技术领域
[0001] 本
发明涉及电磁环境领域，具体讲涉及一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法。
背景技术
[0002] 正在迅速发展的
高压直流输电技术，在源源不断的实现我国“西电东送”和“北电南送”的战略措施的同时，在线路周围也同时产生了一些新的特殊电磁环境。其中线路正负两极线间的不平衡电流，在线路周围一定范围内产生的附加直流
磁场，成为影响我国地震地磁观测网正常运行的主要干扰源之一；由高压直流输电线路不平衡电流对地震地磁台站产生的附加直流磁场值影响了对地震地磁观测的判断和研究的准确性和连续性，直接影响了地震预测和地球物理观测研究的需求。
[0003] 目前，对有偏差的附加直流磁场值的修正一般通过技术人员对环境的预估来完成，并没有准确有效的修正方法，因此，为了保证地震地磁观测的判断和研究的准确性和连续性，如何设计一种用来修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，是亟待解决的问题。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，该方法可以以地震地磁观测要求的准确度有效地判定不平衡电流对地震地磁观测的影响，有效解决了直流输电线路对地震电磁观测结果影响的修正需求，保证了地震地磁观测的判定和研究的准确性和连续性，为今后高压直流输电线路与地震台站的避让距离的科学界提供了一种可行的技术参考方案，具有很高的经济和社会效益。
[0005] 一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，所述不平衡电流产生自高压直流输电线路的线路正负两级线间，所述不平衡电流的大小为所述高压直流输电线路正极电流与负极电流的差值；所述高压直流输电线路的周围设立有多处地震地磁台站，所述方法包括如下步骤：
[0006] I-1.在所述高压直流输电线路的线路中段
位置的两侧，对称设置若干地磁参考台站，所述地磁参考台站内安装有地磁仪器；
[0007] I-2.根据所述高压直流输电线路的自身及环境参数设定多个给定不平衡电流值；在所述高压直流输电线路中输入所述给定不平衡电流值；
[0008] I-3.在所述高压直流输电线路上输入所述给定不平衡电流值后，在所述地磁参考台站和所述地震地磁台站产生相应的磁场附加值；所述地磁参考台站和所述地震地磁台站分别记录
地磁场的垂直分量附加值；
[0009] I-4.根据多个所述给定不平衡电流值和相应的多个所述磁场附加值分别求得所述地磁参考台站和所述地震地磁台站对所述直流输电线路的
水平视距离值；
[0010] I-5.在所述高压直流输电线路的线路中段位置的两侧对称设置的所述地磁参考台站共同测出地磁垂直分量上的实际磁场垂直分量附加值，若经判定，实际磁场垂直分量是由所述不平衡电流引起，则根据所述实际磁场附加值和所述地磁参考台站的水平视距离值求得实际不平衡电流值；
[0011] I-6.所述地磁参考台站将求得的所述实际不平衡电流值发送给各个所述地震地磁台站，所述地震地磁台站根据其自身的水平视距离值和所述实际不平衡电流值求得所述地震地磁台站的磁场垂直分量附加值；
[0012] I-7.所述地震地磁台站用磁场垂直分量的实测值减去I-6中求得的对应时刻的所述地震地磁台站的磁场分量附加值后的数值，即为修正不平衡电流对每个所述地震地磁台站地磁观测影响后的结果值。
[0013] 优选的，所述方法的步骤I-4分别求得所述地磁参考台站和所述地震地磁台站的水平视距离值的具体过程为：将多个所述给定不平衡电流值和相应的多个所述磁场附加值，通过线性回归方法，从线性表达式Δzi＝k·ΔIi(i＝1,2…n求得系数k；再由公式rs＝0.2/k求出rs，rs即为所述地磁参考台站和所述地震地磁台站对所述直流输电线路的水平视距离值；
[0014] 式中，Δzi为所述地磁参考台站或地震地磁台站地磁垂直分量上记录到的由给定的第i个不平衡电流产生的磁场垂直分量附加值的代数值，ΔIi为所述高压直流输电线路给定的第i个不平衡电流的代数值，rs为所述地磁参考台站或所述地震地磁台站对所述直流输电线路的水平视距离的代数值。
[0015] 优选的，在给定ΔIi>0的方向后，rs的代数值的符号的差异，标识所述地磁参考台站或所述地震地磁台站分属在所述高压直流输电线路两侧的不同方位：Δzi>0的地磁参考台站或地震地磁台站，位于所述高压输电线路ΔIi>0方向的右侧；Δzi<0的地磁参考台站或地震地磁台站，位于所述高压输电线路ΔIi>0方向的左侧。
