淺談我國創(chuàng )新絕緣材料護航電能輸送

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代，電力需求極速增長(cháng)，對電力傳輸的可靠性和穩定性也提出了更高的要求。電介質(zhì)材料和絕緣技術(shù)是我國超特高壓輸變電技術(shù)的關(guān)鍵基礎，材料性能將直接影響超特高壓輸變電系統的安全穩定運行。相對落后的材料技術(shù)以及對使用過(guò)程中材料的破壞機理認識上的不足，嚴重制約了更高電壓等級大容量電氣設備的發(fā)展。

　　“我們應采用一些先進(jìn)的測試手段，如空間電荷、樹(shù)枝老化等，研究材料在使用過(guò)程中的老化破壞機理，針對電力傳輸中存在的問(wèn)題，有目的、有方向地對材料進(jìn)行改性和提高，開(kāi)發(fā)新材料，提高作為發(fā)展電氣設備的基礎和關(guān)鍵的電介質(zhì)材料和絕緣技術(shù)，從而實(shí)現高穩定、高性能乃至小型化的超特高壓輸電系統及設備。”談起自己情有獨鐘的專(zhuān)業(yè)，清華大學(xué)周遠翔教授思維敏捷而樂(lè )觀(guān)，他帶領(lǐng)自己的團隊以“推動(dòng)我國超特高壓大容量輸變電技術(shù)的發(fā)展，滿(mǎn)足國家戰略需求”為己任，不僅在空間電荷、樹(shù)枝老化等電介質(zhì)材料和絕緣技術(shù)的基礎理論研究方面做出了出色的成績(jì)，也致力于成果的轉化應用，為我國電力傳輸奉獻著(zhù)自己的力量。

　　周遠翔，清華大學(xué)教授，博導，曾任高電壓實(shí)驗室主任，現任高電壓課組組長(cháng)，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)。1988年獲清華大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，1991年獲中國電力科學(xué)研究院工學(xué)碩士學(xué)位，后留該院高壓所參加工作，1995年任電力系統電氣設備在線(xiàn)檢測組組長(cháng)。1996年獲得日本文部省獎學(xué)金，赴日本攻讀博士課程并于1999年獲得電氣電子工學(xué)博士學(xué)位。1999年被聘為日本新能源工業(yè)技術(shù)發(fā)展委員會(huì )(NEDO)

　　研究員，在日本工業(yè)技術(shù)院國立資源環(huán)境綜合技術(shù)研究所進(jìn)行科研合作研究。2000年4月作為清華大學(xué)引進(jìn)人才回國并被破格聘為副教授，2004年被破格聘為教授、2005年被聘為博士生導師，2008年作為教育部高級訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者在美國麻省理工學(xué)院從事科研工作。

　　跨學(xué)科領(lǐng)域的豐富科研經(jīng)歷和國際學(xué)術(shù)交流經(jīng)驗，使得他具有扎實(shí)的學(xué)識積累。長(cháng)期以來(lái)，周教授一直從事著(zhù)高電壓與絕緣技術(shù)、試驗技術(shù)、電介質(zhì)和電工新技術(shù)的研究工作，如局部放電機理與應用、電力系統電氣設備在線(xiàn)監測與診斷、電力變壓器、鈦酸鋇陶瓷電容器、聚乙烯電纜材料、高壓放電處理有害化學(xué)物質(zhì)和環(huán)保材料等環(huán)保應用，在電介質(zhì)空間電荷、材料絕緣老化特性研究方面具有獨到的見(jiàn)解和較高的理論水平。

　　他參加編寫(xiě)專(zhuān)著(zhù)《絕緣自及輸變電設備外絕緣》和“十五”國家級規劃教材《高電壓工程》，在國內外發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，入選“教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”，曾獲省部級科技進(jìn)步獎1項，中國電力科學(xué)研究院科技進(jìn)步獎3項，優(yōu)秀論文獎4項，申請發(fā)明專(zhuān)利3項已獲批2項……

　　2000年回國至今，在9年時(shí)間里，他取得了這些卓有成效的業(yè)績(jì)。是什么理念成就了他在清華的事業(yè)?他說(shuō)：“國外多年的留學(xué)生涯使我認識到只有國家強大了，才有個(gè)人的尊嚴;而祖國的發(fā)展離不開(kāi)大家的共同努力。作為科研人員，重視基礎研究，強化應用研究是為國增光的重要途徑!”

