直流输电工程对地震台站电磁影响已成为直流工程规划与建设的突出矛盾

　　建设具有远距离、大容量、低损耗等输电特征的特高压直流输电系统是构建我国坚强智能电网的坚实基础和核心环节，在我国南北互供、西电东送的跨大区电网互联中发挥着重要作用。同时我国处于地震活动多发区域，遍布各地的地震观测台站承担着预报和监测地震活动的重要任务，通过观察地球电磁场变化来监视地质活动。目前地震台站之间距离为30—60km（新疆、西藏除外），十分密集，规划中还有更为密集的地震监测台网建设任务。特高压工程已无法避免对线路周边地震观测产生一定的电磁干扰，主要包括地电场、地磁场和地电阻率观测。随着越来越多的特高压直流工程的建设和投运，其不平衡电流和单极运行入地电流对地震监测电磁影响更为显著，已成为工程规划与建设中的突出矛盾。

　　现行国家标准GB/T 19531.2-2004《地震台站观测环境技术要求 第2部分:电磁观测》对直流输电系统的干扰限值做出了非常严格的规定，例如线路电流5kA时，线路与地震台站的防护间距达20公里，如果考虑单极大地回路运行工况，防护距离可达百公里以上。在电网和地震台站日益密集的情况下，足够宽裕的防护空间难以达到，且线路绕行和设施迁移花费巨大，这给输电线路和地震台站建设选址都造成了很大的限制，迫切需要发展出精确的电磁影响分析方法来确定最合理的防护间距，并寻求更经济的防护措施，保证特高压直流输电系统与地震台站间电磁兼容。例如在±800kV向-上、锦-苏特高压直流输电工程中，沿线有数18个地震观测台站，严格按照防护距离要求，将无法建设线路。

　　干扰联网校正系统有效剔除直流输电工程对地震台站的电磁影响

　　中国电力科学研究院联合地震局系统、高校和电力公司，系统地研究了特高压直流输电系统各种工况对周边地震监测中地磁场、地电场和地电阻率观测的电磁影响，发展出了新的方法体系以确定更经济合理的防护间距与技术措施，解决了因直流输电系统对周边地震电磁观测影响而造成的难以获取输电走廊或线路绕行问题。

　　在研究得到的特高压直流输电线路和接地极对地磁观测装置、地电场观测装置、地电阻率观测装置干扰机理和数学模型的基础上，开发了特高压直流线路和接地极对地震电磁观测台的干扰联网校正系统（以下简称干扰联网校正系统），该系统具备数据库查询和实时干扰计算功能，可以完成直流输电系统对地震台站电磁干扰的实时校正需求。系统主要包括三大功能：（1）直流输电系统与地震台电磁台站数据库管理。采用数据库开发软件，建立输电线路和电磁台站的数据表格，完成输电线路各杆塔和电磁台站的经纬度和海拔坐标及接地极附近土壤电阻率等数据管理，如线路极导线的对地平均高度，电磁观测仪器对地高度和测量电极埋设深度等。（2）直流输电线路对电磁观测的实时计算功能。通过PC机串口，实时接收线路不平衡电流和地震台电磁观测数据，根据输入数据类型、采集时间间隔，依次对实时采集分量进行处理并采用动态数组进行存储。根据建立的直流输电线路电磁场计算模型，计算实时线路不平衡电流产生的磁场、电场和电阻率，从而得到直流输电线路对地震台电磁观测的干扰值。（3）对电磁观测数据曲线进行校正。在实时接受线路不平衡电流和电磁观测数据的同时，在系统定义的坐标系中进行描点画线，反映实时数据的变化。根据计算得到直流输电系统不平衡电流在观测点处的干扰值。将实时观测的地电磁数据减去计算得到的干扰值，可得到实际未受干扰的电磁观测数据，从而实现对地震台电磁观测值的校正。

　　项目建立的计算模型，提出的防护距离和开发的的干扰联网校正系统在多个地震台站应用，效果良好，排除了邻近直流系统的干扰问题。在锦苏特高压直流输电工程中解决了武汉地震台、南京地震台、泾县地震台、海安地震台、西昌小庙地震台、青浦地震台等台站的干扰防护问题，以及向上特高压直流输电工程运行后对武汉地震台等台站的电磁干扰防护问题，节约了大量的工程改迁费用，缩短工程设计和建设周期。

　　目前，多项研究成果已应用于特高压直流工程对地震台站的电磁干扰影响防护，为GB/T19531.2-2004标准的修订提供了依据，对直流输电系统与地震台站不可避免共存时获取输电走廊、最大程度缩短二者间防护距离和节省投资具有重要的工程实用价值。

　　在当前土地资源非常稀缺的条件下，输电走廊和地震台站选址往往难有大幅改动的可能，应用本技术可在条件限制时通过精确计算保证双方并存的电磁兼容性，使输电工程和地震台站建设的可行性成立。本项目的研究成果将在国家坚强智能电网规划与建设中，保证环境兼容性和降低昂贵的后期改造费用提供了有效的技术措施，也为电力和地震台站在规划与建设时，保证系统间的电磁兼容问题提供了一系列具有参考价值的基础理论方法和分析评估手段。

