《国家电网报》报道中国电科院地震预警技术

发布时间:2018-11-15

11月13日,《国家电网报》报道中国电科院地震预警技术,全文如下:

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地震预警技术:提升电网防灾能力   

我国处于两大地震带交接地区,属于地震多发国家。虽然现代科技发展飞速,但实现对地震的精确预报,在全世界范围内都是一道难题。

地震预警作为减轻地震灾害的重要途径,一直受到世界各国的重视。目前地震监测技术已应用于我国许多电网设备。未来,应用地震预警技术将使电网的防灾能力得到进一步提升。

地震预警技术已应用于一些国家和行业

资料显示,我国大陆地区地震分布具有“地震多、分布广、震源浅”等特点,平均每年发生5级以上地震约20次、6级以上地震3至4次。20世纪以来,平均3年发生两次7级以上地震。

地震预警技术并不是新鲜事物。上个世纪,地球物理学家研究发现地震波在地层中的传播速度总体上在8千米每秒以内,且破坏性强的横波和面波传播速度在5千米每秒以内。一次地震事件中,距离震中由近及远的区域受到地震波及的时间也依次推延。在震中附近监测到地震发生后,以超过地震波传播速度向尚未波及的地方发出预警信号,就能实现有效的预警。现代数字强震仪和通信技术的发展,使地震预警技术已经成为现实。

较之于基于地震前兆的地震预测技术,如观测地应力、地磁和大地电阻率等,基于强震观测的地震预警技术实际上采用的是“跑”赢地震波的方式提供预警,原理上具有更高的可靠性。

基于强震观测的地震预警作为减轻地震灾害的重要途径历来受到重视。在一些科技发达又受地震灾害破坏严重的国家,如日本已有诸如铁路、燃气等行业企业建设的地震预警系统。这些行业企业出于自身对地震预警的强烈需求,根据所运维的基础设施的特点而建立分布式的地震监测网并实施地震预警。在国家系统和企业系统相互补充下,地震预警的准确程度大大提高,发挥了很大作用。

电网地震监测应向地震预警升级

电网是地震生命线工程重要的组成部分。由于现代生活已经高度电气化,震后灾区通电已经成为通路之后最为迫切的需求。电网系统的地震损害在带来严重经济损失的同时,将严重影响震区的抗震救灾和生产生活恢复。

在电网系统开展地震监测与预警,可在受地震波及前采取紧急规避措施,停止高风险操作,启动必要的保护动作,及时调整电网运行方式,防止地震造成区域电网的崩溃并提高震后电网的恢复速度,对提升电网的地震韧性有重要的作用。

在电网系统,由中国电科院开发的国内首套变电站地震监测系统于2017年在四川成都110千伏沙渠变电站投入使用。该系统监测变电站地表震动,传感器安置于地表的仪器桩上,并针对采用隔振技术的变压器,分别监测隔振层下部和上部的地震响应。数据传输至站内机房的采集仪内,当地震动峰值达到阈值时可自动记录振动波形。监测数据可在地震发生后用于评估变电站的地震损失和所采用抗震措施的有效性。目前,该监测系统已经监测到数次小震级地震的加速度时程,系统的有效性得到了验证。

单纯地震监测的意义主要为震害评估和地震科研,并验证抗震技术的有效性,而对减少当下地震的损失并没有直接的作用。这项技术的升级版——地震预警技术,却可以为减少地震损失发挥更为直接的作用。

近日,在我国变电站地震监测系统落地一年之际,一个致力于在电网系统开展地震监测预警的研发项目在中国电科院开始实施,探索设立地震监测站点和地震监测预警数据中心,为电力系统应急地震响应和震后灾情评估提供数据支撑。

电网系统开展地震预警具备技术优势

电网系统开展地震预警有较大的技术优势。首先,电网的分布与地区经济发展程度密切相关,如城市、工业园区均为电网密布的区域,电网密度大的区域也是地震预警需求大的区域。在变电站中设置地震预警系统的监测站点,可以在发挥最大效益的同时减少地震监测站点选址和基建的成本。其次,在地震预警系统中,监测站点、数据中心和通信系统的良好维护是系统在关键时刻发挥作用的重要前提。我国电网系统基础设施维护完善,在变电站设置监测站点可通过电网已有通信网络进行预警系统通信。

在实现方式上,应遵循科研、试点再实际应用的步骤实施电网地震预警。科研阶段首先确立变电站地震监测点设置方法,所采集的数据在站内进行特征值提取并发往数据中心;开发电网地震预警数据中心程序,实现站点数据的接收与管理,进行地震事件的速判和预警信号的生成。根据预警信号接收对象的具体位置,数据中心计算出具体的地震波到达时刻、可能的震级以及预警信号的可靠的等级,并向接收对象传输。

不同的接收对象或客户对地震预警信号的响应方式是不同的。这方面可由客户自定义响应的级别与方式,也可接受推荐的方式。

在试点阶段,地市级电网是开展地震预警系统试点的合适选择。依据基于强制观测的地震预警原理,距离震中20至200千米范围内是地震预警效果最佳的区域范围。距离震中20千米范围内,地震波和预警信号将几乎同时达到,预警有效时间很短。而在震中200千米范围以外,客户虽然得到了足够的预警时间,但是此时地震的烈度已经衰减到较低水平。

未来,在地市级电网成功实践的基础上,可将电网地震预警技术推广至区域电网。这项技术可进一步实现提升电网防灾能力的目标。