　　立足基礎研究，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步周遠翔教授非常重視基礎研究對于應用的深遠意義。也許，這正是他長(cháng)年從事科學(xué)研究的真實(shí)感悟。

　　訪(fǎng)問(wèn)MIT“基礎研究導致新知識的儲備，是技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展的先鋒。新技術(shù)、新工藝、新流程、新產(chǎn)品都是建立在新知識基礎上的，都必須從新知識的儲備中提取資本。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由基礎研究向應用研究或直接生產(chǎn)力的轉化的周期大大縮短了，基礎研究是技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展的先鋒，這一點(diǎn)比任何時(shí)候都更加確定。在這種意義上也許可以說(shuō)，基礎研究是現代社會(huì )發(fā)展的基礎。”

　　他認為，基礎研究即使在短期內可能很難見(jiàn)到明顯的效果或影響，但從長(cháng)遠考慮是必要的，而且是一個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎所在。所以，他的時(shí)間多數是在實(shí)驗室里度過(guò)，在他的時(shí)間觀(guān)念里，似乎并沒(méi)有假期�？纯此�在9年里所做的工作，便能清楚地證實(shí)這一點(diǎn)。

　　周遠翔教授負責“985工程”和“211工程”的高電壓與強電磁環(huán)境學(xué)科平臺規劃與建設，負責自然科學(xué)重點(diǎn)基金子課題1項和面上項目3項，博士點(diǎn)基金1項，作為主要承擔者曾參加“973”項目1項，曾承擔“十一五”國家科技支撐計劃及多項國家自然科學(xué)基金項目的研究工作，承擔各類(lèi)橫向課題二十余項，參與和負責的科研工作具有較高的研究水平。

　　在變壓器絕緣分析和故障診斷方面具有豐富的研究工作和現場(chǎng)成功經(jīng)驗，曾在現場(chǎng)多次成功檢測并定位了大型變壓器故障點(diǎn)并查明故障原因，尤其是在局部放電、色譜檢測與分析以及空間電荷、絕緣老化破壞等方面具有深入的研究經(jīng)驗和成熟的工程技術(shù)基礎，因此獲得相關(guān)專(zhuān)利和中國電力科學(xué)研究院科技進(jìn)步一等獎。

　　在新世紀優(yōu)秀人才支持計劃“場(chǎng)強下微觀(guān)形態(tài)對固體電介質(zhì)材料內部空間電荷特性的影響研究”中，他完成的“高場(chǎng)強下材料微觀(guān)形態(tài)對空間電荷特性的影響研究”，既有創(chuàng )造性的理論背景，又有工程上的實(shí)際價(jià)值。在研究過(guò)程中，對微觀(guān)形態(tài)和電介質(zhì)材料空間電荷特性進(jìn)行了深入探討，對于高場(chǎng)強下聚乙烯中的空間電荷包問(wèn)題、空間電荷與介質(zhì)老化破壞機理之間聯(lián)系的問(wèn)題等進(jìn)行了創(chuàng )新性的研究，還對聚丙烯、硅橡膠、油紙絕緣復合材料等電介質(zhì)材料的空間電荷現象和機理進(jìn)行了較深入的研究，有體系，有深度，對于電介質(zhì)材料研究有較大推動(dòng)作用，也為解決工程實(shí)際問(wèn)題提供了一定的理論依據。

