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    创新周刊|蒋兴良:让冰雪与高压绝缘的“科研狂”
    来源:重庆日报
    时间:2019-11-19 08:20:36 | 记者: 记者 廖雪梅 摄影 龙帆 | 编辑:柏云辉

      在不少人眼中,覆冰积雪是美丽的自然现象。晶莹剔透的冰凌、雪花,镶嵌在草木、山石之上,像摇曳的风铃、悬挂的钟乳石、巨大的芭蕉扇……走进它们,如同走进一个童话般的梦幻世界。

      但是,对输电线路、风力发电叶片、飞机机翼、高铁轨道与机车而言,覆冰积雪却是一种自然灾害,可能会带来严重的后果。

      据统计,每年我国南方高湿地区因覆冰导致的电网故障可达数千次。不仅如此,覆冰还导致风力发电机每年损失发电量超过15%。在航空器灾难事故中,有15%的事故由覆冰引起。

      面对覆冰这个极具挑战性的世界级科研难题,重庆大学电气工程学院教授蒋兴良在高海拔覆冰极端环境下持续研究电网安全与保障30多年。在研究防冰除冰“黑科技”过程中,蒋兴良和他的团队创造性地提出了数十种防冰除冰方法。其中,电网非干预智能融冰、风电超疏水性涂层防冰、机翼微功耗电脉冲除冰和铁轨方波脉冲破冰等一系列具有自主知识产权的防冰除冰技术处于国际领先水平,有望从根本上解决我国电网除冰装置笨重、易中断供电、成本昂贵和操作复杂等制约智能电网发展的难题。

      人物名片


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      蒋兴良

      蒋兴良,重庆大学电气工程学院教授,“重庆市雪峰山能源装备安全野外科学观测研究站”负责人,“输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室”副主任(兼任)。从事高电压绝缘技术、气体放电以及输电线路覆冰防护工作30多年,先后完成西电东送、三峡工程、青藏铁路、特高压等50余项重大科研项目。建立世界首个能源装备野外自然覆冰试验基地,其研究成果曾获2013年度国家科技进步一等奖。2017年荣获全国首届创新争先奖及国际覆冰领域最高荣誉奖。

      创新感悟

      任何科学都是一砖一瓦、一个一个数据与观测现象积累起来的。

      科研没有止境,只有无尽的探索。

      结缘高电压专业

      1985年,蒋兴良考上了重庆大学硕士研究生,被调剂到高电压工程技术专业,在顾乐观教授门下学习。

      也就是那年,顾乐观教授获得国家自然科学基金“绝缘子覆冰闪络特性”项目,蒋兴良从此开启用冰雪书写人生的历程。

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      ▲深夜,团队成员正在记录导体覆冰厚度。

      攻读研究生期间,蒋兴良参与了导师顾乐观和当时还是重庆大学讲师的中国工程院院士孙才新团队的研究工作。

      1986年,孙才新受命组建实验室,专门研究不同气候条件下对输电线路的影响。这个实验室就是如今重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室的前身。

      没有设备,经费又少。孙才新叫上蒋兴良,用板车从电力公司拉回一车又一车废弃的高压设备、调压器,然后自己修理组装。

      经过几个月的努力,实验室搭建起来了。蒋兴良兴奋地开始了研究工作。

      “我是唯一一个敢和孙才新老师‘顶嘴’的学生。”蒋兴良算了算,跟随孙才新老师的20多年里,师生二人大大小小“吵了几十次架”。每次“吵架”几乎都是为某种实验方法争得面红耳赤。“吵架”结束后,两人又一起坐在实验室的角落里抽烟,一起总结实验中的得失。

      在重庆大学学习期间,蒋兴良每年有一半时间在人工气候室做试验,在完成硕士研究生论文的同时,他也在覆冰试验方法和覆冰绝缘子特性上取得了开拓性进展和创新性成果。

      毕业时,顾乐观推荐蒋兴良到电力工业部武汉高压研究所(以下简称武高所)工作。蒋兴良作为五位主研人之一参与了武高所承担的国家“七五”重大装备攻关“重冰区输电线路覆冰及其防护”项目研究。

      为了完成这个项目研究,1989年至1992年的4个冬季,蒋兴良都守在海拔2200米的贵州六盘水野外试验站做试验,他和同事们试验、研究了几十种防冰除冰的方法,提出了低居里磁热线除冰防冰的技术措施,这项成果获得了电力工业部和北京市科技进步奖二等奖。

      后来,因科研课题少、开展研究艰难,蒋兴良萌生了“跳槽”的想法。

      2001年,当湖南大学、山东大学向他发出邀请之际,恩师顾乐观病重,蒋兴良闻讯连夜赶回了重庆。病榻旁,一生致力于高电压与绝缘技术研究的顾乐观嘱咐蒋兴良:“我希望你回来,继续发展恶劣环境电气外绝缘研究。”

