直流輸電工程對地震臺站電磁影響已成為直流工程規劃與建設的突出矛盾

　　建設具有遠距離、大容量、低損耗等輸電特徵的特高壓直流輸電系統是構建我國堅強智慧電網的堅實基礎和核心環節，在我國南北互供、西電東送的跨大區電網互聯中發揮著重要作用。同時我國處於地震活動多發區域，遍佈各地的地震觀測臺站承擔著預報和監測地震活動的重要任務，通過觀察地球電磁場變化來監視地質活動。目前地震臺站之間距離為30—60km（新疆、西藏除外），十分密集，規劃中還有更為密集的地震監測臺網建設任務。特高壓工程已無法避免對線路周邊地震觀測産生一定的電磁干擾，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和投運，其不平衡電流和單極運作入地電流對地震監測電磁影響更為顯著，已成為工程規劃與建設中的突出矛盾。

　　現行國家標準GB/T 19531.2-2004《地震臺站觀測環境技術要求 第2部分:電磁觀測》對直流輸電系統的干擾限值做出了非常嚴格的規定，例如線路電流5kA時，線路與地震臺站的防護間距達20公里，如果考慮單極大地回路運作工況，防護距離可達百公里以上。在電網和地震臺站日益密集的情況下，足夠寬裕的防護空間難以達到，且線路繞行和設施遷移花費巨大，這給輸電線路和地震臺站建設選址都造成了很大的限制，迫切需要發展出精確的電磁影響分析方法來確定最合理的防護間距，並尋求更經濟的防護措施，保證特高壓直流輸電系統與地震臺站間電磁相容。例如在±800kV向-上、錦-蘇特高壓直流輸電工程中，沿線有數18個地震觀測臺站，嚴格按照防護距離要求，將無法建設線路。

　　干擾聯網校正系統有效剔除直流輸電工程對地震臺站的電磁影響

　　中國電力科學研究院聯合地震局系統、高校和電力公司，系統地研究了特高壓直流輸電系統各種工況對周邊地震監測中地磁場、地電場和地電阻率觀測的電磁影響，發展出了新的方法體系以確定更經濟合理的防護間距與技術措施，解決了因直流輸電系統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理和數學模型的基礎上，開發了特高壓直流線路和接地極對地震電磁觀測臺的干擾聯網校正系統（以下簡稱干擾聯網校正系統），該系統具備數據庫查詢和實時干擾計算功能，可以完成直流輸電系統對地震臺站電磁干擾的實時校正需求。系統主要包括三大功能：（1）直流輸電系統與地震臺電磁臺站數據庫管理。採用數據庫開發軟體，建立輸電線路和電磁臺站的數據表格，完成輸電線路各桿塔和電磁臺站的經緯度和海拔坐標及接地極附近土壤電阻率等數據管理，如線路極導線的對地平均高度，電磁觀測儀器對地高度和測量電極埋設深度等。（2）直流輸電線路對電磁觀測的實時計算功能。通過PC機串口，實時接收線路不平衡電流和地震臺電磁觀測數據，根據輸入數據類型、採集時間間隔，依次對實時採集分量進行處理並採用動態數組進行存儲。根據建立的直流輸電線路電磁場計算模型，計算實時線路不平衡電流産生的磁場、電場和電阻率，從而得到直流輸電線路對地震臺電磁觀測的干擾值。（3）對電磁觀測數據曲線進行校正。在實時接受線路不平衡電流和電磁觀測數據的同時，在系統定義的坐標係中進行描點畫線，反映實時數據的變化。根據計算得到直流輸電系統不平衡電流在觀測點處的干擾值。將實時觀測的地電磁數據減去計算得到的干擾值，可得到實際未受干擾的電磁觀測數據，從而實現對地震臺電磁觀測值的校正。

　　項目建立的計算模型，提出的防護距離和開發的的干擾聯網校正系統在多個地震臺站應用，效果良好，排除了鄰近直流系統的干擾問題。在錦蘇特高壓直流輸電工程中解決了武漢地震臺、南京地震臺、涇縣地震臺、海安地震臺、西昌小廟地震臺、青浦地震臺等臺站的干擾防護問題，以及向上特高壓直流輸電工程運作後對武漢地震臺等臺站的電磁干擾防護問題，節約了大量的工程改遷費用，縮短工程設計和建設週期。

　　目前，多項研究成果已應用於特高壓直流工程對地震臺站的電磁干擾影響防護，為GB/T19531.2-2004標準的修訂提供了依據，對直流輸電系統與地震臺站不可避免共存時獲取輸電走廊、最大程度縮短二者間防護距離和節省投資具有重要的工程實用價值。

　　在當前土地資源非常稀缺的條件下，輸電走廊和地震臺站選址往往難有大幅改動的可能，應用本技術可在條件限制時通過精確計算保證雙方並存的電磁相容性，使輸電工程和地震臺站建設的可行性成立。本項目的研究成果將在國家堅強智慧電網規劃與建設中，保證環境相容性和降低昂貴的後期改造費用提供了有效的技術措施，也為電力和地震臺站在規劃與建設時，保證系統間的電磁相容問題提供了一系列具有參考價值的基礎理論方法和分析評估手段。

