引領(lǐng)我國工業(yè)電器行業(yè)智能化技術(shù)發(fā)展

——記西安交大國家重點實驗室主任王建華教授和他帶領(lǐng)的科研創(chuàng)新團隊

　　2009年1月9日，一條激動人心的消息，從北京人民大會堂傳來：“智能化電器的理論、關(guān)鍵技術(shù)與應用研究”榮膺2008年國家科技進步二等獎。

　　從20世紀90年代開始的一次科學之旅，經(jīng)歷了淬火涅槃之后，終于厚積薄發(fā)，凝練出了碩果。

　　攻城略地，交叉領(lǐng)域集成創(chuàng)新

　　開關(guān)電器是工業(yè)電器的主要組成部分，也是電力系統(tǒng)中最重要的保護設(shè)備。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對開關(guān)電器運行的經(jīng)濟性、安全性和自動化程度提出了更高要求。然而，由于傳統(tǒng)電器無法感知其運行過程中的故障類型，也不具備思維、判斷和基于故障特征的智能操作等功能，因此難以適應現(xiàn)代電器工業(yè)發(fā)展的需求。

　　“智能化電器屬于電器和電子信息交叉領(lǐng)域。它融合了現(xiàn)代電器理論與電子信息技術(shù)，是開關(guān)電器適應現(xiàn)代電器工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在電力、石油、煤礦等工業(yè)領(lǐng)域需求廣泛。因此，智能化電器的研究和應用是提高供用電系統(tǒng)運行技術(shù)水平的關(guān)鍵，涉及的學科多、系統(tǒng)復雜、技術(shù)難度大，僅美、德等少數(shù)發(fā)達國家的跨國公司掌握部分核心技術(shù)。”西安交通大學電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室主任王建華說。

　　為打破這一壟斷，在我國電器研究領(lǐng)域擁有雄厚技術(shù)實力和悠久歷史的西安交通大學，聯(lián)合行業(yè)知名研究所和生產(chǎn)企業(yè)，形成產(chǎn)學研聯(lián)合體，吐故納新，集成聚合，從1996年起，在國家自然科學基金、國家科技攻關(guān)計劃等項目資助下，率先提出“智能化電器”的概念，并確定了智能化電器所涉及的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應用范圍。項目組很快確定了研發(fā)“路線圖”：不僅要突破國外核心技術(shù)封鎖，還要研發(fā)智能化電器領(lǐng)域最前沿的智能操作技術(shù)。

　　他們首先從智能化電器理論研究入手，在國際上率先提出了基于運行狀態(tài)和開關(guān)電弧特征的智能操作概念，制定了與智能化電器所服役環(huán)境和自身性能相適應的智能操作模式；建立了智能化電器的多體動力學模型，發(fā)現(xiàn)了在線運行條件下電器的劣化規(guī)律。

　　在理論研究的基礎(chǔ)上，項目組攻城略地，提出并攻克了實現(xiàn)智能化電器操作和可靠運行的一系列關(guān)鍵技術(shù)。他們先后發(fā)明了具有根據(jù)環(huán)境和工況自適應控制的高低壓智能化電器的智能操作技術(shù)，智能化電器實現(xiàn)過程中的現(xiàn)場信號提取、分析及狀態(tài)檢測技術(shù)。為了實現(xiàn)對這些技術(shù)的系統(tǒng)集成，項目組還發(fā)明了智能化電器專用集成電路的可重構(gòu)硬件設(shè)計平臺，以及可以滿足不同功能需求的智能化電器專用芯片，不但實現(xiàn)了智能化電器的在線狀態(tài)檢測，而且還滿足了不同保護對象、不同智能操作、不同保護條件下的應用要求。

　　辛勤耕耘終于換來了收獲的喜悅。項目歷時12年，不但建立了產(chǎn)學研聯(lián)合體，全面研究并實現(xiàn)了智能化電器的感知、思維判斷功能以及智能操作功能，而且開發(fā)了系列產(chǎn)品并得以推廣應用，為引領(lǐng)和推動國內(nèi)智能化電器產(chǎn)品的研發(fā)與應用，起到了不可替代的作用。

　　10余年間，項目組先后發(fā)表相關(guān)論文119篇，SCI、EI收錄78篇，出版專著2本，申請發(fā)明專利13項，已授權(quán)9項，獲軟件著作權(quán)5項，獲得陜西省科技進步一等獎。

