七月十七日,重慶大學電氣工程學院絕緣油研製實驗室,擺放著菜籽絕緣油、山茶籽絕緣油等樣品。記者 張錦輝 攝
團隊負責人介紹
李劍,教授,博士生導師。現任輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室(重慶大學)副主任、重慶大學電氣工程學院院長,兼任國際大電網會議(CIGRE)D1.52與D1.53工作組委員等。主要從事環保液體電介質、新能源裝備可靠性評估、電氣設備狀態監測與故障智能診斷等研究。
7月的重慶,夏日炎炎。用電保障,成了人們最關心的事情之一。
城市鄉村隨處可見的變壓器,就像一位「二傳手」,肩負著把發電廠輸出的電改變電壓、電流後,輸送到千家萬戶的重任。由此可見變壓器的使用安全之重要。
如何提升變壓器安全性?重慶大學高電壓與絕緣技術團隊(下稱:高壓團隊)敢為人先,從2000年起經過17年持續攻關,開發出高穩定性植物絕緣油。這種油應用於變壓器,可以提高絕緣油燃點、提升變壓器絕緣紙壽命,從而讓變壓器更安全。
由他們牽頭完成的「高穩定性植物絕緣油關鍵技術及應用」項目,獲得2017年重慶市科學技術獎技術發明一等獎。7月17日,重慶日報記者來到重慶大學,從項目負責人李劍那裡了解到了該團隊從零開始,一步一個腳印的研發經歷。
孫才新院士的鼓勵,讓他們勇於踏入空白領域
「研發之初,我們除了想法,啥也沒有。」談到研發經歷,李劍坦言,重慶大學高壓團隊是國內最早從事高穩定性植物絕緣油的研製與應用工作的一批人。在2000年起步時,他們沒有任何先例可供參考,唯一的線索是國外的幾篇相關技術專利和論文。
做科研的人,最怕選錯方向。這個方向,走得通嗎?讓李劍堅定信心的是他的導師孫才新院士。早在1999年,孫才新院士就開始關注高穩定性植物絕緣油的國際研究動向。2000年,孫才新院士鼓勵李劍:這個方向,值得鑽研!
導師的鼓勵,成了李劍和高壓團隊最大的動力。他們調查後發現,植物絕緣油燃點高、可再生、自然降解,被認為是礦物絕緣油的良好替代品。上個世紀90年代,歐美電力設備製造企業就對此十分重視。
但在國內,當時並不看好這項研究的價值。高壓團隊面臨著這樣的考驗:作為電氣領域的研究團隊,他們得「跨界」研發一種新材料。
怎麼辦?團隊決定,從零開始,自己幹!
艱苦付出搞科研,兼職「搬運工」「清潔工」「工程師」
自己幹,意味著持續而艱苦的付出。
李劍回憶,當時的研究團隊,只有幾名年輕教師和十幾個碩士、博士研究生。條件也很有限,師生們全部得親力親為,身兼「數職」。
那時,實驗室裡沒有空調,夏天做帶電試驗,需要忍受悶熱長達數小時。做實驗用的植物油採購回來,師生們自己當「搬運工」,肩挑手抬,把幾百斤油倒進實驗設備。一天下來,實驗室的地板上都是油跡,師生們又當起「清潔工」,花一兩個小時,把實驗室的地板擦乾淨。
當植物絕緣油樣本研發出來,進入實操環節,師生們又要到現場安裝、調試設備。
經過6年摸索,高壓團隊從油品製備開始,經過反覆試驗和規律摸索,最終獲得了高穩定性國產化植物絕緣油。李劍介紹,油品的主要理化與介電性能指標與國外同類產品先進水平相當,其中擊穿電壓、介質損耗、起始氧化溫度等關鍵性能指標顯著優於國外同類產品水平。
不放過任何小問題,將理論研究成功轉化為工業化產品
但高壓團隊沒有滿足於僅僅在實驗室做研究。他們希望把研究成果轉化為工業化產品,真正服務市場。於是,批量化過程中的工藝、裝備等問題,成為他們要跨越的下一道難關。
這期間,有一次波折令李劍印象深刻:在設備調試過程中,油品介損(即介質損耗。指絕緣材料在電場作用下,介質電導和介質極化在其內部引起的能量損耗)難以達到預期目標,但原因始終不明確。
為此,高壓團隊足足花了一個多月時間反覆調試,最終發現,濾油機設備管道與油不相容,因此導致介損超標。
「這在我們遇到的眾多問題中,只能算個小問題。」李劍說,但不管問題有多小、多瑣碎,高壓團隊會追根究底,徹底解決。最終,他們建成了我國首套年產300噸植物絕緣油生產線。
正是這種一絲不苟的精神,讓高壓團隊在2013年邁出了重要的一步:他們與河南省電力公司電力科學研究院合作,成功開發了我國首套具有全部自主智慧財產權的年產1500噸植物絕緣油生產成套設備。
2013年,國家重點實驗室現場評估專家評價該技術成果「引領了我國植物絕緣油變壓器的研究與應用」。重慶科技成果轉化促進會的第三方評價意見認為,該項研究成果在「抗氧化和絕緣性能方面處於國際領先水平」。
到2017年,憑藉全壽命周期成本低、安全性能高的突出優勢,高壓團隊與河南、江蘇、廣東等地合作生產的植物絕緣油變壓器已經在全國銷售近千臺。同年年底,高壓團隊與南方電網合作研發的我國首臺110KV大型植物絕緣油電力變壓器在廣州投用。
至今,高穩定性植物絕緣油技術成果獲國家發明專利21項、實用新型專利6項,發表SCI論文32篇、EI論文56篇,SCI他引375次,在國際上廣受認可。
李劍透露,高壓團隊已牽頭制定了行業標準1項,正牽頭起草國家、行業標準各1項。下一步,高壓團隊將繼續對植物絕緣油的凝點、粘度等進行優化,使它的應用範圍更加廣泛。