我校高电压技术专业的发展和贡献

                               

清华大学电机工程与应用电子技术系教授  关志成

 

      我校高电压技术专业成立于五十年代，55年有第一届专门化毕业生，59年有第一届专业毕业生，当时由不满40岁的杨津基教授和30岁出头的张仁豫副教授带领一帮20多岁的年轻人创建了我国高校中第一个高电压实验室，40多年来经过几代人的不懈努力，我校的高电压技术专业成为我国高校首批博士点，并成为本专业全国唯一的重点学科，无论在人才培养和科学研究方面都为我国高电压事业的发展做出了突出的贡献。八十年代以来已获国家自然科学三等奖一项，国家科技进步二等奖2项，国家科技进步三等奖2项，省部级科技进步奖22 项。专利 18项。高压专业分六个方向，分别是气体放电与等离子体，绝缘，过电压，设备诊断，高压电器和高压测试。虽然不断有融合交叉，但课题组相对稳定，年轻教师留校后都要融入一个集体中，老中青相结合，团结融洽，敬老爱幼，这是高压专业的好传统。回顾高压专业40多年来的发展历程，无论在推动学科发展的基础研究方面，还是在促进国民经济发展和行业科技进步的应用研究方面，值得大书特书的成果实在太多，本文由于篇幅所限，只能重点介绍几项代表性的基础研究和应用研究科研成果。

 

 

      杨津基教授从六十年代初期就开始从事脉冲功率和等离子体焦点技术的研究，带领课题组成员完成一系列国家自然科学基金项目，目前正在研究中的国家自然科学基金项目有：“小型Z箍缩等离子体装置辐射特性”，“等离子体环境与GaN晶膜生长速度的关系”，“一种等离子体刻蚀工艺中的终点检测的新概念和技术”和重大基金项目“高功率脉冲驱动的Z箍缩物理特性和相关脉冲功率技术”等。此外，还承担不少国防预研基金，航天基金等其他基金项目。一个课题组能争取到如此多的国家基金项目，在我校也是为数不多，这充分显示出高压专业在该方向上的雄厚研究实力。该课题组的主要成员有罗承沐教授，韩闵教授，王新新教授，蒲以康教授和白秀庭教授。蒲以康从MIT获得博士学位，是学校百人计划引进的拔尖人才，他主要从事低温等离子体研究，这是今后发展的重点方向。加籍专家白秀庭教授回国定居后，就在气体放电实验室工作，在放电理论上做了多方面研究，在SCI收录的国际刊物上发表了多篇高水平文章。课题组通过对上述基金项目的系统研究，在脉冲功率和等离子体焦点技术及放电理论方面取得系列成果。这些科研成果不仅在此领域基础理论研究上作出积极贡献，而且多项成果用于国防现代化建设。例如研制出的大型装置“PPF-200脉冲X射线源”在国防现代化建设中发挥了积极作用，该项目获国防科工委科技进步二等奖。此外，在该方向的研究成果还获得多项表彰和奖励，其中“等离子体焦点中物理过程的理论和实验研究”获国家教委科技进步二等奖，“脉冲放电等离子体产生高强度软X光的研究”获国家教委科技进步三等奖。杨津基教授编著的“气体放电”专著被我国高压界做为重要科技参考书和研究生培养教材，杨教授虽已过80高龄，仍笔耕不辍，最近又出版了新著“高温度高密度磁化等离子体”。最近同学在BBS上发表感慨：“几乎每天都可在图书馆看到一位头微微有些晃白发苍苍的老教授，他总是在认真地阅读外文文献，是那样聚精会神一丝不苟地记着心得笔记，这种对事业的执着追求和和钻研精神为我们年青学子树立了学习的好榜样”。这里所说的就是杨津基教授，他虽已退休，但仍在科学研究的前沿不断探索，以敏锐的观察力和判断力，继续指导着年轻一代，不断开辟新的研究方向。

 

 

