自主創新引領電氣裝備“中國制造”
http://m.wdstygs.cn2026年03月11日 10:02教育裝備網
由西安交通大學聯合相關單位研制的百萬千瓦發電機用210千安大容量斷路器,順利通過我國電氣設備專業檢測機構的試驗考核與新產品技術鑒定,標志著國際首臺該規格大容量斷路器正式研制成功。這一成果打破了該領域的國外壟斷,實現了我國在大容量發電機主力機組用斷路器技術領域的跨越式發展,并擁有了自主知識產權。
“這套裝置是名副其實的‘大國重器’,能夠為我國大型核電、水電建設發展保駕護航。”研發團隊的校方負責人、西安交通大學學術委員會副主任、電氣工程學院教授榮命哲語氣中滿是自豪。多年來,他帶領團隊創辦了西安交通大學首個實體化運行的產教深度融合研究院,通過產學研用一體貫通,在電力開關裝備設計方法、開斷技術和智能運維領域取得了一系列國家級創新成果,讓科研成果真正走出實驗室、服務國家戰略需求。
1 打破技術壁壘——握緊電力系統的“安全閥”
近年來,新增的核電、水電、火電等主力機組的單機容量均在百萬千瓦以上,而長期以來,百萬千瓦級大容量發電機斷路器的核心技術被少數跨國公司壟斷,這成為制約我國電力發展的“卡脖子”難題。
“一定要把電力系統的‘安全閥’牢牢掌握在自己手里�!�20多年來,榮命哲帶領團隊專注干一件事:研究電力開關裝備。
1990年自西安交大博士畢業留校后,榮命哲先后構建了電弧電接觸表面動力學、直流開斷技術基礎、開關電器計算學三大理論體系,首創電流主動調控交流開斷、電弧能量驅動直流開斷兩大新原理,建立電力開關裝備仿真設計新方法,持續引領行業技術創新方向。
2005年,榮命哲得知直流開斷技術對我國大型艦船某系統升級至關重要,迅速組建團隊攻堅�!爱敃r國際高壓直流開斷技術幾乎是一片空白�!�2006年加入團隊的吳翊回憶。歷經多年攻關,團隊于2012年攻克艦船直流開斷技術,研制出當時世界開斷容量最高的直流斷路器,不僅滿足了國家重大工程急需,還成功應用于城市地鐵電氣系統,打破了城市地鐵電氣系統國產化的最后一道壁壘。
2015年至今,團隊依托深厚基礎研究積累,揭示電弧零區及弧后等離子體耦合機理,研發了一系列新能源并網開關裝備,既滿足了國家重大工程需求,還出口至西班牙、俄羅斯等27個國家和地區,僅2023年就服務了全球586個風電光伏項目。
為筑牢研發根基,2019年起,榮命哲帶領團隊將多年科研結余經費投入大容量電力開斷技術實驗平臺建設中,建成了國際高校中實驗能力最強的電力開關研究平臺�!半娏﹂_關是輸配電領域唯一的‘動裝備’,技術極其復雜,又是電力系統安全運行的最后一道防線,核心技術必須自主可控�!睒s命哲堅定地說,“只要國家需要,我們就全力以赴!”
