高压直流输电对宝昌地震台地电场观测干扰分析.pdf
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1、收稿日期:2022-04-12基金项目:内蒙古地震局局长基金课题(2020YB13)作者简介:高云峰(1993-),男,硕士,主要从事地震监测工作。E-mail:第43卷 第2期2023年06月华南地震SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGYVol.43,NO.2Jun.,2023高云峰,贾昕晔,贾彦杰,等.高压直流输电对宝昌地震台地电场观测干扰分析J.华南地震,2023,43(2):69-76.GAO Yunfeng,JIA Xinye,JIAYanjie,et al.Interference Analysis of HVDC Transmission on Geo
2、electric Field Observation at Baochang StationJ.South China journal of seismology,2023,43(2):69-76高压直流输电对宝昌地震台地电场观测干扰分析高云峰,贾昕晔,贾彦杰,白少奇(内蒙古自治区地震局锡林浩特地震监测中心站,内蒙古 太仆寺旗 027000)摘要:分析了宝昌地震台地电场受高压直流干扰的变化特征及原因,对干扰的程度及方式进行了探讨,并计算了高压直流输电干扰时台址岩体裂隙优势方位。结果表明:宝昌台高压直流干扰线路主要为锡泰线;地电场受高压直流干扰期间变化形态出现大幅度跃变只在高压输电入地电流开始注
3、入和停止注入时产生;地电场3测向受高压直流干扰影响幅度最大测项为NE测向,最小为测项为NS测向,同一测向长、短极距之间的影响量虽然存在差异,但幅值比基本相同,每次干扰长短极距各分量变化幅度不尽相同,但各分量产生方波的方向相同;宝昌台岩体裂隙优势方位角为5010;高压直流输电干扰发生时,岩体裂隙优势方位角在正常背景值范围内,并未超出背景值,因此宝昌台地电场台址岩体裂隙优势方位角计算结果对区别高压直流输电干扰有效。关键词:地电场;高压直流干扰;岩体裂隙优势方位角中图分类号:TM721.1;P315.7文献标识码:A文章编号:1001-8662(2023)02-0069-08DOI:10.13512
4、/j.hndz.2023.02.07Interference Analysis of HVDC Transmission on GeoelectricField Observation at Baochang StationGAO Yunfeng,JIA Xinye,JIA Yanjie,BAI Shaoqi(Xilinhot Central Station,Earthquake Agency of Inner Mongolia Autonomous Region,Taipusi 027000,China)Abstract:This paper analyzes the variation c
5、haracteristics and causes of the geoelectric field of Baochang SeismicStation influenced by HVDC,discusses the degree and mode of interference,and calculates the dominant orientationof rock fracture at the site during HVDC interference.The results show that the HVDC interference line of BaochangStat
6、ion is mainly Xitai line;the large jump of the change pattern of the geoelectric field during the HVDCinterference occurs only when the high-voltage transmission ground current starts to inject and stops to inject.Thegeoelectric field 3 direction finding is affected by HVDC interference,and the maxi
7、mum measurement term is NEdirection finding,and the minimum measurement term is NS direction finding.Although there are differences in theinfluence between the long and short polar distances of the same direction,the amplitude ratio is basically the same.The amplitude of each component of the long a
8、nd short polar distances of each interference is different,but thedirection of the square wave generated by each component is the same.The dominant azimuth angle of rock43卷华南地震fracture at Baochang Station is 50 10,and the angle is within the normal background value range and doesnot exceed the backg
