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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。
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