      经过短暂的思考后,蒋兴良决定回到重庆大学工作。

      挑战生命禁区

      蒋兴良回到重庆大学工作后不久,正在建设中的青藏铁路因为铁路供电工程外绝缘和隧道电气间隙的设计遇到“瓶颈”,建设团队向具有相关研究经验和拥有可模拟高海拔环境人工气候室的重庆大学求助。

      为获取第一手数据资料,2003年,蒋兴良带领团队前往青藏铁路沿线,在海拔2800米至5100米的格尔木、昆仑山口、风火山、拉萨等青藏高原的生命禁区开展长期科学试验。

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      ▲蒋兴良教授带领团队成员勘查基地周边情况。

      在风火山的科研经历,蒋兴良至今记忆犹新。风火山海拔5050米,气候条件极端恶劣。白天有太阳时,气温可飙升至40℃。一旦变天,暴风雪来临,温度在短时间内可以降至零下十几摄氏度。

      在缺氧度高达60%的风火山,师生们白天在高温和风雨雷电的交替中做试验,用喷灯和高压锅煮方便面填饱肚子;夜晚,则在狼嚎和狂风吼叫中蜷缩在工具车上打盹。

      因为担心产生依赖性,蒋兴良不肯吸氧。“晚上一躺下就感觉喉咙仿佛被紧紧勒住。试验做了十几天,我坐着睡了十几夜。”

      9个多月的青藏高原之行收获颇丰。蒋兴良团队不仅在人工气候室系统研究了高海拔大气条件对青藏铁路供电工程电气绝缘和隧道间隙的影响,还通过青藏铁路野外现场科学试验研究,获得了海拔5000米以上地区世界唯一的电气外绝缘特性真实试验数据。

      蒋兴良及其团队的“恶劣环境中电气外绝缘放电特性及其在电网中的工程应用”研究成果获得了2009年度国家科技进步二等奖。

      兼做民工与教授

      如果不是2008年南方发生的大面积冰灾,可能没有多少人会意识到蒋兴良从事的电网覆冰研究的重要性。

      国际上对电网覆冰的研究始于1932年,但因覆冰是一个随机性极强、影响因素复杂、环境极为恶劣、研究非常困难的自然现象,迄今为止冰灾防御仍是需要解决的重大国际难题。

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      ▲团队成员正在记录输电线路导线覆冰厚度。

      “2008年初南方发生严重低温雨雪冰冻灾害,湖南、贵州、江西、浙江、福建等10多个省市电网大面积停电、限电,全国1亿多人受到影响,直接损失超过1000亿元。”蒋兴良说,当时,全国只有他的团队在研究覆冰。那年春节,他忍着腰腿的病痛,拄着拐杖实地考察了重庆、湖南、贵州等10个省(直辖市)的冰灾严重现场,提出了解决方案。

      作为我国电网覆冰与防御的拓荒者,蒋兴良敏锐地意识到,南方冰灾暴露出我国人工气候室研究不全面、防冰除冰方法针对性不强等问题。要想解决野外自然环境电网覆冰及其防御问题并取得突破,必须在野外自然环境中进行零距离研究,建立野外覆冰试验基地,获得真实的原始数据。

      试验基地建在哪里?蒋兴良团队跑遍了全国覆冰较为严重的17个省(市),最终将目光锁定在了湖南雪峰山。

      这座海拔1500米的山峰全年雨雾天气超过200天,雷暴天气超过80天。气象部门都无法预报这里“微地形小气候”的覆冰现象。在蒋兴良看来,这正是开展野外自然覆冰科学观测、试验研究的理想场地。

      没有专项经费,蒋兴良就积极寻求地方政府、企业支持,采取“产、学、研、用”的模式与企业合作建设基地。

      2008年7月,蒋兴良发动青年教师和研究生投身基地建设,他和他的团队自行设计,自己开挖土石,平整试验场地。5个月后,世界首个自然(覆冰)试验基地的基本试验构架和活动板房建设完成。

      身高1米63的蒋兴良,脸庞黑瘦,背微驼,稍不留意就会被湮没在人群中。在雪峰山基地建设过程中,蒋兴良“民工教授”的实干精神展现无遗。

      2009年,基地准备修一座砖瓦房。由于条件艰苦,加之与附近村民不熟,请来的民工不愿下大力气,石头破不开。蒋兴良二话没说抢过重重的磅锤,使出浑身力气砸开石头,民工便不好意思再找借口了。

