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陆佳政:把论文写在祖国大地上

发布日期:2022-01-21 16:48   来源:未知   阅读:

  已经过了近17年,陆佳政还会回想起他见识“冰的威力”的那个下午:百花坳冰雪茫茫,输电线路上挂着密密麻麻的冰凌,钢筋铁塔有的倾斜扭曲,有的匍匐在地……那是2005年2月16日,湖南经受一场寒潮冻雨,电网受损,断线岁的陆佳政是国网湖南省电力公司的一名科研骨干,研究重心在发、输、变电设备的状态监测与检修技术上。没承想,一场冰灾让他开始了半生的“破冰之旅”。尔后,因为2010年的一场山火,他又投身到防山火的事业。

  2022年1月份,北京,中国电科院院士、国网湖南电力防灾减灾中心主任、国家电网有限公司输变电设备防冰减灾技术实验室主任、电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室主任陆佳政向记者回忆起自己开展技术融冰和电网防山火的故事……

  在攻克直流融冰技术的同时,陆佳政团队还在覆冰预测及监测领域取得重大突破。如今,电网已经能够从容面对“冰魔”,有冰也能无灾。

  2005年湖南的局部冰灾为电网人敲响了警钟:开展覆冰监测及融冰技术研究,是道必答题。

  从冰灾现场回到单位后,陆佳政出于科研工作者的本能,翻阅了大量资料。一篇关于1998年加拿大使用直流融冰装置的报道引起了他的注意。他仔细研究后发现,该装置造价高达2亿元、占地近20亩,相当于建设一座变电站。“太贵了,也太大了,大规模推广不切实际。”陆佳政说,“为什么不研制更实用的融冰装置?”2006年,陆佳政团队完成了直流融冰的理论分析和装置设计,第二年完成模拟仿真计算和导线年年初研制出一台直流融冰样机。

  考验随即而来。一场大范围、长时间的雨雪冰冻天气猛烈袭击中国南方,跳闸、倒塔、停电……湖南电网首当其冲。据监测,电网覆冰在夜间以每小时1毫米的速度“疯长”。经过3天运输,这台直流融冰装置在当年2月11日被运到位于娄底的110千伏冷矿线开展融冰试验。第一次合闸时,装置运行不久就剧烈震动,冷却风扇脱落,停机保护开启。陆佳政的心情瞬间跌落谷底。冷静下来后,他仔细检查,发现冷却风扇的固定螺丝没有使用弹簧垫圈。“硬碰硬,没有一点缓冲余地,不震动才怪!”他说。加装完弹簧垫圈,装置顺利开始融冰。20分钟后,观测哨传来导线覆冰开始融化脱落的报告。这成为我国首台投入到实际融冰的直流融冰装置。

  在2008年湖南冰灾中,这唯一的一台装置虽然作用有限,但表现不俗。“过去,一条线天才能完成的任务,使用直流融冰装置后只需4个人用2个小时就可以完成,不再需要人工敲冰。”时任娄底电业局总工程师的曾建平说。大家意识到:科技抗冰刻不容缓,直流融冰大有可为。

  “当年,国家电网公司电网冰灾预测、冰情监测、交直流融冰和绝缘子防冰闪等5项关键课题研究都由我们承担。”陆佳政回忆道,“年内都要出成果,说没压力,那不可能。”

  开展关键课题研究时,陆佳政首先遇到的难题就是传统的SVC型直流融冰装置三相晶闸管整流谐波高,易引起谐振造成避雷器等炸毁,需加装庞大的滤波器。陆佳政团队先后进行了10余种拓扑方案的论证,提出了新型整流变压器消除谐波、二极管整流减少发热的关键技术路线年,他们掌握了多档位多绕组谐波抵消直流融冰方法,采用谐波内部反相自动抵消的方式,无需滤波装置,就将谐波含量从30%降低至5%以下,装置占地面积减少60%、造价成本降低70%。

  在此基础上,陆佳政团队研制出3个系列9种型号直流融冰装置,涵盖10千伏到1000千伏各个电压等级,1小时可快速加热融化数百千米线年,陆佳政领衔的“电网大范围冰冻灾害预防与治理关键技术及成套装备”项目获得2013年度国家科学技术进步奖一等奖。2017年,陆佳政带队取得的“一种集约型直流融冰装置拓扑结构”发明专利获得第十九届中国专利金奖。

