西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室： 電氣科技創新“夢之隊”
2021/3/4 14:40:56
梧桐葉茂，樹影斑駁。走入西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室（以下簡稱實驗室），各臺設備正在有效運轉，研究人員心無旁騖，在反復實驗中采集出一組組數據。
成立28年來，實驗室一直在我國電力能源建設方面扮演著舉足輕重的角色，每一項研究都致力于解決電氣絕緣和電力工業領域中的重大科技問題。
“從一定意義上來說，西安交通大學的電力設備電氣絕緣研究引領著我國電力設備行業的發展，得到了國內外業界人士的認可。”實驗室主任王建華這樣評價他們的工作。
攻克難關，帶著經驗再出發
實驗室建于1991年，是國家面向電力能源建設，依托西安交通大學，在電力設備電氣絕緣領域開展高水平科學技術研究、學術交流、高層次人才培養和科技成果轉化的國家級重要科研基地。2003年以來，實驗室獲國家級科技成果獎13項、省部級科技成果獎55項，授權發明專利794項；在國內外核心期刊上發表論文逾7000篇，科研成果轉化成績顯著。
實際上，實驗室的發展也并非是一帆風順的。
2003年，實驗室曾一度陷入“低谷期”：新老人才交替青黃不接，管理制度有待完善，甚至面臨“被摘牌”的危險。也就是從那時開始，王建華帶領實驗團隊開始發力，大膽啟用年輕人，組建國際學術委員會，開啟了實驗室的“逆襲”之路。
首先，實驗室把培養青年隊伍作為轉型升級的重中之重，聘請院士作為各研究部的主任，副主任則由40歲的年輕研究者擔任。
“通過5年時間建設實驗室，再把這些年輕骨干推到第一線，讓他們挑重擔。”王建華說，這樣不僅激發了年輕人的積極性，更是壯大了隊伍。“我們現在也算得上是兵強馬壯了。”
同時，另一個問題也擺在了王建華眼前：實驗室到底該怎么建，建到何種標準才算是“優”？
2010年，實驗室決定組建國際學術委員會，邀請國際知名的業界專家做評估、提建議，并聘請IEEE電介質與電氣絕緣學會主席Paul Lewin教授擔任國際學術委員會主任。國際學術委員會定期召開會議，廣泛開展學術交流與合作。
2003年以來，實驗室共主辦國際會議39次，每年約有50人次出國參加國際會議，374人次在國內外重要學術組織、期刊任職……這一組組數字足以證明實驗室在國際上的學術影響力。
“不得不說，我們運氣很好，趕上了國家發展特高壓工程的機會，這才讓我們打了一場又一場漂亮的‘戰役’。”王建華謙虛地表示。
電力要發展，國家有需求，這就是實驗室的使命。2005年，接下國家電網主持的百萬伏級特高壓交流工程項目后，實驗室立即組建了30余人的團隊，用極短的時間完成了特高壓十幾個技術標準和規范，為國家特高壓重點工程的建設提供了堅實的基礎和保障。
面對緊急的工作任務，實驗室成員加班加點，在反復實驗中研究難點。當團隊成功攻克±800千伏直流套管關鍵核心技術的消息傳出后，國內外電工界都為之震驚。
“多年來，我們一直扎扎實實做研究。正因為具有很強的研究基礎，才能承擔起急難險重的活兒。”實驗室常務副主任李盛濤告訴《科學新聞》，實驗室在特高壓發展過程中發揮了重要作用，“從基礎研究到應用，實現了理論和實踐的密切結合”。
立足前沿，創新永無止境
實驗室全體成員深知，只有站在時代前沿，引領科技創新，才能發揮科研的最大效用。
進入21世紀，環境保護和溫室效應日益成為人們關注的焦點。SF6斷路器作為高壓開關的主力產品,其氣體的溫室效應系數高達CO2的23900倍，在大氣中壽命長達3200年，是《京都議定書》限制使用的6種氣體中溫室效應最高的。
自2003年起，王建華就帶領研究團隊致力于解決高壓開關中SF6氣體的削減與替代問題，嘗試采用發展高電壓等級真空斷路器技術的方法來實現這一目標。“由于真空不存在排放氣體的問題，自然是最清潔的技術，而且開斷性能很好。”
尋找新技術的路徑是艱辛而漫長的。特別是在研究過程中，團隊還面臨擊穿電壓在長真空間隙下難以提高、額定電流與開斷電流難以同時提升以及高電壓大電流開斷易于失敗三大技術難題。