　　而對于這一項目的最后鑒定，專家們得出的權(quán)威結(jié)論，同樣令人歡欣鼓舞：項目整體技術(shù)處于國際先進，部分達到國際領(lǐng)先。

　　“市場是檢驗技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)劣的試金石。我們利用這些研究成果，與電器行業(yè)的知名研究所、企業(yè)展開了廣泛合作，先后開發(fā)了16個系列50余種型號的智能電器產(chǎn)品。通過國家權(quán)威機構(gòu)的檢測，這些產(chǎn)品的性能均達到國外同類產(chǎn)品的先進水平，其中列入國家重點新產(chǎn)品兩項，國家級火炬計劃兩項?！蓖踅ㄈA說。

　　據(jù)研究團隊核心成員、長江學者榮命哲介紹：“一是自主調(diào)控與適應。如環(huán)保節(jié)能，采用智能操作理論開發(fā)的智能接觸器，可以自動適應電網(wǎng)狀態(tài)，大幅度減小閉合噪音，降低能耗達93%%，符合國家倡導的節(jié)能減排政策。二是智能感知與診斷。如開發(fā)的系列具有狀態(tài)監(jiān)測能力的智能化電器，可以極大提高電力設(shè)備的可靠性，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定地運行。三是強大的信息交互能力。本項目開發(fā)的智能化電器系列產(chǎn)品都具備信息交互能力，可以方便地組成控制網(wǎng)絡，這就為構(gòu)建電力自動化系統(tǒng)、用電管理自動化系統(tǒng)打下很好的基礎(chǔ)?！?/P>

　　如今，智能化電器系列產(chǎn)品實現(xiàn)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大批量生產(chǎn)，打破了國外產(chǎn)品的長期壟斷，在20余個省市得以推廣應用，并拓展應用到國防領(lǐng)域。據(jù)測算，該系列產(chǎn)品近3年累計新增產(chǎn)值23.71億元，新增利稅4.54億元。今后，成果還可應用于石油、煤礦和化工等行業(yè)，潛在效益巨大。

　　為擴大和增強我國智能化電器產(chǎn)品的影響力和競爭力，依托電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室，該研究團隊還發(fā)起成立了中國電工技術(shù)學會電器智能化系統(tǒng)及應用專委會，王建華教授擔任主任委員，研究團隊核心成員耿英三教授擔任秘書長；研究團隊還先后舉辦國際和國內(nèi)學術(shù)會議12次，引領(lǐng)和推動我國該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

銳意創(chuàng)新，咬定青山不放松

　　電氣工程一直是西安交通大學的傳統(tǒng)優(yōu)勢學科，但在歷史的發(fā)展中，也經(jīng)歷了起伏。為尋找傳統(tǒng)優(yōu)勢學科的提升途徑，上世紀90年代初期，王建華開始將目光瞄準了國內(nèi)尚為空白的“智能化電器”領(lǐng)域。

　　“學科發(fā)展到一定程度后，就必須開拓新的研究方向，否則必然要衰弱，不能始終保持領(lǐng)先地位。也正因如此，我們才在國內(nèi)率先提出了智能化電器研究這個方向。”耿英三對記者說，“這個方向開展以后，學科開始邁上了一個新臺階?！?/P>

　　從一開始專家同行們的懷疑到備受業(yè)界人士的關(guān)注，從艱苦寂寞的探索起步到如今的業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍，一切的努力都來源于“創(chuàng)新”二字。

　　多年來，在繁重的行政工作之余，王建華總是千方百計地擠出時間親歷親為，為智能化電器行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展殫精竭慮，出謀劃策。

　　“學科發(fā)展的大局觀就是‘瞻前顧后，左顧右盼’。就是看一些技術(shù)或產(chǎn)品，通過什么樣的方法能夠使它們結(jié)合、創(chuàng)新、提高。‘瞻前’就是有什么方法我們還沒有用過，‘顧后’就是看看曾經(jīng)有什么是可以用的?！箢櫽遗巍褪强纯雌渌麑W科有沒有新的成就是可以用的，借鑒一下，進行學科交叉，但是自己的學科不能丟，必須花時間去想。”王建華說。