　　在被評為“優(yōu)秀”的自然科學(xué)基金項目“基于等離子體技術(shù)和結構形態(tài)的過(guò)濾膜駐極體特性研究”中，他提出利用等離子體技術(shù)，結合材料改性技術(shù)，利用添加劑和熱處理的方法，改善聚烯烴的晶相分布，以改善材料中空間電荷和表面電荷的注入、駐留和積聚特性，獲取高電荷駐留量、高穩定性的高駐極特性過(guò)濾膜駐極體。該項研究是對等離子體應用技術(shù)的發(fā)展，為駐極體過(guò)濾膜高效率過(guò)濾口罩、空氣超凈化裝置的工業(yè)化生產(chǎn)提供依據，為空氣凈化與環(huán)境改善做出了積極貢獻。

　　目前，周教授還在從事“線(xiàn)路絕緣子飽和等值鹽密污耐受電壓及復合絕緣子老化性能研究”，這是清華大學(xué)從上世紀50年代就開(kāi)始的一項研究，歷經(jīng)清華幾代人的努力，有著(zhù)比較深厚的積淀，在周教授團隊的努力下，幾年中更有了突破性的成果。一個(gè)個(gè)課題是他青春的見(jiàn)證，一項項成果是他心血的凝結。能夠為國家電力事業(yè)的發(fā)展貢獻力量，他感到快樂(lè )。

　　對絕緣材料與技術(shù)發(fā)展的思考2007年，基于國家的戰略需求,國家自然科學(xué)基金委員會(huì )制定了電氣科學(xué)與工程“十一五”發(fā)展戰略規劃,由周遠翔教授主要執筆的《高電壓與絕緣》和《工程電介質(zhì)》兩部分內容中明確了絕緣材料與絕緣技術(shù)的五年規劃任務(wù)，從學(xué)科規劃和國家戰略需求的角度來(lái)闡述絕緣材料與技術(shù)今后發(fā)展的問(wèn)題,著(zhù)重強調了空間電荷、老化、聚乙烯、硅橡膠、油紙絕緣等關(guān)鍵材料的應用、研究與發(fā)展的前景。

　　對于這位以事業(yè)為生命的教授來(lái)說(shuō)，從來(lái)都沒(méi)有停止過(guò)對電氣絕緣研究的思考。他在自己的論文中介紹了現階段絕緣材料的現狀，提出了自己對其發(fā)展的新觀(guān)點(diǎn)，以及對于絕緣材料未來(lái)發(fā)展前景的思考。

　　內絕緣研究方向在我國超特高壓輸變電設備的發(fā)展當中,電纜工業(yè)相對比較落后。過(guò)分依賴(lài)進(jìn)口的局面不僅增加了輸電線(xiàn)路的成本,也導致了我國電纜工業(yè)落后,阻礙了超特高壓輸電技術(shù)在我國的發(fā)展。因此,從國家戰略高度出發(fā),由于缺乏材料基礎的支撐,我們面臨著(zhù)能源調配的巨大壓力,迫切需要我們自行研究電介質(zhì)材料,研究破壞機理,研究提高性能的方法,解決電氣設備生產(chǎn)的關(guān)鍵和基礎問(wèn)題。

　　硅橡膠由于具有彈性高、耐溫范圍廣等優(yōu)異性能,在電纜附件中得到了大量的使用,隨著(zhù)新型液體硅橡膠材料的進(jìn)步,各國開(kāi)發(fā)了硅橡膠應力錐預制式電纜附件。但進(jìn)口的硅橡膠電纜附件不僅價(jià)格十分昂貴,而且質(zhì)量也并不穩定,許多產(chǎn)品在僅運行1～2年后就發(fā)生了事故,對電力系統造成了極大的損失,究其原因主要是以往硅橡膠大多是作為外絕緣材料在合成絕緣子上大量使用,因此對其研究也多集中于硅橡膠的憎水性、耐大氣老化性能、耐漏電起痕性能等外絕緣特性方面,而未對其作為內絕緣材料的相關(guān)性能進(jìn)行足夠研究就在電纜附件中大使用,所以在運行后容易出現一些新的問(wèn)題。