[0016] 优选的，所述方法的步骤I-5的具体过程为：在所述高压直流输电线路实际运行中，首先依据在所述高压直流输电线路的线路中段位置两侧的所述地磁参考台站测出地磁垂直分量上的实际磁场垂直分量附加值，判定所述的实际磁场垂直分量是否系由于所述的高压直流输电线路中的不平衡电流所引起；在判定结果表明存在不平衡电流的条件下，根据所述的地磁参考台站实际磁场附加值和所述地磁参考台站的水平视距离值求得实际不平衡电流值。
[0017] 优选的，所述实际不平衡电流值为对所述高压直流输电线路的线路中段位置两侧的多个所述地磁参考台站求得的不平衡电流值的平均值；
[0018] 优选的，所述判定所述的实际磁场垂直分量是否由所述的高压直流输电线路中的不平衡电流所引起的方法是：
[0019] 在所述高压直流输电线路两侧的地磁参考台站记录到的实际磁场垂直分量附加值相反且起始和结束时间一致。
[0020] 优选的，所述方法的步骤I-5求得所述实际不平衡电流值的具体过程为：将所述实际磁场附加值和所述地磁参考台站的水平视距离值
[0021] 带入公式ΔIj＝5×rsj×ΔZj( 中，求得ΔIj，再将ΔIj带入公式求得线路中实际不平衡电流值ΔI；
[0022] 式中，rsj为第j个地磁参考台站水平视距离值；m为地磁参考台站的数目；ΔZj为第j个地磁参考台站实际磁场垂直分量附加值，ΔIj为依据第j个地磁参考台站实际磁场垂直分量附加值求得的实际不平衡电流，ΔI为实际不平衡电流。
[0023] 优选的，所述方法的步骤I-6求得所述地震地磁台站的磁场附加值的具体过程2
为：所述地震地磁台站将其自身的水平视距离值和所述实际不平衡电流值带入公式ΔZ＝
2
0.2×rs/ΔI中，求得所述地震地磁台站的磁场垂直分量附加值；
[0024] 式中，ΔZ2为所述地震地磁台站的磁场附加值，ΔI为实际不平衡电流，，rs2为所述地震地磁台站的水平视距离值。
[0025] 优选的，所述地磁参考台站设置在距离所述高压直流输电线路的线路中段位置两侧的1km至6km的范围内，所述地磁仪器为GM4
磁通门磁
力仪。
[0026] 从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，通过在高压直流输电线路的线路周围设置地磁参考台站，根据水平视距离值的引入和测量的实际不平衡电流值，使得地震地磁台站获得磁场附加值，并修正不平衡电流对地震地磁台站地磁观测影响。和
现有技术相比，本发明提供的一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，通过对直流输电工程原有的设计及运行状态下独立进行的不平衡电流的测量，得以修正不平衡电流对地震地磁观测的影响，有效解决了直流输电线路对地震电磁观测结果影响的修正需求，保证地震地磁观测的判断和研究的准确性和连续性，为今后高压直流输电线路与地震地磁台站的避让距离的科学界提供了一种可行的技术方案，具有很高的经济和社会效益。
[0027] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0028] 1、本发明提供的技术方案，通过在高压直流输电线路的线路周围设置地磁参考台站，根据水平视距离值的引入和测量的实际不平衡电流值，使得地震地磁台站获得磁场附加值，该方法准确有效的修正了不平衡电流对地震地磁观测的影响，有效解决了直流输电线路对地震电磁观测结果影响的修正需求，保证地震地磁观测的判断和研究的准确性和连续性，为今后高压直流输电线路与地震台站的避让距离的科学界定提供了一种可行的技术方案，具有很高的经济和社会效益。
[0029] 2、本发明提供的技术方案，通过地磁参考台站的建立，保证了线路不平衡电流测量值的准确有效，进而提高了地震电磁观测结果修正的准确率。
[0030] 3、本发明提供的技术方案，通过水平视距离值的引入，使得通过简单的计算公式即可对地震电磁观测结果影响进行修正，提高了修正的效率，即节省了时间成本。
[0031] 4、本发明提供的技术方案，在当今高速发展的经济社会中，必将得到广泛应用，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
[0032] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033] 图1是本发明的一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法的流程示意图。
