何金良：為輸電線“穿上防雷外套”
來源：科技日?qǐng)?bào) 2016-12-05 史詩
他在國內(nèi)最早提出采用線路避雷器來改善輸電線路防雷性能，在國際上最早研制出110—500kV免維護(hù)的固體絕緣線路避雷器，為輸電線路防雷提供了最為關(guān)鍵的設(shè)備。
大眾眼中，科學(xué)家大多是不茍言笑、神秘嚴(yán)肅的，他們的生活大概也是單調(diào)無趣的……而眼前這位“抱怨”加班是為了躲避在家做飯、被同事戲稱“活得像神仙”的何金良教授本尊，讓“科學(xué)家”多了幾分親近感。
近日，清華大學(xué)電機(jī)系高電壓與絕緣技術(shù)研究所所長(zhǎng)何金良在葡萄牙艾斯特里托召開的第33屆雷電防護(hù)國際會(huì)議上，獲得2016年魯?shù)婪颍亢Ｒ蚶锵＃扛隊(duì)柕陋?jiǎng)，表彰其在電力系統(tǒng)雷電防護(hù)領(lǐng)域作出的杰出貢獻(xiàn)。
特高壓、三峽和青藏鐵路等輸變電工程，以及奧運(yùn)場(chǎng)館等10余項(xiàng)國家重大工程中，都蘊(yùn)含著何金良的智慧。
堅(jiān)持源于責(zé)任
何金良的幽默感與他的智慧和才華一樣，隱藏在他的個(gè)性中。初冬北京一個(gè)周日的下午，清華園明德路邊上的三層小紅樓里，何金良正在辦公室準(zhǔn)備第二天要講授的兩門課的內(nèi)容。本就不大的辦公室堆滿了專業(yè)書，何金良打趣地說：“我的專業(yè)書都在這里，家里放的是文學(xué)類的書。等我退休了，這些專業(yè)書我一本也不帶回家，或許潛心寫點(diǎn)小說。”
何金良最早接觸到雷電防護(hù)是其在武漢水利電力學(xué)院本科學(xué)習(xí)期間。1988年，何金良本科畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)跟著老師開展了全封閉變電站的雷電侵入波過電壓的研究，算是踏進(jìn)雷電防護(hù)研究這道門檻。
“剛開始能有什么興趣？不過是有了一些感性認(rèn)識(shí)、跟著老師學(xué)了點(diǎn)專業(yè)知識(shí)。但我覺得，既然選擇這門科學(xué)，就有一份責(zé)任在，也就努力堅(jiān)持下來了。長(zhǎng)久以往，責(zé)任變成了一方堅(jiān)守。”何金良告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
其實(shí)我們對(duì)雷電并不陌生。雷電是聯(lián)合國公布的十大自然災(zāi)害之一，是自然界最具破壞性的力量之一。資料顯示，地球上平均每天會(huì)發(fā)生大約800萬次閃電。
在不斷研究學(xué)習(xí)中，何金良了解到雷擊是造成輸電線路閃絡(luò)的主要原因之一。在我國跳閘率較高地區(qū)，高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的次數(shù)約占40%—70％。何金良說：“如何有效地提高輸電線路的防雷性能對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。”
有這樣一組觸目驚心的數(shù)字。2008年南方電網(wǎng)110kV及以上輸電線路共計(jì)跳閘2599次，其中雷擊跳閘1588次，占總跳閘數(shù)的61.1%；2012年8月11日，南方電網(wǎng)發(fā)生交流單相跳閘，最終導(dǎo)致五回直流系統(tǒng)換相失敗的嚴(yán)重事故，廣東地區(qū)瞬時(shí)負(fù)荷損失近一半。“雷電的強(qiáng)破壞能力，造成了雷電防護(hù)的難度，而雷擊的隨機(jī)性則使科學(xué)家難以有效、系統(tǒng)地進(jìn)行研究。”何金良說。
技術(shù)難題逐個(gè)擊破
“輸變電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)是雷電防護(hù)的基本措施，它提供了雷擊時(shí)雷電流的泄流通道。接地系統(tǒng)的暢通性直接決定了防雷性能的好壞，也是雷擊及電力系統(tǒng)故障時(shí)人身和設(shè)備安全的基本保證。”何金良說。
然而，很長(zhǎng)一段時(shí)間，輸變電系統(tǒng)的接地問題不被重視，因此存在巨大事故隱患。隨著研究的逐漸深入，何金良意識(shí)到雷電流流過時(shí)接地系統(tǒng)的電磁暫態(tài)特性、降低暫態(tài)接地電阻是確保接地系統(tǒng)“暢通”的關(guān)鍵。
可接地系統(tǒng)的雷電沖擊特性還沒有被充分了解，更別提分析和計(jì)算了。
如何從地表測(cè)量獲得地下土壤的結(jié)構(gòu)模型？如何在實(shí)際復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)模型下計(jì)算接地系統(tǒng)的電磁暫態(tài)特性？這些都是解決接地系統(tǒng)問題的關(guān)鍵。
在經(jīng)過大量研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，何金良在接地系統(tǒng)數(shù)值分析理論方面，提出了從地表電阻率測(cè)量結(jié)果反演任意分層土壤參數(shù)的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了任意層狀/塊狀媒質(zhì)中接地系統(tǒng)電磁暫態(tài)特性的快速、精確計(jì)算。他和他的研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的接 地分析軟件包，已被國內(nèi)外近百家單位廣為應(yīng)用。
