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【科学新闻】西安交大电力设备电气绝缘国家重点实验室:

电气科技创新“梦之队”

来源:科学新闻 日期 2019-07-12 18:50 点击:

梧桐叶茂,树影斑驳。走入西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室(以下简称实验室),各台设备正在有效运转,研究人员心无旁骛,在反复实验中采集出一组组数据。

成立28年来,实验室一直在我国电力能源建设方面扮演着举足轻重的角色,每一项研究都致力于解决电气绝缘和电力工业领域中的重大科技问题。

“从一定意义上来说,西安交通大学的电力设备电气绝缘研究引领着我国电力设备行业的发展,得到了国内外业界人士的认可。”实验室主任王建华这样评价他们的工作。

攻克难关,带着经验再出发

实验室建于1991年,是国家面向电力能源建设,依托西安交通大学,在电力设备电气绝缘领域开展高水平科学技术研究、学术交流、高层次人才培养和科技成果转化的国家级重要科研基地。2003年以来,实验室获国家级科技成果奖13项、省部级科技成果奖55项,授权发明专利794项;在国内外核心期刊上发表论文逾7000篇,科研成果转化成绩显著。

实际上,实验室的发展也并非是一帆风顺的。

2003年,实验室曾一度陷入“低谷期”:新老人才交替青黄不接,管理制度有待完善,甚至面临“被摘牌”的危险。也就是从那时开始,王建华带领实验团队开始发力,大胆启用年轻人,组建国际学术委员会,开启了实验室的“逆袭”之路。

首先,实验室把培养青年队伍作为转型升级的重中之重,聘请院士作为各研究部的主任,副主任则由40岁的年轻研究者担任。

“通过5年时间建设实验室,再把这些年轻骨干推到第一线,让他们挑重担。”王建华说,这样不仅激发了年轻人的积极性,更是壮大了队伍。“我们现在也算得上是兵强马壮了。”

同时,另一个问题也摆在了王建华眼前:实验室到底该怎么建,建到何种标准才算是“优”?

2010年,实验室决定组建国际学术委员会,邀请国际知名的业界专家做评估、提建议,并聘请IEEE电介质与电气绝缘学会主席Paul Lewin教授担任国际学术委员会主任。国际学术委员会定期召开会议,广泛开展学术交流与合作。

2003年以来,实验室共主办国际会议39次,每年约有50人次出国参加国际会议,374人次在国内外重要学术组织、期刊任职……这一组组数字足以证明实验室在国际上的学术影响力。

“不得不说,我们运气很好,赶上了国家发展特高压工程的机会,这才让我们打了一场又一场漂亮的‘战役’。”王建华谦虚地表示。

电力要发展,国家有需求,这就是实验室的使命。2005年,接下国家电网主持的百万伏级特高压交流工程项目后,实验室立即组建了30余人的团队,用极短的时间完成了特高压十几个技术标准和规范,为国家特高压重点工程的建设提供了坚实的基础和保障。

面对紧急的工作任务,实验室成员加班加点,在反复实验中研究难点。当团队成功攻克±800千伏直流套管关键核心技术的消息传出后,国内外电工界都为之震惊。

“多年来,我们一直扎扎实实做研究。正因为具有很强的研究基础,才能承担起急难险重的活儿。”实验室常务副主任李盛涛告诉《科学新闻》,实验室在特高压发展过程中发挥了重要作用,“从基础研究到应用,实现了理论和实践的密切结合。”

立足前沿,创新永无止境

实验室全体成员深知,只有站在时代前沿,引领科技创新,才能发挥科研的最大效用。

进入21世纪,环境保护和温室效应日益成为人们关注的焦点。SF6断路器作为高压开关的主力产品,其气体的温室效应系数高达CO2的23900倍,在大气中寿命长达3200年,是《京都议定书》限制使用的6种气体中温室效应最高的。

自2003年起,王建华就带领研究团队致力于解决高压开关中SF6气体的削减与替代问题,尝试采用发展高电压等级真空断路器技术的方法来实现这一目标。“由于真空不存在排放气体的问题,自然是最清洁的技术,而且开断性能很好。”

寻找新技术的路径是艰辛而漫长的。特别是在研究过程中,团队还面临击穿电压在长真空间隙下难以提高、额定电流与开断电流难以同时提升以及高电压大电流开断易于失败三大技术难题。