2024年,團隊迎來里程碑式突破:自主研發的“ZHN□-31.5/210kA環保型發電機快速斷路器成套裝置”通過國家高壓電器質檢中心全套試驗驗證。該成果經中國機械工業聯合會鑒定,被評價為“國際領先水平”。其故障切除時間小于40ms,完全滿足核電、水電主力機組參數要求,標志著我國電力裝備自主化邁出關鍵一步,突破了我國核電水電發展的“卡脖子”瓶頸。
2 建立數據庫——從“經驗設計”邁向“數字化精準設計”
長期以來,開關電器的設計主要依賴工程師的經驗和“試錯”型經驗積累,缺乏系統基礎數據支撐,不僅效率低、周期長,更制約技術創新。
榮命哲團隊深知,實現突破必須從基礎理論入手,掌握開關電弧、等離子體物理等核心規律。2015年,榮命哲創立了開關電器計算學理論方法體系,通過建立多組分電弧等離子體反應動力學理論,構建了國內首個放電等離子體基礎數據庫,涵蓋了54種介質組分和17類基礎數據,為開關電弧等離子體、焊接電弧等離子體等領域提供數據支持。數據庫以網站形式對外集中開放、免費共享,為平高集團成套開關電器、華為通信基站供電繼電器等供電設備的仿真與設計提供了關鍵支撐。
基于該數據庫,團隊還開發了開關電弧數字化仿真設計軟件,成功應用于中船重工、華為等多家企業,推動了電力開關裝備從“經驗設計”邁向“數字化精準設計”。“通俗來說,就是摸透了電弧的‘脾氣秉性’,用科學的方法精準駕馭,讓開關電器的設計從‘憑感覺、靠經驗’變成‘精準計算、高效設計’�!睒s命哲解釋。截至目前,該數據庫的相關數據已被25個國家的270多家科研單位采用。
為推動科技成果創新與轉化,加強與產業界的合作,團隊聯合西安高壓電器研究院股份有限公司、中國電工技術學會等單位,發起并主辦電力裝備絕緣與放電計算學國際研討會(IDCOMPU),既為科研交流搭建了國際平臺,也為人才培養和團隊建設奠定了堅實基礎。
3 培育領軍人才——在工程實踐中淬煉“硬核”本領
“好產品都是用出來的�!痹跇s命哲看來,科研成果絕不能困在實驗室,必須扎根工程現場,在實際應用中迭代升級;人才培養更要立足實踐,直面真問題、解決真難題。
2013年,平高集團—西安交大電力裝備聯合技術研究院成立,成為西安交大首個實體化運行的產教深度融合研究院�!把芯吭鹤猿闪⒁詠恚瑸槠礁唠姎馀囵B了近百名在職研究生和博士生,企業駐校聯合研發團隊也從最初的5人發展到如今的近50人�!逼礁呒瘓F高級工程師、該研究院企業導師趙曉民介紹,在一個10千伏中壓直流負荷開關項目中,榮命哲帶著學生扎根一線,僅一年就研制出當時市場上完全空白的產品,當年實現近40臺產品上線應用。
2015年,平高集團與西安交大合作研發126kV無氟環保型GIS。歷時5年多,團隊先后攻克多項關鍵技術和難題,開展大量理論和實驗研究,累計申請發明專利16項,發表論文20余篇,最終成功開發出真正意義上的“綠色”環保GIS設備。該設備不僅在國家重點工程中實現示范應用,更為我國履行國際公約、占領環保型GIS技術國際制高點提供了有力支撐。
經過近20年的發展,榮命哲團隊匯聚了多名國家級人才、國家級青年人才和年輕學術骨干。2008年大三加入團隊的楊愛軍,如今也成為電氣工程學院教授、國家級青年人才。他坦言:“榮老師‘領進門’的方式,就是帶著我們執著探索、腳踏實地解決真問題,這些經歷為我的科研道路打下了堅實基礎�!�
孫昊在讀研期間,在榮命哲的推薦下赴日本金澤大學學習開關電弧相關理論,后來成長為一名年輕教授。“那段留學經歷讓我的學術視野、專業知識和職業規劃都實現了質的飛躍。”孫昊說,他現在帶學生的理念和榮命哲一脈相承,“小到螺絲怎么擰,大到裝備成套,都要深入實際工程去‘找感覺’”。如今,孫昊已成為科技部國家重點研發計劃“青年科學家”項目負責人。
“學生必須到有‘槍炮聲’的地方,面對真實的挑戰和問題�!睒s命哲常叮囑學生,“要心中有情懷,眼里有大愛,肩上有責任,手握真本領。”
2006年以來,榮命哲團隊先后攻克了新能源城市直流電網、核電水電發電機斷路器技術以及電力開關裝備數字化設計等瓶頸問題,為先進電力裝備“中國制造”與新型電力系統建設作出了突出貢獻。團隊先后榮獲國家技術發明獎二等獎1項、國家科技進步獎二等獎3項。
“基礎研究和原始創新要‘頂天’,應用研究和轉移轉化要‘立地’�!睒s命哲表示,讓電氣裝備走出實驗室、成為“大國重器”,是西安交大人的使命,也是科研工作者“把論文寫在祖國大地上”的生動實踐,更是對西遷精神最深刻的傳承。
責任編輯:董曉娟
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