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华北电科院卢毅:为电网安全铸造科技“护盾”
新京报 记者 陈琳 王贵彬 编辑 樊一婧
2022-09-22 09:00
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从清华大学研究生毕业到走上工作岗位,卢毅的工作就如同“打怪升级”,总是在不停地攻克一个又一个难题。

带领团队在国内首次完成研发碳纤维复合芯导线,打破了国外供货商的垄断;成功研发了具有自洁性的工厂复合化绝缘子产品……从清华大学研究生毕业走上工作岗位,卢毅的工作就如同“打怪升级”,总是在不停地攻克一个又一个难题。


作为华北电力科学研究院有限责任公司高电压技术研究所所长、教授级高级工程师,卢毅长期工作在一线,从事输电线路与输变电设备外绝缘专业相关技术研究。打个比方,卢毅的工作就像为电网安全设备加上一层科技“护盾”。


华北电科院前身是华北电业管理局中心试验所,是我国最早成立的大区电力试验院(所)之一。目前,华北电科院围绕超特高压输变电运维与检测等方面开展了一系列科技研究工作。


“现代社会的工业生产、日常生活等一系列人类活动,都离不开可靠的电力供应。提高设备的安全运行水平,是维持社会正常运转的重要保障。”卢毅说,作为电力行业中的一员,提高电力设备安全与稳定运行,是其肩负的责任。


卢毅(左)带领研究团队,从电网数字化推动源网荷储协同互动的方向着手,积极推动新型电力系统的建设。受访者供图


直面防污闪,为绝缘子穿上“保护伞”


我国大量的输、变、配电设备长期运行在户外环境,设备承载绝缘供能的部件表面往往会覆盖一层污秽物质,在一定的温度、湿度或者降水条件下,污秽物质会形成导电的液态覆盖膜,降低绝缘子的绝缘性能,致使绝缘子表面泄漏电流大大增加,发生污闪故障,造成大面积和长时间的停电事故,给工农业生产和人民生活带来重大损失。


上世纪90年代到本世纪初,电网污闪事故在我国华东、华北、东北地区大面积发生,其地域之大、故障点之多,在我国电网污闪史上达到空前规模。


在清华大学学习期间,清华“立大志,上大舞台”的教诲深刻影响了卢毅。2006年从清华大学研究生毕业之后,他来到华北电力科学研究院工作,立志将自己在清华大学多年所学的理论知识应用到实际的电力生产和传输当中,解决电力生产和传输中的实际工程问题。


如何将理论与实践相结合,有效地提升输变电设备的运行可靠性,是卢毅一直思考的问题。“投入实际工作后,我觉得自己是幸运的。研究生阶段我的专业就是高电压及绝缘技术,进入华北电科院又加入了高电压技术研究所,研究方向和学习经历契合度相当高,也给了我很好的发挥空间。”


“污闪故障发生,通常有两大特点。”卢毅说,一是电网发生污闪一般不会是一个设备出问题,是由于环境污染造成;二是污闪通常造成的跳闸无法重合成功而直接导致设备停运。


卢毅带领团队,对防污闪涂料、复合绝缘子等硅橡胶类外绝缘产品进行了大量研究,并通过机理分析、模拟试验等途径,解决工厂复合化绝缘子生产工艺、运行维护等一系列关键问题,成功研发了具有自洁性的工厂复合化绝缘子产品,相关研究成果在国内外输变电工程中得到广泛应用,对遏制电网污闪故障发挥了极为关键的作用。


卢毅(左)在现场检查故障绝缘子。受访者供图


此后,覆冰型闪络等又成了新的“顽疾”,常规的技术措施相继失效,业界颇为苦恼。卢毅团队开展输变电设备快速积污型污闪防治技术研究,揭示了快速积污型污闪的机理,提出了防治措施,研制了适用于不同设备的大盘径辅助伞裙,该技术在500kV至1000kV超特高压输变电工程中得到广泛应用。


