與新豐江臺(tái)的干擾幅度比值。

圖9　三廣線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.9　Distribution of stations interfered by Sanguang line

3.4　華南緯向

華南緯向包含天廣線、貴肇線、貴深線、云廣線、溪廣線及糯廣線，共6條線路。

(1) 天廣線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為廣東肇慶臺(tái)，邕寧臺(tái)次之，兩個(gè)臺(tái)站方向相同。反向最大的河池臺(tái)干擾幅度約為肇慶的1/3。參考臺(tái)選肇慶臺(tái)和廣西河池臺(tái)，備用臺(tái)為邕寧臺(tái)(見圖10)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與肇慶臺(tái)的干擾幅度比值。

圖10　天廣線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.10　Distribution of stations interfered by Tianguang line

(2) 貴肇線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為廣東肇慶臺(tái)，該臺(tái)離肇慶換流站只有6公里，影響最大，所有測項(xiàng)均受其影響。反向最大的為貴陽臺(tái)。參考臺(tái)選肇慶臺(tái)和貴陽臺(tái)，備用臺(tái)選廣西河池臺(tái)及邕寧臺(tái)(見圖11)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與肇慶臺(tái)的干擾幅度比值。

圖11　貴肇線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.11　Distribution of stations interfered by Guizhao line

(3) 貴深線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為肇慶臺(tái)，反向最大的為河池臺(tái)。參考臺(tái)站選肇慶臺(tái)和河池臺(tái)，備用臺(tái)選邕寧臺(tái)和貴陽臺(tái)(見圖12)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與肇慶臺(tái)的干擾幅度比值。

圖12　貴深線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.12　Distribution of stations interfered by Guishen line

(4) 云廣線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為廣西河池臺(tái)，廣東肇慶臺(tái)和廣西邕寧臺(tái)干擾幅度與其接近，方向相反。參考臺(tái)選河池臺(tái)和肇慶臺(tái)，備用臺(tái)為邕寧臺(tái)和貴陽臺(tái)(見第21頁圖13)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與肇慶臺(tái)的干擾幅度比值。

(5) 溪廣線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為貴陽臺(tái)，反向最大的為邵陽臺(tái)。參考臺(tái)站選貴陽臺(tái)和邵陽臺(tái)，備用臺(tái)選邕寧和肇慶臺(tái)(見第21頁圖14)，圖上數(shù)字為各臺(tái)站與肇慶臺(tái)的干擾幅度比值。

圖13　云廣線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.13　Distribution of stations interfered by Yunguang line

圖14　溪廣線干擾臺(tái)站分布圖Fig.14　Distribution of stations interfered by Xiguang line

(6) 糯廣線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為云南景谷縣局，反向最大的為邕寧臺(tái)。參考臺(tái)站選景谷縣局和邕寧臺(tái)，備用臺(tái)為肇慶臺(tái)和馬關(guān)局(見圖15)，圖上數(shù)據(jù)為各臺(tái)站與景谷縣局的干擾幅度比值。

圖15　糯廣線干擾臺(tái)站分布圖Fig.15　Distribution of stations interfered by Nuoguang line

分析認(rèn)為，當(dāng)華南緯向多數(shù)臺(tái)站受干擾時(shí)，如果貴陽臺(tái)有干擾，反向與肇慶相同，則為溪廣線；反向不同，且景谷縣局有干擾時(shí)，則為糯廣線；如果肇慶的幅度遠(yuǎn)大于河池，則為貴肇線；如果肇慶幅度是河池的3倍，則為天廣線；如果肇慶幅度與河池相當(dāng)，且河池幅度大于邕寧臺(tái)，則為貴深線；如果河池幅度小于邕寧臺(tái)，則為云廣線。

3.5　西北經(jīng)向

寶德線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為陜西漢中臺(tái)，反向最大為天水臺(tái)。參考臺(tái)站為漢中臺(tái)和天水臺(tái)，備用臺(tái)選成都臺(tái)及乾陵臺(tái)(見圖16)，圖上數(shù)據(jù)為各臺(tái)站與漢中臺(tái)的干擾幅度比值。

圖16　寶德線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.16　Distribution of stations interfered by Baode line

3.6　東北經(jīng)向

呼遼線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為遼寧營口臺(tái)，反向最大為遼寧朝陽臺(tái)。參考臺(tái)站為營口臺(tái)和朝陽臺(tái)，備用臺(tái)選鐵鈴臺(tái)及昌黎臺(tái)(見圖17)，圖上數(shù)據(jù)為各臺(tái)站與營口臺(tái)的干擾幅度比值。

圖17　呼遼線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.17　Distribution of stations interfered by Huliao line

3.7　西北緯向

哈鄭線。該線路受干擾影響最大的臺(tái)站為甘肅山丹臺(tái)，反向最大為寧夏中衛(wèi)臺(tái)。參考臺(tái)站為山丹臺(tái)和中衛(wèi)臺(tái)，備用臺(tái)選嘉峪關(guān)臺(tái)及廣平臺(tái)(見圖18)，圖上數(shù)據(jù)為各臺(tái)站與山丹臺(tái)的干擾幅度比值。

圖18　哈鄭線干擾的臺(tái)站分布圖Fig.18　Distribution of stations interfered by Hazheng line

4結(jié)論

本文介紹了全國18條高壓直流線路的各向參數(shù)及其沿線受影響的臺(tái)站，分析各臺(tái)站受影響的方向、大小。每條高壓直流干擾線路有其干擾最大的臺(tái)站，其他臺(tái)站與其比值固定，因此利用這些比值及方向來判定干擾線路，并反算各臺(tái)的干擾幅度。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙畹君.高壓直流輸電工作技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2004.

[2]中國地震局.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[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[3]蔣延林，張秀霞，陳俊.高壓直流輸電對地磁觀測影響的特征分析[J].地震，2014(34):132-139.

Influence of High Voltage Direct Current Transmission on Observation of Geomagnetic Stations in China

YIN Xiang1, ZHAO Wei-hong2, ZHANG Xiu-xia3, CHEN Jian4

(1.Nanjing Referential Seismological Station of Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing, Jiangsu 210014, China;2.Gaoyou Seismological Station of Earthquake Administration of Jiangsu Province, Gaoyou, Jiangsu 225601,China;3.Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing, Jiangsu 225601,China;4.Huaian Seismological Station of Earthquake Administration of Jiangsu Province, Huaian, Jiangsu 223001,China)

Abstract:Combined with statistics of distribution of national high voltage direct current (HVDC) lines, influence of HVDC line on geomagnetic observation of seismic stations along the lines is analyzed. The distribution features of the geomagnetic stations interfered by HVDC before 2013 are obtained. According to the influence features of the stations, the HVDC lines which interfere with the stations is figured out. The analysis results have certain reference value for the judgment of the influence of HVDC on the geomagnetic stations and the data pretreatment.

Key words:Geomagnetic observation; High voltage direct current transmission (HVDC); Relative position

作者簡介：第一殷翔(1971—)，男，江蘇省連云港人。1998年畢業(yè)于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，工程師。

收稿日期：2015-07-27

中圖分類號：P315.99

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-6265(2015)03-0014-09