      张仁豫教授长期从事高电压外绝缘问题的研究，早在六十年代就和大连电瓷厂合作，研制出高强度小尺寸悬式绝缘子系列产品，替代了傻大笨重的老型号产品，起到更新换代的作用。针对严重危害电力系统安全运行的污秽闪络事故，张仁豫教授和课题组成员一起，从基础理论到应用开发，对污闪机理和防污闪措施，做了全方位研究。搞基础理论研究就要瞄准世界前沿领域，作出一流水平的成果，要“顶天”；搞应用研究就要将成果转化为生产力，要“立地”。张教授戏称自己和“污”字打了一辈子交道，早已“污”名远扬。张仁豫教授作为老一代学术带头人，培养出一大批我国高压界的杰出人才，例如电科院名誉院长，中国工程院院士郑健超，还有几位电瓷厂的厂长总工都是张教授的弟子。由于张教授在科学研究和教书育人上作出了突出贡献，获得了何梁何利奖。

 

      该课题组有薛家麒教授，关志成教授，梁曦东教授，王黎明副教授。最近周远翔副教授从日本归来，也加盟该课题组。关，梁，王，都是张教授带出的博士。论文选题都是“顶天立地”的课题。

 

      例如，关志成的论文选择污闪机理这块难啃的硬骨头，利用先进测试手段，从研究基本放电现象入手，提出了在直流电压和交流电压作用下污秽放电的物理模型和数学模型，利用高速摄影和红外热相仪等手段，测出电弧发展速度和绝缘子表面温度的动态变化，发现沿憎水性表面和亲水性表面放电现象的本质差别，指出提高绝缘子污闪电压最有效手段是提高绝缘子表面的憎水性。在论文工作期间发表的4篇文章都被中国电机工程学会评为优秀论文。接下来的几位研究生分别研究了沿染污介质表面发展电弧的温度及表面电位的动态变化，绝缘子造型的影响，以及在高海拔低气压条件下的交流及直流放电现象和污闪特性。上述研究工作不仅作得深入扎实，而且覆盖面宽，对沿染污介质表面的放电机理问题，从交流到直流，从大气压到低气压，从无机介质到有机介质，在理论和实验两方面，作出全面，深入，系统的研究。上述基础研究工作获得了国家教委科技进步（甲类）一等奖和国家自然科学奖三等奖。对高海拔区线路绝缘染污放电特性的研究还和武汉高压研究所等单位一起获得国家科技进步三等奖。

 

      梁曦东的博士论文题目是“500KV合成绝缘子的研究”，这是一项国家七五攻关课题，在博士学位答辩之前，该项目通过了电力部和机械部联合召开的鉴定会。该成果已由我校转让给数家工厂，迅速转化为生产力，经过短短几年的时间，目前我国挂网运行的合成绝缘子已达80余万支。国务院重大办一位负责同志说：“合成绝缘子技术是我国由科技成果转化为生产力速度最快的实例，清华大学在此技术的研发和推广中，作出了突出贡献”。近年来我国华东，华北，西北等地出现罕见大雾天气，造成严重污闪事故，但运行中的合成绝缘子都经受住严峻考验，无一例污闪事故发生。由我国研发的合成绝缘子具有完全自主知识产权，产品性能达到世界先进水平。该成果获得一系列奖励。“超高压合成绝缘子”获得国家科技进步二等奖和国家教委科技进步二等奖；“500KV线路棒型合成绝缘子的研制”获得国家重大装备技术攻关成果奖，并获得两届国际博览会的银奖。

 

      王黎明的博士论文题目是“相间合成绝缘间隔棒的研究”该研究成果直接应用到我国220KV紧凑型实验线路和500KV紧凑型输电线路上。该成果分别获得电力部科技进步二等奖和国家电力公司科技进步一等奖。

 

      关志成教授和薛家麒教授研发的RTV防污闪憎水长效涂料被评为国家级科技成果重点推广项目，已在全国范围推广应用，如天津电力局已在90%的变电站采用了该技术，该技术极大提高了电力设备的耐污闪能力，取得显著经济效益和社会效益。该成果获得全国首届电工新产品开发进步奖，还获得清华大学科技成果推广效益显著奖。

 

      这里要特别提一下薛家麒教授，薛教授55年毕业后留校工作，他有一股初生牛犊不怕虎的冲劲，更有埋头苦干的老黄牛作风，所以外号叫老牛。老牛同志深入实际，作风朴实，在产业界有很高的声望，他在合成绝缘子的研制和推广工作中作出了突出的贡献。十分令人惋惜的是，他因脑溢血突发，过早地离开了我们，这是我国高压界的重大损失。