過去人們很難“看到”雷電流作用時(shí)接地裝置周圍土壤中的放電圖像，于是何金良采用X光成像技術(shù)，在國際上首次獲得了土壤中清晰的雷電放電圖像，揭示了土壤介觀雷電沖擊放電機(jī)理，獲得了接地裝置雷電沖擊特性。
何金良說，“如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)雷擊輸變電系統(tǒng)引起的故障率，是雷電防護(hù)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。”他在國內(nèi)率先開展的考慮雷電動(dòng)態(tài)發(fā)展過程的雷擊分析方法，目前已寫成國際大電網(wǎng)會(huì)議的技術(shù)導(dǎo)則，在全世界推廣應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)避雷產(chǎn)品零的突破
有技術(shù)還得有產(chǎn)品，技術(shù)的價(jià)值才得以最大化。當(dāng)時(shí)還在清華大學(xué)讀博士的何金良認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，便開始從事先進(jìn)避雷器技術(shù)的研究。
避雷器是電力系統(tǒng)最為重要的雷電防護(hù)裝備，整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣安全是建立在避雷器的保護(hù)基礎(chǔ)上。但何金良發(fā)現(xiàn)，過去的瓷套避雷器存在內(nèi)部容易受潮及發(fā)生爆炸的缺陷。
于是，他參與國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，在國際上最早研制出安全型的全固體絕緣的110－500kV復(fù)合外套避雷器，從結(jié)構(gòu)上消除了避雷器內(nèi)部受潮的可能性，開創(chuàng)了氧化鋅避雷器應(yīng)用的新領(lǐng)域。
何金良還在國內(nèi)最早提出采用線路避雷器來改善輸電線路防雷性能，在國際上最早研制出110－500kV免維護(hù)的固體絕緣線路避雷器，為輸電線路防雷提供了最為關(guān)鍵的設(shè)備。
為了提供避雷器的保護(hù)特性，在國家杰出青年基金和國家科技支撐計(jì)劃課題的資助下，何金良突破技術(shù)瓶頸研制出高非線性及高能量吸收能力的新一代金屬氧化物壓敏電阻，將其電位梯度從200V/mm提高到492V/mm，達(dá)國際領(lǐng)先水平。
研究領(lǐng)域也“跨界”
何金良自稱很欣賞“斯坦福”的研究模式，絕不做無關(guān)痛癢的研究。“或許正在研究的是看似無用的、很基礎(chǔ)的內(nèi)容，但其成果卻可能會(huì)帶動(dòng)未來某種產(chǎn)業(yè)的跳躍式發(fā)展。”何金良說。
2012年，在深入思考電網(wǎng)未來發(fā)展的基礎(chǔ)上，何金良毅然決然進(jìn)入自己完全不熟悉的研究領(lǐng)域，開展直流電纜和直流輸電管道的研究。
究其原因，何金良說：“電網(wǎng)承擔(dān)著為社會(huì)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)電力保障的使命，而電力線路是電能輸送的載體，是電網(wǎng)的基礎(chǔ)。”
我國電力需求快速增長(zhǎng)，而風(fēng)電、水電等資源所處的地理位置遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，電力輸送通道問題是制約我國電力發(fā)展的重大問題之一。“解決我國電能輸送通道面臨的問題，必須發(fā)展具有輸送容量大、損耗低、環(huán)境影響小、可埋入地下等優(yōu)點(diǎn)的直流電纜和管道輸電。直流電纜和管道輸電技術(shù)的推廣，將解決電力與自然環(huán)境、電力與城市化之間的矛盾。”何金良說。
2013年底，作為首席科學(xué)家的何金良獲批“973”計(jì)劃項(xiàng)目《大容量直流電纜輸電和管道輸電關(guān)鍵基礎(chǔ)研究》，帶領(lǐng)8個(gè)單位的30名科學(xué)家開展協(xié)同創(chuàng)新研究，重點(diǎn)解決多場(chǎng)耦合作用下介質(zhì)空間及界面電荷的產(chǎn)生、輸運(yùn)、積累及消散過程，絕緣介質(zhì)多性能協(xié)同調(diào)控的理論及方法兩方面重大科學(xué)問題。
“通過研究，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、可回收的非交聯(lián)納米復(fù)合聚烯烴類電纜絕緣材料體系和替代具有溫室效應(yīng)的SF6氣體的管道輸電混合絕緣氣體體系，形成500kV高壓直流電纜和直流輸電管道原型。”何金良說。
“比別人先走半步”；每天工作16小時(shí)。三十多年前，這個(gè)叫何金良的年輕人就是這樣堅(jiān)持下來的，在快樂中研究，在研究中獲得快樂。如今，他的學(xué)生也多次榮獲國際獎(jiǎng)項(xiàng)，成為所在領(lǐng)域佼佼者的大有人在。談到這兒，何金良又笑開了花。