  灾害防治首先要靠预测。“我们平时看的天气预报是基于中尺度的预测,比如10千米的空间网格,但对于我们输电线路来说这个尺度就大了。”陆佳政举例说,输电线路常常跨越高山、峡谷等地形,往往山下晴天、山上大雪,百米内外环境迥异,电网覆冰预测必须要做微地形。

  没有现成的关系因子,陆佳政团队就一项项查找资料。根据过去60年间湖南的覆冰资料,他们绘制了上万张太阳黑子、亚洲极涡、副热带高压、电网地形等因子与覆冰的关系图。没有实测数据,他们就一套一套地安装观测装置自己采集。

  陆佳政团队通过对比多年观测、试验的数据,揭示了线路覆冰与线路电流、线路走向、冻雨、风向等参数的相互耦合规律,创建了地形抬升、垭口风增大、高山分水岭、峡谷风道、水体凝结5种典型的电网微地形覆冰模型,解决了覆冰预测问题,并研制出我国首套电网覆冰预测系统。“比对国家电网经营区省级电力公司10年间线路应用这套系统的数据,我们发现这套系统提前3天电网覆冰预测准确率达98.2%。”陆佳政说,2020年11月15日,他们准确预测了当月17~20日吉林等地的覆冰,并派出融冰支援小组千里驰援吉林。

  在盛夏时节,陆佳政和团队成员穿着棉袄反复进出人工气候室开展覆冰试验,在“冰窟”与“火炉”间穿梭。后来,一次契机,陆佳政开始接触“火热”的事业:电网防山火。

  那是2010年的春节,陆佳政和妻儿从长沙回重庆探亲,正吃着午饭,同事打来电话说:“今天发生了山火,220千伏线路跳了几条,赶紧回来看看吧!”陆佳政赶忙订了最近班次的飞机,当天18时回到了长沙。那时陆佳政的主攻方向和“火”八竿子打不着。

  近年来,我国年均发生7万多起山火,对电网线路特别是特高压线路危害很大。陆佳政作为防灾减灾领域的专家,责无旁贷地接过了电网防山火技术攻关的接力棒。

  陆佳政的思路很明确:一定要先做预测。如果能提前预判火灾趋势,就近部署灭火车,可以事半功倍。

  利用全国1995~2009年的山火数据,陆佳政团队开始建模分析,最开始按照省份划分网格,然后不断缩小。“经过反复试验,我们发现60千米×60千米的网格是具有统计学意义的尺度。一方面,网格内山火密度趋于稳定。另一方面,一个网格里布局一台消防车,到网格边缘的距离只用半个小时车程,灭火救援是比较合理的。”陆佳政介绍道。

  建立模型的过程并非一帆风顺。“最开始靠摸索,对数据的认识也没那么全面。”陆佳政说,一次“乌龙事件”让他终生难忘。那是2011年,团队已经初步建立了预测模型,但有一处位于四川的点位天天告警起火。什么地方会天天起火呢?这一反常现象引起了陆佳政的注意,并将该点位的经纬度数据发给国网四川省电力公司协助核实。原来,那处天天“着火”的点位是攀枝花钢铁公司,监测系统将高炉的烟囱识别为着火。

  这次“乌龙”让陆佳政团队意识到,对历史照片进行点位标记时,机器识别存在一定误差。那有没有消除误差的方法?陆佳政想到了叠加“植被”“降水”等因子来排除干扰。亚信推出最新AxRobotEtherCAT2012年,覆盖全国范围的山火预警系统研制成功,准确率达92%,目前已累计监测到电网山火热点2.8万多处,发布2500余基铁塔的告警信息。

  山火预警之外,不停电灭火也是公认的世界性难题。“你看,世界上所有的消防安全准则都有一条:先停电,再灭火。”陆佳政解释道,但对电网来说,停电灭火就已经造成了停电,“所以,不停电灭火是必须攻克的难题。”停电灭火的国际惯例,源于水导电的特性。