      “那几年,所有教授、博士、学生,在山上都成了工人。我们削平了一座山包,填平了山口的凹凼。做试验的空坝,也是我们一担土一担土填起来的。”蒋兴良说。

      经过10余年的“边筹集经费、边建设、边试验、边完善”,蒋兴良团队建成了世界上第一个“独具特色、不可替代”的能源装备自然覆冰试验基地,这个基地于2018年10月被批准为“重庆市雪峰山能源装备安全野外科学观测研究站”。

      11年的基地建设与野外观测研究,蒋兴良有9个春节是在山上度过的。通过这个试验基地的长期科学观测研究,他和他的团队揭示了电网覆冰形成及其导致灾害的机制,发现了输电线路电流覆冰融冰的规律,研发出全世界首套电网覆冰预报预警系统,提出了电流融冰防冰方法,研制出大电流融冰的装置,牵头制定了8项行业标准与6项国家标准,研究成果在全国电网大规模推广应用,抑制了电网大面积冰冻雨雪灾害再次发生。

      挑战科研新领域

      蒋兴良团队多年的覆冰观察和研究,使得雪峰山野外实验基地成为我国高压电网输电研究领域的靓丽名片。

      美、英、加、日、俄等20多个国家的覆冰领域专家先后来到试验基地考察、合作观测研究。加拿大魁北克大学与麦吉尔大学、瑞典输电研究院、加拿大挪威北极大学、英国曼切斯特大学等主动寻求机会与蒋兴良团队合作研究、技术共享、联合培养人才。

      2011年,第14届结构物大气覆冰国际会议在重庆大学举办,蒋兴良担任本届大会的执行主席,这是该项会议参会人数最多、参会论文最多的一次。

      近年来,在电网覆冰及其防御研究的基础上,蒋兴良团队把雪峰山试验基地的研究内容拓展到风力发电机、铁路、飞机、通讯塔架和道路等覆冰及其防护研究。

      蒋兴良透露,为获取能源电力装备安全与保障的原创性科学数据,他们正积极申报建设“能源电力装备安全国家野外科学观测研究站”,规划将野外观测研究的新站点建设在重庆武隆,保障能源电力装备的安全,促进重庆的经济发展。

      蒋兴良不仅自己是“科研狂”,他的团队也是执行力超强的“狼性队伍”。

      无论是在海拔4000米以上的青藏高原,还是在寒冷高湿的雪峰山自然覆冰试验基地,只要有机会,蒋兴良都亲临试验现场指导青年教师和研究生,并利用试验中遇到的问题启发青年教师和研究生的创新能力。

      如今,蒋兴良的团队中,所有研究人员都有出国留学或进修的经历,高学历(博士以上占100%)、高职称(副高以上100%)是这个研究团队固定研究人员的特点,还有3位青年教师获得国家自然科学基金青年基金的立项支助。

      因为长年累月在野外奔波,蒋兴良的身体亮起了红灯。

      2015年他被确诊为胸背脊柱脊椎管瘤,险些瘫痪。虽然通过手术切除了肿瘤,但他的脊椎神经受到损伤,遗留严重的腰、背脉冲刺激及周期移动的神经疼痛,但这些病痛并没有让他停下前往野外、潜心科研的脚步。他说:“电网覆冰积雪是世界级难题,会导致大面积断网断电,给人们生产生活带来巨大影响。我不会放过任何一个观察电网覆冰的最佳时机,只有在山上,我的心里才踏实。”

      记者手记》》

      创新需要“钉子精神”

      廖雪梅

      “搞科研不要怕吃苦,要静得下心、沉得住气、耐得住寂寞。”“任何行业都要有‘工匠精神’,只有找对自己的路,干一行,爱一行,精一行才能做出成绩。”这是采访中,蒋兴良教授对记者说得最多的话。

      在蒋兴良看来,电网覆冰规律及其防御方法一直是国际上没有解决、极具挑战性的难题。它需要长期、大量的数据分析,只有坚持不懈地做下去,才能真正揭示覆冰的形成规律和造成灾害的原因,找到解决问题的技术方案。因此,即便是在没有多少人认识到覆冰研究价值的年代,蒋兴良仍默默坚持,一干就是30年。

      蒋兴良之所以愿意像“钉子”一样常年扎根野外,还在于他对一线数据的重视。

      “创新是一线数据的积累。任何高深的科学都是一砖一瓦,一个一个数据扎扎实实积累起来的。”蒋兴良多次提醒自己的学生,现在虽然进入大数据时代,但如果没有自己的积累,别人的数据就算拿给你,也无法吃透,无法找到解决问题的方法。

      正因为此,蒋兴良在冰天雪地坚守30多年仍乐此不疲;正因为此,雪峰山的科研成果能够“一枝独秀”,成为我国高压电网输电研究领域的一张名片。

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