 

 

      吴维韩教授从前苏联留学归国后成为我校高压专业第三年长的学术带头人，吴教授思路活跃，带领过电压课题组积极在高压界的世界前沿领域不断开拓新的研究方向。过电压组人才济济，有黄纬纲教授，张炜钹教授，高玉明教授，还有已故的张芳榴老师和夏志莹老师。近年来几位生气勃勃的年轻人何金良博士，陈水明博士，曾嵘博士，加盟了该课题组，使该领域的研究更加焕发勃勃生机。该课题组研究领域广泛，硕果累累。例如，对电力系统电磁暂态数值计算问题作了大量基础研究工作，如输电线路电晕模型，电缆的暂态参数计算等，研制的电力系统防雷分析软件包已大量推广应用，出版专著“电力系统过电压数值计算”已被选为研究生教材。对电力系统过电压及绝缘配合的研究取得系列成果，特别是对全封闭组合电器绝缘配合的研究，荣获国家科技进步奖三等奖。低温和超导输电技术的研究是国际前沿的热点问题，吴维韩教授指导博士生研究超导电缆的绝缘材料问题，在IEEE上发表多篇文章，引起国际同行的关注。对电磁环境技术进行了系统研究，包括变电站电磁环境评估，电力线对通讯线的干扰，电磁干扰的防护，雷击高层建筑时室内电子系统电磁兼容问题，等等。完成了国家八五攻关课题，110-220KV悬挂式无间隙氧化锌避雷器，目前正进行九五攻关课题：带串联间隙500KV合成绝缘线路避雷器的研究。此外，目前正在开拓的新研究方向有：全面系统的接地技术研究；高性能氧化锌非线性电阻研究；配电自动化关键技术研究，等等。

 

 

      朱德恒教授是改革开放以来在位时间最长的高压教研室主任，谈克雄教授也在朱教授之后做教研室主任相当长时间，他们为专业的改革和学科的发展作出了突出贡献。朱教授，谈教授和王昌长教授在八十年代敏锐抓住电力设备在线诊断这一国际热点和难点问题，开辟了高压专业新的研究领域。对该领域问题的研究引入了飞速发展的计算机技术，通讯技术，自动化技术，传感技术，专家系统和模式识别技术，该课题组对变压器，电容器，电缆，电机及其他电力设备内部绝缘故障的在线诊断问题做了深入系统的研究，在完成国家自然科学基金“大电机绝缘在线诊断技术的研究”，“用人工神经网络对高压放电故障进行模式识别的研究”，等工作的基础上，朱德恒教授带领课题组争取到国家自然科学基金重大项目“大型发电机与变压器放电性等故障的在线监测与诊断技术”， 该课题组不仅在发展我国的在线监测技术中起着领头羊的作用，而且在广泛的国际交流与合作中展现出我国毫不逊色的技术水平。李福祺副教授研发的变压器局放故障诊断仪已在系统得到广泛应用，该方向的研究成果也在向生产力的转化中，结出累累硕果。

 

 

       高压电器课题组和工业界保持极为密切的联系，同为53年毕业的钱家骊教授和张节容教授被称作互相辉映的双子星座，他们作为该方向的学术带头人，在工业界享有很高声望。电器组兵强马壮，有吉嘉琴教授，王伯翰教授，徐国政教授，还有几位优秀的年轻人刘卫东博士，李庆民博士和在职攻读博士的黄瑜珑副教授。该课题组在七十年代结合我国电网增容问题，改造高压断路器六种，其中两种在全国电网推广，该成果获全国科学大会奖。“高压断路器开合电容器组及电动机研究”和“220千伏无重燃开断空载长线少油断路器研制”这两个项目也荣获全国科学大会奖。在和企业的密切合作中，以前瞻性的研究推动行业科技进步，取得累累硕果。之中“新型断路器油研究”获水电部重大科技奖和国家科技进步二等奖；“六氟化硫气体变压器的研制”获北京市技术开发优秀项目二等奖；“万能熔断器的研制”获吉林省科技进步二等奖；“高压开关机械特性测试仪”获机械工业部科技进步三等奖；“全封闭组合电器局部放电检测”获上海市科技进步三等奖；“高压直流电流开断原理研究”获国家教委科技进步三等奖。

