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何金良: 为输电线“穿上防雷外套”

来源:科技日报 作者:史 诗 2017年03月06日 09:10
[导读] 

                                                                                              照片由何金良提供

他在国内最早提出采用线路避雷器来改善输电线路防雷性能,在国际上最早研制出110—500kV免维护的固体绝缘线路避雷器,为输电线路防雷提供了最为关键的设备。

大众眼中,科学家大多是不苟言笑、神秘严肃的,他们的生活大概也是单调无趣的……而眼前这位“抱怨”加班是为了躲避在家做饭、被同事戏称“活得像神仙”的何金良教授本尊,让“科学家”多了几分亲近感。

近日,清华大学电机系高电压与绝缘技术研究所所长何金良在葡萄牙艾斯特里托召开的第33届雷电防护国际会议上,获得2016年鲁道夫·海因里希·戈尔德奖,表彰其在电力系统雷电防护领域作出的杰出贡献。

特高压、三峡和青藏铁路等输变电工程,以及奥运场馆等10余项国家重大工程中,都蕴含着何金良的智慧。

坚持源于责任

何金良的幽默感与他的智慧和才华一样,隐藏在他的个性中。初冬北京一个周日的下午,清华园明德路边上的三层小红楼里,何金良正在办公室准备第二天要讲授的两门课的内容。本就不大的办公室堆满了专业书,何金良打趣地说:“我的专业书都在这里,家里放的是文学类的书。等我退休了,这些专业书我一本也不带回家,或许潜心写点小说。”

何金良最早接触到雷电防护是其在武汉水利电力学院本科学习期间。1988年,何金良本科毕业设计时跟着老师开展了全封闭变电站的雷电侵入波过电压的研究,算是踏进雷电防护研究这道门槛。

“刚开始能有什么兴趣?不过是有了一些感性认识、跟着老师学了点专业知识。但我觉得,既然选择这门科学,就有一份责任在,也就努力坚持下来了。长久以往,责任变成了一方坚守。”何金良告诉科技日报记者。

其实我们对雷电并不陌生。雷电是联合国公布的十大自然灾害之一,是自然界最具破坏性的力量之一。资料显示,地球上平均每天会发生大约800万次闪电。

在不断研究学习中,何金良了解到雷击是造成输电线路闪络的主要原因之一。在我国跳闸率较高地区,高压线路运行的总跳闸次数中,由雷击引起的次数约占40%—70%。何金良说:“如何有效地提高输电线路的防雷性能对电力系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。”

有这样一组触目惊心的数字。2008年南方电网110kV及以上输电线路共计跳闸2599次,其中雷击跳闸1588次,占总跳闸数的61.1%;2012年8月11日,南方电网发生交流单相跳闸,最终导致五回直流系统换相失败的严重事故,广东地区瞬时负荷损失近一半。“雷电的强破坏能力,造成了雷电防护的难度,而雷击的随机性则使科学家难以有效、系统地进行研究。”何金良说。

技术难题逐个击破

“输变电系统的接地系统是雷电防护的基本措施,它提供了雷击时雷电流的泄流通道。接地系统的畅通性直接决定了防雷性能的好坏,也是雷击及电力系统故障时人身和设备安全的基本保证。”何金良说。

然而,很长一段时间,输变电系统的接地问题不被重视,因此存在巨大事故隐患。随着研究的逐渐深入,何金良意识到雷电流流过时接地系统的电磁暂态特性、降低暂态接地电阻是确保接地系统“畅通”的关键。

可接地系统的雷电冲击特性还没有被充分了解,更别提分析和计算了。

如何从地表测量获得地下土壤的结构模型?如何在实际复杂土壤结构模型下计算接地系统的电磁暂态特性?这些都是解决接地系统问题的关键。

在经过大量研究和实践的基础上,何金良在接地系统数值分析理论方面,提出了从地表电阻率测量结果反演任意分层土壤参数的计算方法,实现了任意层状/块状媒质中接地系统电磁暂态特性的快速、精确计算。他和他的研究团队还开发了自主知识产权的接 地分析软件包,已被国内外近百家单位广为应用。

过去人们很难“看到”雷电流作用时接地装置周围土壤中的放电图像,于是何金良采用X光成像技术,在国际上首次获得了土壤中清晰的雷电放电图像,揭示了土壤介观雷电冲击放电机理,获得了接地装置雷电冲击特性。

何金良说,“如何准确预测雷击输变电系统引起的故障率,是雷电防护的另一项关键技术。”他在国内率先开展的考虑雷电动态发展过程的雷击分析方法,目前已写成国际大电网会议的技术导则,在全世界推广应用。

实现避雷产品零的突破

有技术还得有产品,技术的价值才得以最大化。当时还在清华大学读博士的何金良认识到这一点,便开始从事先进避雷器技术的研究。

避雷器是电力系统最为重要的雷电防护装备,整个电力系统的电气安全是建立在避雷器的保护基础上。但何金良发现,过去的瓷套避雷器存在内部容易受潮及发生爆炸的缺陷。

于是,他参与国家重大科技攻关项目,在国际上最早研制出安全型的全固体绝缘的110-500kV复合外套避雷器,从结构上消除了避雷器内部受潮的可能性,开创了氧化锌避雷器应用的新领域。

何金良还在国内最早提出采用线路避雷器来改善输电线路防雷性能,在国际上最早研制出110-500kV免维护的固体绝缘线路避雷器,为输电线路防雷提供了最为关键的设备。

为了提供避雷器的保护特性,在国家杰出青年基金和国家科技支撑计划课题的资助下,何金良突破技术瓶颈研制出高非线性及高能量吸收能力的新一代金属氧化物压敏电阻,将其电位梯度从200V/mm提高到492V/mm,达国际领先水平。

研究领域也“跨界”

何金良自称很欣赏“斯坦福”的研究模式,绝不做无关痛痒的研究。“或许正在研究的是看似无用的、很基础的内容,但其成果却可能会带动未来某种产业的跳跃式发展。”何金良说。

2012年,在深入思考电网未来发展的基础上,何金良毅然决然进入自己完全不熟悉的研究领域,开展直流电缆和直流输电管道的研究。

究其原因,何金良说:“电网承担着为社会发展提供坚强电力保障的使命,而电力线路是电能输送的载体,是电网的基础。”

我国电力需求快速增长,而风电、水电等资源所处的地理位置远离负荷中心,电力输送通道问题是制约我国电力发展的重大问题之一。“解决我国电能输送通道面临的问题,必须发展具有输送容量大、损耗低、环境影响小、可埋入地下等优点的直流电缆和管道输电。直流电缆和管道输电技术的推广,将解决电力与自然环境、电力与城市化之间的矛盾。”何金良说。

2013年底,作为首席科学家的何金良获批“973”计划项目《大容量直流电缆输电和管道输电关键基础研究》,带领8个单位的30名科学家开展协同创新研究,重点解决多场耦合作用下介质空间及界面电荷的产生、输运、积累及消散过程,绝缘介质多性能协同调控的理论及方法两方面重大科学问题。

“通过研究,实现绿色环保、可回收的非交联纳米复合聚烯烃类电缆绝缘材料体系和替代具有温室效应的SF6气体的管道输电混合绝缘气体体系,形成500kV高压直流电缆和直流输电管道原型。”何金良说。

“比别人先走半步”;每天工作16小时。三十多年前,这个叫何金良的年轻人就是这样坚持下来的,在快乐中研究,在研究中获得快乐。如今,他的学生也多次荣获国际奖项,成为所在领域佼佼者的大有人在。谈到这儿,何金良又笑开了花。

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[责任编辑:xiangzheng]
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