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【给力三大奖】王建华团队:发展“绿色电器”,保障输电安全
来源:交大新闻网 日期 2019-01-23 10:49 点击:

第二次工业革命以来,电灯等与人民生活息息相关的发明创造不断涌现,人类由此进入“电气时代”。100多年来,人类用电的需求从居家照明拓展到了军工、航空、化工等各大领域,用电安全也成为影响国民经济健康运行的重大议题。

作为确保安全可靠使用电能的一种电力设备,真空断路器具有体积小、重量轻、寿命长、免维护、环境友好等优点,是一种典型的“绿色电器”,在电力系统中获得广泛应用。

多年来,西安交通大学王建华团队致力于智能电器和真空电弧理论及关键技术研究,并于2019年1月获得2018年度国家技术发明二等奖。

数十年磨一剑,理论与技术双双突破

从20世纪60年代中期起,使用六氟化硫气体绝缘的全封闭开关设备就被广泛用于高压电力系统。但是,六氟化硫气体的温室效应系数高达二氧化碳的23900倍,在大气中寿命长达3200年,是《京都议定书》所限制使用的6种气体中温室效应最高的气体。

生态环境没有替代品,用之不觉,失之难存。进入21世纪后,环境保护和温室效应日益受到重视,发展环境友好的真空断路器替代六氟化硫气体断路器被认为是一种有效途径,国际同行也一直致力于该领域的研究。

然而,科学技术的发展不是一蹴而就的,研发高电压等级真空断路器新产品十分不易,击穿电压在长真空间隙下难以提高、真空灭弧室额定电流与开断电流难以同时提升、高电压大电流开断易于失败等三大世界性技术难题一直是制约该技术发展的瓶颈。

同时,王建华团队还面临了其他难以想象的困难。一方面,在理论层面,许多业内专家根据真空电器几十年的发展经验,认为真空电器的特点是适应中、低压领域,对于将单个断口灭弧室的电压等级提升到126kV及以上提出强烈质疑。另一方面,在技术层面,当时团队缺乏实验设备和平台,由于从来没有人做过这方面的研究,市面上找不到合适的设备,高压大电流真空电弧实验研究平台需要全部新建。

数学家陈景润说过,攀登科学高峰,就像登山运动员攀登珠穆朗玛峰一样,要克服无数艰难险阻。从2003年开始,团队成员坚定信心,历时十几年不断试错,向一个个国际公认的难题发起挑战。

没有设备,就与企业合作,租赁厂房,自主设计研发实验设备;人手不足,就发动所有的教师、学生、工人一起实验,连续奋战在厂房一线。“做实验时间紧、任务重,很多实验都是晚上加班加点做出来的,往往一个方案的验证就要经历不计其数的反复测试。”回首往昔,团队成员耿英三教授感慨,辛苦之余,更多的是充实、快乐,因为每一位团队成员心里都憋着一股劲儿,只许成功不许失败。

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。2013年,团队研制的126kV单断口真空断路器终于通过了全部型式试验。教育部鉴定意见指出“整体技术处于国际领先水平”,国际大电网会议CIGRE工作报告评价指出“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”。2019年1月,团队获得2018年度国家技术发明二等奖。

坚持“三个面向”,科研报国矢志不渝

“我们做研究的目标并不是获奖,对我们来说,最期待的是看到自主设计的真空断路器被应用到全国电力系统,解决电力设备的环境友好问题。”即便获得了国家科学技术方面的最高荣誉,王建华团队最牵挂的还是产品如何在电力系统中全面推广应用。团队在长期的研发过程中,和国内行业骨干企业建立了紧密的合作关系,西电集团、平高集团、陕西宝光、陕西思瑞、浙江紫光等企业都有工程技术人员长期参加课题组的研究工作,该项目的成功真正体现了“产学研”合作的强大力量。

团队的研究从一开始就致力于解决生产、生活的实际问题,技术一经突破,团队立即与国内相关企业合作,科研成果陆续在中国西电集团、国网平高集团、江苏宝胜集团等多家知名企业成功转化,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六氟化硫气体,发展环境友好电力装备奠定了重要的技术基础。