 

 

      高电压量测的对象是高电压，强电流，往往又是微秒级，甚至是纳秒级变化的暂态信号，这既是高压界的难点问题，又是热点问题。量测课题组主要有戚庆成教授，陈昌渔教授，陈秉中教授，杨学昌教授，盛新富副教授等。还有其他一些教师，如张仁豫，王昌长，肖如泉等很多同志，也都从事过高压测量方面的研究工作。高压专业在该领域开展了全方位的研究，特别是在高精度高压测量上取得累累硕果，并获得多项奖励。例如，“FJ-45型0。1级自校式直流高压分压器”获北京市科技进步三等奖；“ZRF型阻尼式两用电容分压器”获国家教委科技进步二等奖；“500KV静电电压表”获北京市科技进步三等奖；“冲击电压测量的基准传递”获国家重大技术装备攻关成果一等奖。戚庆成教授是高压专业改革开放后第一位出国留学人员，他从瑞士留学归国后，致力于高电压暂态信号的数字测量研究，在我国高压界有很高声望。陈秉中教授调到学校工作之前，她一直作高压教研室党支部书记，她为高压专业的发展规划和队伍建设呕心沥血，作出了突出贡献。

 

 

      高压专业的特点是实验，实验室有三个，总面积有二千多平米。专业的发展离不开实验室工作人员的努力，先后在实验室较长时间工作过的同志有肖如泉，徐光宝，李晶，沈飞英，闫秀峰，刘秀华，邢广军，鲍寿洪，狄林诠等人，肖如泉高级工程师除了在高压测量上作了很多工作，并获得多项奖励外，他还和其他同志一起，研制成功高压放电表演系统，被北京科技馆和其他省市科技馆采用，该系统是科技馆内最受欢迎的表演项目之一，为清华争得荣誉，该成果还获得国家教委科技进步三等奖。

 

 

    “文革”前毕业的老教师虽都已步入退休年龄，但他们割舍不下对所从事的高电压事业的挚爱，大多数人仍活跃在科学研究和学术活动的第一线。70年毕业的杨学昌教授，徐国政教授，李福祺副教授和关志成教授起着承上启下的作用，他们除了在原有的优势领域继续前进外，还在高电压技术和环境保护，生物医学，新材料新器件以及信息科学的交叉领域开拓新的研究方向。令人欣慰的是高压专业留下了一批十分优秀的青年人，他们之中有的是在本科和研究生学习期间班上学习最好的学生，有的被评为校优秀博士论文，博士毕业留校后，多数有出国留学的经历。还有从美国日本留学回来的博士。专业的领导班子已完成了新老交替，年轻人挑起了大梁。目前，梁曦东博士是高压研究所所长，博士生导师，同时是电机系主管科研的副系主任，是国际大电网会议工作组成员；蒲以康教授是MIT的博士，例入校“百人计划”；王新新教授是气体放电实验室主任，曾到德国做访问学者，教育部优秀青年教师基金获得者；刘卫东博士是国家重点实验室的常务副主任，曾到英国做两年访问学者；何金良博士是高压研究所的副所长，曾到韩国作高访，是韩国电器研究所电气材料部的顾问科学家；王黎明博士曾到英国做博士后，博士后期间的工作被英国IEE委员会评为英国在该领域的最高奖?D教育科技奖。周远翔博士是清华本科毕业，从日本拿的博士学位，还有在日本研究所的工作经验；陈水明博士刚从香港做访问学者归来；李克曾作电机系学生工作组组长，正在英国攻读博士学位；新留校的曾嵘博士是校级优秀博士毕业生；李庆民博士和黄瑜珑副教授正在英国做访问学者；盛新富副教授和高胜友硕士正在攻读在职博士学位。汤存燕硕士是新任高压实验室主任。他们思路活跃，生机勃勃，已在国内外的学术活动中崭露头角，我校的高压专业有这一批优秀的年轻人接班，必将有更加光辉灿烂的明天。