“真空電器的特點就是適應中低壓領域，將單個斷口滅弧室的電壓等級提升到126kV是極難實現的。”業內許多專家都曾對該項目提出過質疑。
“我們原本計劃用3年時間完成這一項目，但沒想到在實驗過程中屢次碰壁，壓力非常大。”王建華說。由于不具備研究條件，成員只能根據需求自己設計高壓大電流實驗設備。到底是研究方法不對還是設備不行？成員們在反復實驗中尋求突破。
最終，團隊成員克服種種困難，終于取得突破，成功開發出126kV單斷口真空斷路器。對于這項“千呼萬喚始出來”的成果，教育部給出“整體技術處于國際領先水平”的鑒定意見；國際大電網會議CIGRE工作報告認為“中國輸電等級單斷口真空斷路器技術在世界上處于突出的引領地位”。2018年，該項成果成功斬獲國家科技發明二等獎。
“該項成果陸續在西電集團、平高集團等多家企業成功實現轉化，開發出系列產品，為我國削減和替代高壓開關領域的強溫室效應SF6氣體，發展環境友好電力裝備奠定了重要的技術基礎。”實驗室副主任耿英三也是此次項目的主要參與者，“科研一定要和生產緊密結合，才能轉化為有效的生產力，推動社會進步。”
“電子元器件絕緣粉末包封理論、關鍵技術及系列產品開發”獲國家科技進步獎二等獎，“直流配電系統大容量斷路器快速分斷技術及應用”獲國家技術發明獎二等獎；“大功率特種電源的多時間尺度精確控制技術及其系列產品開發”獲國家科技進步獎二等獎……每一個獲獎項目的背后都凝聚著創新的力量。
作為支撐電力科技領域發展的重要平臺，實驗室正在不斷創新中引領產業轉型升級。西安交通大學首位留校的工程技術人員翟小社博士，可以說見證了實驗基地的發展。
“留校時沒想太多，只想用自己的所學為實驗基地的建設貢獻一點點力量。”如今，這個在國內外高校中首屈一指的先進高壓大電流合成試驗系統和國際一流水平的真空電弧等離子體物理實驗研究平臺，為科技成果的創新提供了有力保障。
開創模式，煥發人才新活力
“在日本京都大學聯合培養的一年時間里，我學習超導實驗和仿真分析方法、參與超導限流器的項目，增長了知識，了解了超導領域的國際前沿，拓展了國際視野。”項彬是實驗室和日本京都大學聯合培養的博士生，因表現出色而留校任教。
參加國際會議10次；發表論文37篇，其中第一作者論文20篇，SCI第一作者論文8篇；參與973計劃“高壓直流短路電流開斷機理及其應用基礎”、國家自然科學基金“面向超導電力設備的液氮開斷電弧特性研究”等多個項目的研究……這是項彬在博士畢業時交出的成績單。
實驗室堅持將國際化合作作為培養高質量人才的重要途徑，和國際知名大學、科研機構密切合作，多渠道、多模式開展國際化人才培養。同時，突破傳統的“師傅帶徒弟”模式，在學生培養過程中發揮教師群體優勢，培養出一批批得到國際認可的高素質學生。
博士研究生田云博榮獲2016年國際真空放電與絕緣會議“杰出青年研究者獎”，成為該獎自1992年設立以來第二位獲此殊榮的中國人；博士研究生張穎瑤、姚曉飛等發表的文章獲2014年國際真空放電與絕緣會議“最佳論文獎”，這也是該獎自2006年設立以來首次由中國學者摘得……
“實驗室涉及的學科領域越來越寬泛，所以我們更加重視學科交叉融合。”實驗室電工電能新技術及應用研究部主任劉進軍表示，實驗室十分注重發揮每一個人的力量，進而增強團隊的凝聚力。比如，每一筆資金該如何使用，該重點爭取哪些科研項目，都是集體研究的結果。“總務、財務等事項都有專人負責，保證研究人員不會被瑣事困擾。”
實驗室公共技術服務部主任彭宗仁有個別稱叫“彭套管”，這是業界對他在套管研究方面取得的成績的肯定。他目前正在參與世界首個特高壓GIL輸電工程建設，研究其絕緣與放電特性。而王建華、耿英三則思考在3~5年內，將真空斷路器的應用范圍提高到550kV超高電壓系統，發展選相投切快速真空斷路器，實現電路故障在更短的時間內的可靠分斷。他們面向國家需求，永遠奮進在創新的征程上，勇攀高峰，永無止境。■
《科學新聞》 (科學新聞2019年6月刊 實驗室)