“科学研究不应该仅仅停留在理论层面,而是要面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求,走中国特色自主创新道路,掌握全球科技竞争先机。”耿英三介绍道,因为真空断路器具备耐高寒的独特优点,真空断路器在我国东北高寒地区应用尤显优势,同时还远销俄罗斯、韩国等国家,让“中国创造”走向了世界。

在坚持传统优势方向真空电器的同时,团队通过交叉融合等方式,进一步拓展了电力储能、超导电器等新研究方向。近年来,团队相关研究成果获国家级科技二等奖两项、省部级一等奖四项。先后承担多项国家自然科学重点基金、国家重点基础研究发展计划、企业合作研发等各类项目数十项。授权发明专利50余项(其中美国专利1项),出版专著3部、译著1部,发表SCI/EI论文200余篇。

科研之路永无止境,刚刚放下获奖证书,王建华团队就对自己发起了新的挑战。“我们下一步的目标是在3-5年内把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。”王建华介绍道,在国家实现中华民族伟大复兴“中国梦”的伟大征程中,团队正在谋划利用中国西部创新港建设的历史性机遇,与国内领军企业合作创建新的高端电力装备研究基地,建设先进电力储能技术研究中心,为国家民族的进步做出新的贡献。

西迁精神代代相传 科研火种生生不息

“我们获得的成功,不仅是我们努力的结果,同时也承载着老一辈科研工作者无数的智慧和汗水。”谈到获奖感受,王建华团队成员们无一例外地将成绩归功于王季梅教授的指导。

作为交通大学西迁大军的一员,王季梅一手创建了西安交通大学真空电器研究课题组。1958年--1964年,王季梅在极其简陋的环境和条件下从无到有研发出中国第一台三相真空开关,被誉为“中国真空开关之父”。

长期以来,王季梅最大的心愿就是能够将真空断路器的电压等级提升,用于输电等级。“王老师80多岁时还坚持参加课题研讨会,90多岁时还来到实验现场指导工作。遇到困难时,他总是充满激情地鼓励大家‘我们肯定行!’。”王建华回忆道,与王老师并肩战斗的这些场景至今依然历历在目。

在王季梅的言传身教下,团队培养的学生也大多选择留在西部干事创业。2003年,刘志远放弃通用电气上海研发公司的职务,重新回到西部专注科研,目前已经成长为团队内独当一面的青年教授。刘志远说:“老一辈西迁人白手起家,克服了常人难以想象的困难。我们现在的条件已经好太多了,更应该做出新的贡献。”

团队在建设科研平台的同时,还通过多种途径组建了强有力的工程技术人员队伍。2011年,博士后毕业的翟小社选择留校,令许多人感到意外的是,他没有像其他年轻博士一样走上教师的道路,而是选择成为一名实验工程技术人员。

“个人发展应该和国家、和社会的需要紧密结合。我在博士后阶段研究的是仪器科学与技术,当时团队正在建设实验平台,需要我这样懂设备的专业人才。”就这样,翟小社成为了西安交大第一位博士毕业的实验工程技术人员。8年过去了,团队建立了目前国内外高校中最先进的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,为取得突破性成果提供了坚实保障。

在几代教师的持续努力下,王建华团队形成了“严谨、和谐、朴实、求真、奉献”的优良传统和“功崇惟志,业广惟勤”的团队核心文化。近5年来,共有15名博士研究生、50余名硕士研究生在团队指导下毕业,并迅速成长为电气相关领域各高校、企业与研究院所的业务骨干。

培养研究生也得到国际同行认可,连续荣获大奖。博士研究生田云博在2016年第27届国际真空放电与绝缘会议荣获“杰出青年研究者奖CHATTERTON AWARD”,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、姚晓飞等获2014年国际真空放电与绝缘会议最佳论文奖,这也是自该奖2006年设立以来中国学者首次获得。早在2011年,博士研究生孙丽琼和余砾就联手拿到了第一届国际电力开断技术会议的“最佳论文奖”(唯一获奖)。

“看到学生们这么优秀,我们很欣慰,我们没有辜负王季梅老师的嘱托,我们将继续奋斗,为祖国电气事业发展培育更多人才,攻克更多科研难题。”面对未来,王建华充满信心。

文字:朱萍萍
编辑:星 火

 
 
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