　　“在智能化電器研究方面，我們就要求研究人員把電器本身的性能做好。在研究中首先考慮基本理論，研究電器的智能控制。同時對電器的基本原理必須有新的認識。在這個系統(tǒng)中間，開關(guān)是一個龐然大物，在開合之間產(chǎn)生著巨大的能量。過去，就是用一個操作機構(gòu)來拉開或者合上。而在智能控制條件下，拉開的過程究竟是怎么進行的？這個問題的理論研究就跟電弧過程、機械特性綁在了一起。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)原來可以有更好的辦法實現(xiàn)，關(guān)鍵是過去的技術(shù)沒有辦法達到，現(xiàn)在就可以用信息控制的技術(shù)來達到很好的效果。這就是智能化。”王建華說。

　　“王建華的創(chuàng)新能力很強。他勇于創(chuàng)新，善于創(chuàng)新。對于看好的研究方向，特別執(zhí)著?！睒s命哲說,“到了現(xiàn)在，我們還在這個領(lǐng)域中不斷創(chuàng)新。在電弧等離子體應用領(lǐng)域，我們就提出在國防、材料處理方面進行應用?，F(xiàn)在也凝聚了團隊，培養(yǎng)了人才，科研氛圍非常好。”

　　研究團隊骨干成員張國鋼博士還記得在2005年，大家在一起討論一個不是非常突出的項目：交流接觸器的智能控制?！爱敃r我們覺得這個項目也就能做成一個和企業(yè)合作的很小的課題。王建華聽完后，就把我們幾個老師留下來。他說這個方向非常好，能和國家整個節(jié)能、節(jié)材這方面的發(fā)展方向結(jié)合起來。他覺得很有希望，當時就說想把這個工作繼續(xù)下去，后續(xù)想做成一個產(chǎn)業(yè)化項目?！焙髞?，該項目作為全省重大產(chǎn)業(yè)化項目立項，現(xiàn)在已經(jīng)取得成功。專家預測，如果能在國內(nèi)推廣開來，每年可實現(xiàn)經(jīng)濟效益十幾億元，節(jié)能節(jié)材效果相當顯著。

　　創(chuàng)新，在課題組里無處不在。無論是在學術(shù)方向探究、學科領(lǐng)域擴展還是在人才培養(yǎng)方面，這里都像一只勇往直前的航船，在求新求變的海洋中乘風破浪。

教學和科研珠聯(lián)璧合，雙輪驅(qū)動

　　在這里，教學和科研是相互促進的。經(jīng)過長期的實踐和探索，他們走出了一條教學與科研雙輪驅(qū)動，比翼齊飛，珠聯(lián)璧合，相互促進的良性發(fā)展之路。

　　“我們的特色就是把科研和教學相結(jié)合，以科研促進教學?！睒s命哲教授自豪地說。

　　“我們很重視把智能化電器方面的科研成果及時運用到教學中，也很重視在研究生培養(yǎng)方面開展課程改革。我們從2003年開始，就開設(shè)了智能化電器關(guān)鍵技術(shù)這門研究生課程。項目組的各位老師，雖然都在搞科研，但是作為教師，我們是很樂意、也很重視把科研工作跟本科教學、研究生教學結(jié)合起來，而且投入很大精力去做這個工作。”研究團隊核心成員宋政湘教授對記者如是說。

　　“智能化電器領(lǐng)域的研究，要求學生不僅具備電器設(shè)備方面的知識，還要有信息方面的基礎(chǔ)知識。所以前幾年，在這個方面綜合能力培養(yǎng)的課程就開得非常多。”耿英三說，“我們的學生，在智能化、自動化方面的開發(fā)能力是很強的。在智能電器專用集成電路的研究方面，核心技術(shù)都是自己開發(fā)出來的。研究生們畢業(yè)以后留下來做這方面的工作。從開始到現(xiàn)在，這個研究方向培養(yǎng)出64名研究生，其中博士生近20名，特別是一大批中青年人才快速成長，已成為重點實驗室的學術(shù)帶頭人和骨干，研究團隊成員中有國家百千萬人才工程入選者1名，“長江學者獎勵計劃”特聘教授1名，教育部“新世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)計劃”獲得者兩名。