　　對此,周教授提出有必要采用一些先進(jìn)的測試手段,如空間電荷、樹(shù)枝老化等,研究硅橡膠材料在使用過(guò)程中的破壞機理,針對硅橡膠預制式電纜附件在運行中出現的問(wèn)題,有目的、有方向地對材料進(jìn)行改性和提高,從而提高設備運行的可靠性和穩定性,滿(mǎn)足國家的戰略需求。

　　外絕緣研究方向在外絕緣領(lǐng)域研究及設計中,對電場(chǎng)及結構設計進(jìn)行優(yōu)化以及采用硅橡膠等新材料是解決污濕、覆冰等環(huán)境下外絕緣閃絡(luò )難題的發(fā)展方向,在尚無(wú)國外經(jīng)驗可借鑒的情況下,高海拔、覆冰、污穢環(huán)境中的外絕緣問(wèn)題是我國交直流超特高壓建設中必須認真解決的問(wèn)題。

　　周教授認為，電介質(zhì)特性的表征和認知程度取決于其測試技術(shù)。在探索電介質(zhì)測試技術(shù)新原理和新方法的同時(shí)，科學(xué)合理的電介質(zhì)特性的表征方法和體系的建立是評估電介質(zhì)特性、提高電介質(zhì)性能和開(kāi)發(fā)新型電介質(zhì)的重要依據。

　　空間電荷研究方向空間電荷研究在工程電介質(zhì)學(xué)科戰略中被定位于六大發(fā)展方向之一，是影響甚至制約核能、航天、航空、國防、超特高壓輸電、脈沖功率、電力電子、信息和生物技術(shù)等近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大科學(xué)前沿問(wèn)題。針對國家超特高壓直流輸電系統的需求，清華大學(xué)高電壓實(shí)驗室受?chē)�家自然科學(xué)重點(diǎn)基金支持開(kāi)展了以超、高壓直流復合絕緣子為背景的硅橡膠和玻璃鋼材料的空間電荷特性研究，同時(shí)受?chē)�家電網(wǎng)公司重點(diǎn)項目支持，正在開(kāi)展以超特高壓換流變?yōu)楸尘暗挠图埥^緣空間電荷特性研究。

　　樹(shù)枝老化研究方向根據學(xué)科研究體系和學(xué)科發(fā)展戰略需要，放電及絕緣擊穿、絕緣老化與診斷均被列入了高電壓與絕緣學(xué)科未來(lái)十年六大主要研究任務(wù)之一。電介質(zhì)的電擊穿與老化也被定為工程電介質(zhì)學(xué)科六大發(fā)展方向之一。樹(shù)枝老化作為電介質(zhì)放電、老化的一種主要形式，對絕緣材料的性能具有很大的危害，因此開(kāi)展樹(shù)枝老化破壞機理與壽命預測研究是當前急需解決的理論問(wèn)題。周教授的研究團隊受?chē)�家電網(wǎng)公司重大項目的支持正努力開(kāi)展硅橡膠材料的樹(shù)枝老化特性研究，我國創(chuàng )新絕緣材料護航電能輸送目前已取得初步進(jìn)展。

　　做好基礎研究的同時(shí)，周教授并沒(méi)有忽略到其具體應用。

　　“從應用上來(lái)說(shuō)，我們現在主要解決電力系統設備(如大型變壓器等)的問(wèn)題，國家現在一些特大工程里的變壓器面臨著(zhù)節能結構的設計，包括設計過(guò)程中會(huì )出現的一些故障，如何從材料的角度來(lái)研究并解決這個(gè)故障，這是我們目前主要的工作。”

　　居鬧市而心自寧，這份寧靜來(lái)自于心中有夢(mèng)。周遠翔教授的夢(mèng)想，就是在這項緊系社會(huì )生產(chǎn)和大眾生活的研究中，實(shí)現社會(huì )價(jià)值。他常說(shuō)，要實(shí)現社會(huì )價(jià)值必須要做出有益于社會(huì )的事情。而他的價(jià)值，不正是為護航祖國電能輸送而奉獻自我嗎?

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