“真空电器的特点就是适应中低压领域,将单个断口灭弧室的电压等级提升到126kV是极难实现的。”业内许多专家都曾对该项目提出过质疑。

“我们原本计划用3年时间完成这一项目,但没想到在实验过程中屡次碰壁,压力非常大。”王建华说。由于不具备研究条件,成员只能根据需求自己设计高压大电流实验设备。到底是研究方法不对还是设备不行?成员们在反复实验中寻求突破。

最终,团队成员克服种种困难,终于取得突破,成功开发出126kV单断口真空断路器。对于这项“千呼万唤始出来”的成果,教育部给出“整体技术处于国际领先水平”的鉴定意见;国际大电网会议CIGRE工作报告认为“中国输电等级单断口真空断路器技术在世界上处于突出的引领地位”。2018年,该项成果成功斩获国家科技发明二等奖。

“该项成果陆续在西电集团、平高集团等多家企业成功实现转化,开发出系列产品,为我国削减和替代高压开关领域的强温室效应SF6气体,发展环境友好电力装备奠定了重要的技术基础。”实验室副主任耿英三也是此次项目的主要参与者,“科研一定要和生产紧密结合,才能转化为有效的生产力,推动社会进步。”

“电子元器件绝缘粉末包封理论、关键技术及系列产品开发”获国家科技进步奖二等奖,“直流配电系统大容量断路器快速分断技术及应用”获国家技术发明奖二等奖;“大功率特种电源的多时间尺度精确控制技术及其系列产品开发”获国家科技进步奖二等奖……每一个获奖项目的背后都凝聚着创新的力量。

作为支撑电力科技领域发展的重要平台,实验室正在不断创新中引领产业转型升级。西安交通大学首位留校的工程技术人员翟小社博士,可以说见证了实验基地的发展。

“留校时没想太多,只想用自己的所学为实验基地的建设贡献一点点力量。”如今,这个在国内外高校中首屈一指的先进高压大电流合成试验系统和国际一流水平的真空电弧等离子体物理实验研究平台,为科技成果的创新提供了有力保障。

开创模式,焕发人才新活力

“在日本京都大学联合培养的一年时间,学习超导实验和仿真分析方法、参与超导限流器的项目,增长了知识,了解了超导领域的国际前沿,拓展了国际视野。”项彬是实验室和日本京都大学联合培养的博士生,因表现出色而留校任教。

参加国际会议10次;发表论文37篇,其中第一作者论文20篇,SCI第一作者论文8篇;参与973计划“高压直流短路电流开断机理及其应用基础”、国家自然科学基金“面向超导电力设备的液氮开断电弧特性研究”等多个项目的研究……这是项彬在博士毕业时交出的成绩单。

实验室坚持将国际化合作作为培养高质量人才的重要途径,和国际知名大学、科研机构密切合作,多渠道、多模式开展国际化人才培养。同时,突破传统的“师傅带徒弟”模式,在学生培养过程中发挥教师群体优势,培养出一批批得到国际认可的高素质学生。

博士研究生田云博荣获2016年国际真空放电与绝缘会议 “杰出青年研究者奖”,成为该奖自1992年设立以来第二位获此殊荣的中国人;博士研究生张颖瑶、姚晓飞等发表的文章获2014年国际真空放电与绝缘会议“最佳论文奖”,这也是该奖2006年设立以来首次由中国学者摘得……

“实验室涉及的学科领域越来越宽泛,所以我们更加重视学科交叉融合。”实验室电工电能新技术及应用研究部主任刘进军表示,实验室十分注重发挥每一个人的力量,进而增强团队的凝聚力。比如,每一笔资金该如何使用,该重点争取哪些科研项目,都是集体研究的结果。“总务、财务等事项都有专人负责,保证研究人员不会被琐事困扰。”

实验室公共技术服务部主任彭宗仁有个别称叫“彭套管”,这是业界对他在套管研究方面取得的成绩的肯定。他目前正在参与世界首个特高压GIL输电工程建设,研究其绝缘与放电特性。而王建华、耿英三则思考在3—5年内将真空断路器的应用范围提高到550kV超高电压系统,发展选相投切快速真空断路器,实现电路故障在更短的时间内的可靠分断。他们面向国家需求,永远奋进在创新的征程上,勇攀高峰,永无止境。

原文刊发于2019年6月《科学新闻》

文字:唐琳 张清华
编辑:朱萍萍

 
 
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