9、round value,when HVDC transmission interference occurs.Therefore,the calculation results ofthe dominant azimuth of the rock fractures of geoelectric field site at Baochang Station are effective in distinguishingthe interference of HVDC transmission.Keywords:Geoelectric field;HVDC interference;Domina
10、nt azimuth of rock fracture0 引言随着20世纪80年代希腊学者提出的VAN法在地电场地震预测方面的广泛应用研究,国内专家学者基于对地电场的不同的研究机理,提出了多种应用地电场数据进行地震预测分析的方法。如:极化方位计算法、短极距比值计算法、频谱分析法、大地电场优势方位角分析方法等。但是目前地电场大多数分析方法都存在相对的局限性。例如:VAN法的点源模型对远源信号识别较好,而对近源的干扰判定存在一定的误差;频谱分析方法只注重前几阶谐波的能量,这使得其受复杂的电磁环境影响明显;极化方位计算方法主要存在结果的离散、取值的差异等;长短极距比值方法也存在取值及机理不清楚等。研
11、究表明,大地电场优势方位角分析方法的机理解释、抗干扰性相对较好。目前,宝昌地震台(简称宝昌台)关于地电场观测异常分析多根据台网数据进行环境干扰分析和异常识别,关于高压直流对地电场干扰异常研究方面的相关研究涉及甚少1-4。随着属地电网的迅速发展,大量的超(特)高压输电线路的建设和投入运营。高压直流输电线路宝昌台地前兆观测的干扰日趋严重,尤其是对地震地电场的干扰尤为突出,关于高压直流输电对宝昌台地电场的影响相关研究亟待解决。本文以内蒙古自治区宝昌地震台地电场观测数据为基础,分析了 2019年 1月至12月宝昌台地电场数据受高压直流输电期间对宝昌台地电场的干扰变化特征及原因,探讨了干扰的程度与方式,
12、并利用宝昌台地电场台址岩体裂隙优势方位角的方法分析高压直流输电干扰对宝昌台岩体裂隙优势方位计算结果的影响,为今后宝昌台地电场干扰分析及预处理提供一定的参考。1 宝昌地震台概况宝昌地震台位于内蒙古自治区锡林郭勒盟太仆寺旗宝昌镇西沟村,地质构造位置属阴山构造带内蒙地轴东段,东南与燕山构造带交汇,西南与山西构造带交汇(图1)。这一特殊的地理位置,使宝昌地震台的地电观测资料在晋冀蒙交界地区及首都圈附近区域的地震监测预报有着不可替代的作用4。宝昌地震台地电场于 2008 年 1 月正式运行,仪器型号为ZD9A-地电仪。地电场采用L型观测装置单独布设电极和线路,具体为:在场地中心点向南和向西布设测线,每个
13、方向均有两个测道,采用长短两种极距埋设电极,其中长极距为 360m,短极距为240 m,形成6极共用,室内分线组合成12个输入端进入仪器,形成6个测道,具体如图1,表1,埋设方法为:采用地电场观测专用固体不极化专用电极6个,埋设在地表冻土层以下的相对潮湿土壤当中,深度3.5 m,各电极处于相对统一水平面,且各电极坑中土质大致相同并进行导电性能人工处理。经过多年来的观测运行,数据稳定,相关系数达到 0.9 以上,观测质量较好,观测资料连续可靠,具有很高的应用和科研价值5-7。2 宝昌台地电场变化形态地电场是地表大地电磁场的一部分,由自然电场、大地电场组成。其中自然电场产生于地下介质物理、化学等作
14、用,主要有接触扩散电场、过滤电场、氧化还原电场,有着极其明显的场地局部特征;大地电场来源于地球外部空间各种电流系和日、月潮汐,具有日变化形态,有着较为明显的区域性、全球性特征。地电场变化形态一般主要呈峰-谷型、近直线型、无序变化型和混合型,峰-谷型地电场与潮汐相对应,潮汐地电场一般有以下三种类型:与固体潮对应时,近正弦形态连续的双峰双谷 TGF-A 型;与空间Sq电流变化对应时当地午 12 时前后 6 小时出现近正弦变化;波谷时间点相对稳定,早晚相对平静呈近直线状双峰单谷TGF-B型、无日变型6-8。70第2期高云峰等:高压直流输电对宝昌地震台地电场观测干扰分析图1 宝昌地震台位置及地电场外线
15、布极图Fig.1 Location of Baochang Seismic Station and distribution of geoelectric field external line台站名称宝昌地震台坐标东经115.27北纬41.90布极方位EWN45WNS长极距/m360509360短极距/m240339240表1 布极参数表Table 1 pole distribution parameters2.1 地电场正常日变形态宝昌台地电场正常日变化分钟值曲线3个测向长、短极距正常记录曲线形态。如图2所示,宝昌台地电场正常日变化形态表现为双峰双谷:3时至4 时、16 时至 17 时为地
16、电场极小值,11 时至 12时,19 时至 20 时为地电场极大值,即双峰双谷TGF-A 型。图2 宝昌台地电场正常日变化分钟值曲线Fig.2 The minute value curve of normal diurnal variation of geoelectric field at Baochang Station7143卷华南地震2.2 地电场受高压直流干扰形态宝昌台地电场主要受锡泰线干扰,其对宝昌地电场数据的干扰形态主要表现为台阶或突跳,所有受影响各测道的观测数据在干扰产生与结束时同时形成明显的台阶或突升突降。以12月31日为例,由于锡林浩特至泰州800 kV直流输电单极运行,电
17、流注入接地极引起换流站地电位升高,导致地电场观测发生显著变化,在10 min内,宝昌台地电场六测项均出现1组明显的台阶式同步大幅变化,其中短极距NE测向变化幅度达34.83 mV/km,相对变化率为56.31%。当停止输电时,注入接地极电流直接降为0,观测数据呈直线下降变化(图3)。同时段锡林浩特台地磁观测手段同样记录到阶跃干扰,通过“地磁台网高压直流输电判别处理系统”对比分析,可以得出为高压直流输电干扰。2019年宝昌电场观测共5次受高压直流输电干扰影响,其干扰开始与结束时间不尽相同,干扰持续时间有的为十几分钟,有的为几小时,有的可持续多天;干扰产生时段较为随机,但每次干扰各测项变化时间同步
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