[0034] 图2是本发明的一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法的地磁参考台站与高压直流输电线路的位置关系图。
[0035] 其中，1—地磁参考台站、2—高压直流输电线路。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 如图1所示，本发明的一种修正不平衡电流对地震地磁观测影响的方法，所述不平衡电流产生自所述高压直流输电线路的线路正负两级线间，其大小为所述高压直流输电线路正极电流(I+)与负极电流(I-)的差值(I+-I-)；在所述高压直流输电线路的周围已经建成有多处地震地磁台站，具体方法包括如下步骤：
[0038] I-1.在高压直流输电线路的线路中段(即线路呈平直敷设的地段)位置的两侧，分别设置1至2个地磁参考台站，最近的应小于2千米，最远的应不大于6千米，地磁参考台站内安装有高
精度地磁仪器；其中，地磁参考台站成对建设，大体对称分置于线路两侧，每侧地磁参考台站的数目可以多于1个，地磁参考台站采用的地磁仪器应与常规地磁台站正在使用的高精度和高
采样率并且具有远程无线实时传输功能的地磁仪器相同。由于地磁参考台站是通过磁场附加值的测量实现监测不平衡电流为主要目标，地磁参考台站建设参照有关地磁台站地磁监测建设规范，注意保证仪器的安全和基本工作条件即可，如
温度、湿度、数据的传输和防止闲杂人员靠近。
[0039] I-2.根据高压直流输电线路的自身及环境参数设定多个给定不平衡电流值；在高压直流输电线路中输入给定不平衡电流值；
[0040] I-3.在所述高压直流输电线路上输入所述给定不平衡电流值后，在所述地磁参考台站和所述地震地磁台站产生相应的磁场附加值；所述地磁参考台站和所述地震地磁台站分别记录地磁场的垂直分量附加值；其中，所述垂直分量代数值，包括大于0或小于0，分别表示附加磁场的增大与减小；
[0041] I-4.根据所述给定的多个大小不同的不平衡电流值和相应的所述多个磁场垂直分量附加值分别求得所述地磁参考台站和所述地震地磁台站对所述直流输电线路的水平视距离值；
[0042] I-5.在高压直流输电线路的线路中段位置的两侧对称设置的地磁参考台站共同测出地磁垂直分量上的实际磁场垂直分量附加值，若经判定，实际磁场垂直分量是由不平衡电流引起，则根据实际磁场附加值和地磁参考台站的水平视距离值求得实际不平衡电流值；I-6.地磁参考台站将求得的实际不平衡电流值发送给在高压直流输电线路的周围设立的各个地震地磁台站，地震地磁台站根据其自身的水平视距离值和实际不平衡电流值求得地震地磁台站的磁场垂直分量附加值；
[0043] I-7.地震地磁台站用测量得到的磁场垂直分量附加实测值减去I-6中求得的地震地磁台站的磁场垂直分量附加值后的数值，即为修正不平衡电流对每个地震地磁台站地磁观测影响后的结果值。
[0044] 其中，方法的步骤I-4分别求得所述地磁参考台站和地震地磁台站的水平视距离值的具体过程为：将多个给定不平衡电流值和相应的多个磁场附加值，通过线性回归方法，从线性表达式Δzi＝k·ΔIi(i＝1,2…n)求得系数k；再由公式rs＝0.2/k求出rs，rs即为地磁参考台站和地震地磁台站对直流输电线路的水平视距离值；
[0045] 式中，Δzi为地磁参考台站或地震地磁台站地磁垂直分量上记录到的由给定的第i个不平衡电流产生的磁场垂直分量附加值的代数值，ΔIi为高压直流输电线路给定的第i个不平衡电流的代数值，rs为地磁参考台站或地震地磁台站对直流输电线路的水平视距离的代数值；
[0046] 在给定ΔIi>0的方向后，rs的代数值的符号的差异，标识地磁参考台站或地震地磁台站分属在所述高压直流输电线路两侧的不同方位：Δzi>0的地磁参考台站或地震地磁台站，位于所述高压输电线路ΔIi>0方向的右侧；Δzi<0的地磁参考台站或地震地磁台站，位于所述高压输电线路ΔIi>0方向的左侧。
[0047] 实际资料的分析研究表明，由不平衡电流相产生的地磁场附加值的大小，与不平衡电流的大小成正比，与输电线距台站的视距离成反比，在输电线路的中段，三者的关系满足物理学中描述无穷长水平直
导线下电流磁效应的毕奥－萨瓦定律：
[0048]
[0049] 式中，ΔZ(nT)为地磁垂直分量上记录到的由不平衡电流产生的磁场附加值，单位为nT(毫微特斯拉)；ΔI(A)为不平衡电流，单位为A(安培)；rS(km)为水平视距离，单位为km(千米)。