　　科技攻关团队孜孜不倦的创新精神

　　为解决直流输电系统对地震台站的电磁干扰与路径选择问题，中国电力科学研究院根据地震电磁场观测仪器的工作原理和特高压直流输电系统的运行工况，通过理论研究和试验研究相结合的方式，针对特高压直流系统对地震监测中地磁场、地电场和地电阻率观测干扰的影响因子及机理进行研究，基于广域空间下直流系统电磁场求解及大量特高压直流工程实测，首次系统性明确直流系统对地震观测的干扰机理及其决定性影响因子，发展出了新的地震观测电磁干扰防护方法及其应用系统体系，解决了未来特高压直流工程和地震台站的选址，以及已存在的地震监测干扰问题。主要创新点如下：

　　提出了考虑率、线路路径的直流输电系统对地磁场观测电磁影响精确分析方法，建立了直流线路空间场的精确求解数学模型，经向-上、锦-苏±800kV特高压直流工程现场试验验证，误差小，实现了直流输电线路电流对邻近地磁场观测的干扰识别；

　　建立了考虑垂直分层和水平分层的多层复合土壤和接地极配置的直流输电系统对地震台站地电场观测电磁影响计算模型，并在向-上、锦-苏±800kV特高压直流工程现场试验验证，误差小于10%，解决了国内外以往直系统对邻近地电场观测电磁干扰难以定量计算的技术难题；

　　提出的防护距离和开发的直流输电系统对地震台站电磁影响校正系统，大幅缩短了直流系统与地震台站间的防护距离。

　　国外未见相关的研究报道，与国内以往研究，具有以下突破：

　　(1)在研究对象的深度和广度方面：以往研究针对单个台站或直流工程，该项目分析了全国台网监测仪器的类型和工作机制和全国范围内主要台网（15个）电磁监测数据，较系统的获得了我国直流输电系统对地震电磁监测干扰情况。

　　(2)在直流输电系统对地磁观测影响模型方面：以往研究仅就龙政直流线路对地磁台电磁影响进行了监测和简单分析，磁场影响根据经验公式大略估计，该项目获得了直流线路干扰地磁观测的特点，确定直流线路主要干扰地磁Z分量的观测。建立了无限大均匀土壤和分层土壤情况下基于地心坐标系的入地电流磁场和极导线电流磁场计算模型， 经多次试验验证误差小于5%。

　　(3)在直流输电系统对地电场观测影响模型方面：以往研究未包含地电场和地电阻率观测台站， 该项目建立了基于有限项复系数指数级数拟和无穷阶泰勒级数构成多层土壤结构格林函数的电位分布计算模型，可计算不同土壤条件下接地极入地电流在土壤中的电位分布，可精确分析直流系统对地电场和地电阻率干扰，经多次试验验证误差小于10%。

　　(4)在直流输电系统对地震电磁观测试验及模型校核方面：该项目首次开展了计算模型的专项模拟实验和地震台网试验，并经过锦苏特高压工程调试期间的校核，研发了“特高压直流输电系统对地震观测干扰校正系统”，在±800kV锦屏-苏南特高压直流工程全电压、全功率带电调试期间，联合中国地震局地震研究所、湖北省地震局、武汉地震台、南京地震台、泾县地震台、海安地震台、西昌小庙地震台、青浦地震台等相关单位，首次采用地震观测台，以及多个野外观测点进行了地震参量连续联合观测，结果表明提出的数学模型、计算方法及干扰系统具有较高的准确度，剔除直流系统 90%以上的干扰。

　　（5）在直流输电系统对地震台站电磁影响防方面：该项目提出了更为合理的地震台站与直流输电系统间的防护距离，提出的干扰校正方法和开发的干扰校正系统可用于工程实际，在地震台站正常工作前提下，缩短防护距离60%以上，为输电走廊获取和地震台站选址提供了切实可行的技术措施。

　　发表SCI/EI论文5篇，获授权专利2项，软件著作权1项。2014年3月，该项目通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定，鉴定委员会一致认为：通过该项目研究，为特高压直流输电工程对地震台站的电磁干扰影响提供了理论依据和防护技术措施，其总体研究成果达到国际领先水平。

　　联合各行业研究力量进行技术攻关，不断提高团队研究能力

　　多行业研究力量合作攻关是科研团队取得成功的关键。中国电力科学研究院依托于国家电网公司电网电磁骚扰预测与控制科技攻关团队，联合中国地震局系统的科研、运行单位，以及高校和电力公司，各司其职，团结一致，将工作效率最大化，最后完满地完成了该项技术攻关。

　　电网电磁骚扰预测与控制科技攻关团队是国家电网公司首批科技攻关团队，是国家电网公司科技创新的主体。该攻关团队拥有电力系统电磁兼容和电磁研究与监测中心、电网环境保护湖北省重点实验室、电力系统电磁兼容国家电网公司重点实验室、挂靠全国电磁兼容标准化技术委员会，主要开展电网电磁环境特性及影响、电网噪声特性及控制、电网电磁骚扰特性及防护和新型环保输电技术与设备的研究、试验及标准化工作。近五年获国家科技进步奖2项，省部级科技进步奖20项，制定国家和行业标准13项，发表论文208篇。

　　情系民生，福泽万民，电网电磁骚扰预测与控制科技攻关团队将延续着光荣，承载着梦想，以更加磅礴的气势，在国家环境保护事业的征程中续写新的辉煌篇章！（刘兴发）