　　科技攻關團隊孜孜不倦的創新精神

　　為解決直流輸電系統對地震臺站的電磁干擾與路徑選擇問題，中國電力科學研究院根據地震電磁場觀測儀器的工作原理和特高壓直流輸電系統的運作工況，通過理論研究和試驗研究相結合的方式，針對特高壓直流系統對地震監測中地磁場、地電場和地電阻率觀測干擾的影響因子及機理進行研究，基於廣域空間下直流系統電磁場求解及大量特高壓直流工程實測，首次系統性明確直流系統對地震觀測的干擾機理及其決定性影響因子，發展出了新的地震觀測電磁干擾防護方法及其應用系統體系，解決了未來特高壓直流工程和地震臺站的選址，以及已存在的地震監測干擾問題。主要創新點如下：

　　提出了考慮率、線路路徑的直流輸電系統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學模型，經向-上、錦-蘇±800kV特高壓直流工程現場試驗驗證，誤差小，實現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準分層的多層複合土壤和接地極配置的直流輸電系統對地震臺站地電場觀測電磁影響計算模型，並在向-上、錦-蘇±800kV特高壓直流工程現場試驗驗證，誤差小于10%，解決了國內外以往直系統對鄰近地電場觀測電磁干擾難以定量計算的技術難題；

　　提出的防護距離和開發的直流輸電系統對地震臺站電磁影響校正系統，大幅縮短了直流系統與地震臺站間的防護距離。

　　國外未見相關的研究報道，與國內以往研究，具有以下突破：

　　(1)在研究對象的深度和廣度方面：以往研究針對單個臺站或直流工程，該項目分析了全國臺網監測儀器的類型和工作機制和全國範圍內主要臺網（15個）電磁監測數據，較系統的獲得了我國直流輸電系統對地震電磁監測干擾情況。

　　(2)在直流輸電系統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電磁影響進行了監測和簡單分析，磁場影響根據經驗公式大略估計，該項目獲得了直流線路干擾地磁觀測的特點，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於地心坐標係的入地電流磁場和極導線電流磁場計算模型， 經多次試驗驗證誤差小于5%。

　　(3)在直流輸電系統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站， 該項目建立了基於有限項復系數指數級數擬和無窮階泰勒級數構成多層土壤結構格林函數的電位分佈計算模型，可計算不同土壤條件下接地極入地電流在土壤中的電位分佈，可精確分析直流系統對地電場和地電阻率干擾，經多次試驗驗證誤差小于10%。

　　(4)在直流輸電系統對地震電磁觀測試驗及模型校核方面：該項目首次開展了計算模型的專項模擬實驗和地震臺網試驗，並經過錦蘇特高壓工程調試期間的校核，研發了“特高壓直流輸電系統對地震觀測干擾校正系統”，在±800kV錦屏-蘇南特高壓直流工程全電壓、全功率帶電調試期間，聯合中國地震局地震研究所、湖北省地震局、武漢地震臺、南京地震臺、涇縣地震臺、海安地震臺、西昌小廟地震臺、青浦地震臺等相關單位，首次採用地震觀測臺，以及多個野外觀測點進行了地震參量連續聯合觀測，結果表明提出的數學模型、計算方法及干擾系統具有較高的準確度，剔除直流系統 90%以上的干擾。

　　（5）在直流輸電系統對地震臺站電磁影響防方面：該項目提出了更為合理的地震臺站與直流輸電系統間的防護距離，提出的干擾校正方法和開發的干擾校正系統可用於工程實際，在地震臺站正常工作前提下，縮短防護距離60%以上，為輸電走廊獲取和地震臺站選址提供了切實可行的技術措施。

　　發表SCI/EI論文5篇，獲授權專利2項，軟體著作權1項。2014年3月，該項目通過了中國電機工程學會組織的技術鑒定，鑒定委員會一致認為：通過該項目研究，為特高壓直流輸電工程對地震臺站的電磁干擾影響提供了理論依據和防護技術措施，其總體研究成果達到國際領先水準。

　　聯合各行業研究力量進行技術攻關，不斷提高團隊研究能力

　　多行業研究力量合作攻關是科研團隊取得成功的關鍵。中國電力科學研究院依託于國家電網公司電網電磁騷擾預測與控制科技攻關團隊，聯合中國地震局系統的科研、運作單位，以及高校和電力公司，各司其職，團結一致，將工作效率最大化，最後完滿地完成了該項技術攻關。

　　電網電磁騷擾預測與控制科技攻關團隊是國家電網公司首批科技攻關團隊，是國家電網公司科技創新的主體。該攻關團隊擁有電力系統電磁相容和電磁研究與監測中心、電網環境保護湖北省重點實驗室、電力系統電磁相容國家電網公司重點實驗室、挂靠全國電磁相容標準化技術委員會，主要開展電網電磁環境特性及影響、電網噪聲特性及控制、電網電磁騷擾特性及防護和新型環保輸電技術與設備的研究、試驗及標準化工作。近五年獲國家科技進步獎2項，省部級科技進步獎20項，制定國家和行業標準13項，發表論文208篇。

　　情係民生，福澤萬民，電網電磁騷擾預測與控制科技攻關團隊將延續著光榮，承載著夢想，以更加磅薄的氣勢，在國家環境保護事業的征程中續寫新的輝煌篇章！（劉興發）