[0050] 公式的表述为：当直流输电线路存在不平衡电流时，线路周围的地磁台站垂直分量上记录到的磁场附加值的大小(单位为毫微特斯拉)，等于该不平衡电流的大小(单位为安培)与水平视距离(单位为千米)的比值的0.2倍。
[0051] 此处引入地震地磁台站与线路间的水平视距离的概念，是因为下列理由：(1)实际测量表明，对于任何一个
选定的台站和一条已经建成投产的具有固定空间展布或走向的高压直流输电线路，台站观测到的磁场附加值与输电线的不平衡电流之间的线性关系精确成立，并且符合物理学的毕奥－萨瓦定律；
[0052] (2)在处理一个台站测量仪器的
探头(作为一个点)到一条输电线路(作为一条线路)的距离，在线路呈现非完全规则的条件下，例如不是绝对的直平或圆形，因此精确地描述点线之间的(水平)距离存在困难，因此提出地磁台站地磁垂直分量附加值与高压直流输电线路的不平衡电流之间满足无穷长水平直导线毕奥-萨瓦定律条件下给出的比例系数，通过换算给出的以距离量纲描述的值，即台站与线路之间的水平视距离；
[0053] (3)水平视距离中“水平”的含义，与目前大量实际观测中，高压直流输电的影响主要表现在地磁观测的垂直分量测量值上有关，也与高压直流输电线路的走向在绝大部分地段，其与水平面的夹
角不大有关。根据向上线(向家坝－上海)线路运行前调试期间的资料，在给定的台站上，地磁观测的垂直分量附加值与不平衡电流之间呈线性相关，其相关系数达0.95以上，大多数甚至高达0.99。
[0054] 其中，方法的步骤I-5求得实际不平衡电流值的具体过程为：将实际磁场附加值和地磁参考台站的水平视距离值带入公式ΔIj＝5×rsj×ΔZj(j＝1,2...m)中，求得ΔIj，再将ΔIj带入公式 求得线路中实际不平衡电流值ΔI；
[0055] 式中，
[0056] rsj为第j个地磁参考台站水平视距离值；m为地磁参考台站的数目；ΔZj为第j个地磁参考台站实际磁场垂直分量附加值，ΔIj为依据第j个地磁参考台站实际磁场垂直分量附加值求得的实际不平衡电流，ΔI为实际不平衡电流。
[0057] 其中，方法的步骤I-6求得地震地磁台站的磁场附加值的具体过程为：地震地磁2 2
台站将其自身的水平视距离值和实际不平衡电流值带入公式ΔZ＝0.2×rs/ΔI中，求得地震地磁台站的磁场垂直分量附加值；
[0058] 式中，ΔZ2为地震地磁台站的磁场附加值，ΔI为实际不平衡电流，rs2为地震地磁台站的水平视距离值。
[0059] 地磁参考台站设置在距离所述高压直流输电线路的线路中段位置两侧的1km至6km的范围内，地磁仪器为GM4磁通门磁力仪。
[0060] 如图2所示，在没有高压直流输电线路的
铁磁干扰和两极线因几何布置而引入的干扰的条件下，地磁参考台站1尽可能接近高压直流输电线路2，地磁参考台站1在距离高压直流输电线路2的线路中段位置的2km至6km的两侧成对对称设置，地磁参考台站1可以设置超过1对，地磁参考台站1内的地磁仪器为GM4磁通门磁力仪。
[0061] 实例：采用地磁测量的方法检测直流输电线路不平衡电流及修正其对地震地磁观测影响：
[0062] 2010年4月～7月期间，向家坝－上海直流输电线路(简称“向上线”)进行了系统调试，调试期间得到了安徽泾县地震台在不同的线路不平衡电流下所产生的地磁垂直分量上的磁场附加值，见表1，其中，电流数据来源于电力运行部门，地磁垂直分量上的磁场附加值数据来源于中国地震局地磁观测
数据中心。
[0063] 表1 安徽泾县地震台在不同的线路不平衡电流下所产生的地磁垂直分量上的磁场附加值
[0064]
[0065] 由表1得到不平衡电流与地磁垂直分量磁场附加值的线性拟合关系，如式(1)，线性拟和的相关系数为0.9998。
[0066] ΔZ＝0.0276·ΔI (泾县) (1)
[0067] 系统正式投运后出现过一次较大的不平衡电流，经与电力运行部门核实，是系统一极检修，另一单极大地运行，运行电流(ΔI)为2771A。表2为在此单极大地运行期间泾县地磁台垂直分量附加磁场实测值(数据来源于中国地震局地磁观测数据中心)和由式(1)计算值的对比，误差为0.3％。
[0068] 表2 附加磁场实测值与统计函数计算值对比
[0069]台站 附加磁场实测值(nT) 统计函数计算值(nT) 相对误差(nT)
泾县地磁台 76.5 76.8 0.3
[0070] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行
修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在
申请待批的本发明的
权利要求保护范围之内。