　　“我們當時畢業(yè)的好幾個博士生，現(xiàn)在基本上都在國內(nèi)重要開關(guān)電器企業(yè)和研究機構(gòu)擔任要職。”說起實驗室里的人才培養(yǎng)，耿英三如數(shù)家珍，竹筒倒豆一樣給記者詳數(shù)起課題組的做法。

　　作為實驗室主任和學科帶頭人，王建華十分注重研究過程中的育人功能。他要求基本教育環(huán)節(jié)必須要扎實，學生必須要勤奮踏實，導師必須要不斷指導和督促。要善于培養(yǎng)學生的自學能力，以及對新東西新方法的敏感性和發(fā)現(xiàn)力。在這里，研究生的培養(yǎng)率先采取了集體導師的做法，并且充分發(fā)揮了博士生的作用。博士生們可以帶領(lǐng)一個科研小組，按照導師要求，制定研究計劃并決定一些課題經(jīng)費的使用，極大地調(diào)動了學生的積極性。

　　在課題組的師生之間有一個學術(shù)研討會。學生們講，老師們評論，漸漸地形成了“只認真理不認人”的氛圍。有的時候會因為一個論題“吵”得面紅耳赤，但是大家卻很投入很高興。

　　“不同研究方向的學生之間，包括老師之間，要經(jīng)常進行定期討論，效果非常好。因為眼界開闊了，我們的研究生找工作非常方便，非常容易，工作崗位也比較好。而且還經(jīng)常會出現(xiàn)一些情況，就是學生找的工作跟他在學校期間做的工作不完全一致，但是企業(yè)也愿意接受他。因為他在課題組里面對各方面的研究工作都有了解，有基礎(chǔ)，很容易適應需求?！睒s命哲說。

和諧團隊，安放心靈的港灣

　　任何優(yōu)秀成果的取得，如果沒有一支特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻的團結(jié)協(xié)作的人才隊伍，就等于癡人說夢，紙上談兵。

　　在電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室里，就活躍著這樣一批特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻的具有團隊協(xié)作精神的科研尖兵。借助電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室提供的國際先進的研究條件，形成了以王建華為學術(shù)帶頭人，長江學者和新世紀人才為核心的電器領(lǐng)域創(chuàng)新型研究團隊。他們不分節(jié)假寒暑，不計個人得失，日復一日，年復一年，在艱苦的科研戰(zhàn)線上，默默無聞地探索著、拼搏著、奉獻著，用對事業(yè)的執(zhí)著追求書寫著人生的價值和輝煌。

　　“我們這個團隊是一個非常有特色的團隊。它之所以能夠獲得國家大獎，首先是學術(shù)帶頭人發(fā)揮了不可替代的作用。他的創(chuàng)新思維，對學科發(fā)展的戰(zhàn)略思考，以及他的包容胸懷，把具有各種特點和特長的人融合在一起、凝聚在一起，這點是非常重要、非常了不起的。”榮命哲說。

　　在不久前的國家重點實驗室評估中，專家們都夸贊實驗室團結(jié)協(xié)作，發(fā)展得很快。他們認為這與實驗室主任包容的胸懷和考慮問題的高瞻遠矚有很大的關(guān)系。

　　在記者走訪課題組期間，教師們提到的最多的就是這里的“開放”和“自由”?！拔覀冊诟阊芯康臅r候，都是帶著一種樂趣和興趣在做事情，所以我們從來不覺得痛苦、不覺得枯燥?！币晃焕蠋熑缡钦f。

　　“從一開始接觸智能化電器，雖然國內(nèi)沒有先例，但因為這是一個很新的領(lǐng)域，大家都很感興趣。碰到困難解決不了的話，大家都會全身心投入進去。譬如我晚上編軟件，調(diào)程序的時候，燒一壺水放上去，可一調(diào)軟件就忘掉這事了，把水燒干了都不知道。第二天早上一看，壺底已經(jīng)沒了?！惫⒂⑷f。

　　項目組對青年教師的培養(yǎng)非常重視，也給予了很大的發(fā)展空間。項目組的教師們互相支持彼此的發(fā)展規(guī)劃、聯(lián)系項目，互通有無。

　　“在生活上，課題組對我也很關(guān)心，不管是個人問題，還是住房問題，都給了我很大的關(guān)心和幫助。我覺得我們課題組的氣氛非常團結(jié)、和睦。這種關(guān)系很融洽，是安心做好事業(yè)的強大基石?！彼握嬲f。