  一天168手机报码现场直播陆佳政突然想到:如果将水雾化后,水分子之间形成了间隙,是不是就可以实现绝缘?说干就干,陆佳政一头钻进了实验室,通过电场作用将水雾极化,雾径越来越小,击穿电压测试仪上的数值也越来越大,当陆佳政将雾径减小至400微米时,以水雾作为介质的电极之间的间隙发生击穿时的电压,比以空气作为介质的击穿电压还高。“当时我以为做错了,水雾绝缘度怎么会比干燥空气的绝缘度还高?”陆佳政反复试验了十余次,又喊来团队其他成员试验,才确认了试验结论。后来,他们又从机理上分析了细水雾带电灭火的科学性。

  经过陆佳政团队的研发,2014年,首套线路山火不停电装置投运。截至目前,已有135套装置在全国多个省份应用,累计不停电带电扑灭线起。陆佳政团队还自主研发出高效防复燃灭火剂。2019年,陆佳政主持的“电网大范围山火灾害带电防治关键技术”成果获2018年度国家技术发明二等奖。

  小小的阳台和奇伟的大山都是陆佳政的“实验室”。在这些“实验室”里,他融过冰雪、灭过山火,攻克了防灾减灾技术难题,用行动诠释了创新无止境的职业追求。

  在长沙龙华路,电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室门前,“创新降冰魔,温暖满人间”10个字十分醒目。这里已经发展成为占地200亩、拥有3个实验室、建设了800万亿次超算中心和大型人工气候室等的国家重点实验室。

  1995年,陆佳政从华中科技大学博士毕业,入职当时的湖南电力试验研究所,成为国网湖南电力引进的第一位博士。“最初实验室条件不好,基本都是格子间,场地不够。”陆佳政说,家里7平方米的阳台就成为他长待的“实验室”。

  当时,他全身心投入到状态监测技术的攻关中,焊接测试电路板,反复改写源代码,为电子元件选型……失败了一次又一次,可陆佳政从中获取了大量第一手资料,积累了丰富的软、硬件开发经验。陆佳政反复跟记者说:“科技创新要敢为人先,但不要急于求成,也不要急于否定,试一试,没有白走的路。”那些“在阳台上做成的试验”就是最好的例证。

  陆佳政特别的“实验室”还有很多。2008年,陆佳政团队攻坚直流融冰技术时,单位的人工气候实验室还没建起来。于是,他们租下了长沙南湖路菜市场的一座冷库。“冷库以前是放冻肉的,刚进去时还一股子肉味,说实话不具备试验条件。”陆佳政回忆,当时他们做防冰试验的思路比较发散,比如有人提出研制不结冰的材料为线路穿上“保暖外衣”,有人就想到用不沾水的荷叶作为试验材料。于是,他们买了近千张荷叶片。然而在零下10摄氏度下,荷叶被冻得硬邦邦的。“这次试验之后,我们放弃了其他思路,全力攻坚直流融冰。”

  “科技创新离不开体制机制支撑。”陆佳政说,有底气,才敢放手干。在做覆冰预测模型时,陆佳政团队把分析尺度精度从3千米细致到30米,由此捕捉的数据计算量相当于一般天气预报尺度的100万倍。“2015年,国家电网公司大力支持,为我们建设了一台800万亿次算力的超级计算机,解决了研究中的计算难题。”陆佳政说。

  在电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室博士后陈宝辉眼中,陆佳政既严格又宽容,宽容是鼓励放手干,严格是对试验精益求精。“他常常告诉我们,创新要敢为先,要敢于试,方法既要突破常规,又要符合科学原理。”在水雾带电灭火技术研究中,陆佳政开展了数千次试验,详细分析试验数据,终于弄清楚了水雾提升空气间隙绝缘性的机理。

  其实,陆佳政最大的“实验室”在山里。壶瓶山、雪峰山、天堂山……陆佳政爬过的山数不胜数,见过许多“世之奇伟”。在这些山上,他融过冰雪、灭过山火,攻克了防灾减灾技术难题,把论文写在祖国大地上,用行动诠释了创新无止境的职业追求。(国网湖南电力供图)