在研发防污闪辅助伞裙期间,为了获得辅助伞裙在降雨、覆冰、高湿度、高温度等恶劣气象条件下的运行特征,研究团队决定使用多功能气候试验箱开展模拟真实自然环境试验研究工作。


多功能气候试验箱可模拟覆冰、覆雪、降雨等多种恶劣气象条件。在多功能气候试验箱里开展试验研究,也异常辛苦。在试验过程中,卢毅为了精准获得第一手的试验数据,在实验室一泡就是一整天。测定降水强度、拍摄记录试验数据,在多功能气候试验箱里爬上爬下,有时候湿透的衣服不知是融化的雪水、淋湿的雨水还是自己的汗水。恶劣的试验条件使得记录试验过程的数码摄像机都报废了,工作过度劳累也让卢毅发烧生病多日,但为了节省试验时间,卢毅始终坚守在试验岗位上。


最终,他出色地完成了辅助伞裙在恶劣气象条件下的全部试验,为产品技术标准的制定积累了详实的基础数据,也为辅助伞裙的研发和大规模工程应用奠定了基础。


打破碳纤维导线“卡脖子”技术


随着经济高速发展,城市用电量也一直高速增长。数据统计,2020年,北京全年的用电量达到了1139.9亿度,约等于1.5个三峡发电站的年发电量,很多城市原有输电线路输送能力已不能满足负荷的快速增长,更换导线、加粗导线、新架设专线势在必行,于是输送容量大且更为节能环保的碳纤维复合芯导线应运而生。


目前我国已经在碳纤维复合芯导线技术方面处于世界领先地位,我国也是使用碳纤维复合芯导线最多的国家,总长度超过2万公里。


但是为了研制出这种性能更好的导线,我国科研工作者却付出了巨大的努力。


这种碳纤维复合芯导线并非我国首创,早在20世纪七十年代,国外就开始研发,并投入市场。卢毅介绍,碳纤维材料具有重量轻、强度高、耐高温、抗摩擦及耐腐蚀等特性。以碳纤维复合材料作为芯体的导线可发挥碳纤维材料的优势,为线路增加输送容量、提高安全运行水平。


然而,发达国家垄断高性能碳纤维和碳纤维导线技术,以及配套技术不完善等问题严重阻碍国内碳纤维导线的推广应用。碳纤维复合芯导线进入中国,核心技术却掌握在国外手上,国外企业生产核心部件,国内合资单位负责成品组装,相关的应用设计全都是老外说了算,中国工程技术人员提出的产品优化建议都被无视。


面对外资企业的技术封锁,从一张白纸开始的研究工作显得异常困难,卢毅笃定要打破少数发达国家对碳纤维导线技术垄断的目标。为了设计优质的新型碳纤维导线,得到导线的性能数据,卢毅需要在八达岭试验站的空地上搭建非常规的试验装置。那段时间正值夏季,他常常白天在现场顶着高温开展研究,其使用自行设计、研制的导线试验装备完成了大量的测量试验,收集了第一手的导线性能试验数据。


碳纤维复合芯是由碳纤维与合适的树脂体系复合而成,其中高性能碳纤维可以提供优异的高温稳定性,因此不同的树脂体系会对复合芯的耐高温性能产生极大的影响。当他带领团队经过反复配方、试验、筛选,成功研制出高性能碳纤维、改性双马树脂这两种核心材料时,按理说研发出国产碳纤维复合芯导线应该指日可待了。天不遂人愿,就在团队距离成功只有一步之遥的时候,一个噩耗,让整个团队都陷入到了低谷。


“当时我们是在与时间赛跑。国外的团队在国内申请到技术专利,知道这个消息给了我们很大的打击,要是继续按照这个方式研发下去,我们就侵权了。所以只能被迫选择绕开他们的专利技术,重新调整方案。”


卢毅说,本以为这次意外会影响到国产碳纤维复合芯导线的研发之路,没想到却给团队带来了意外收获。国外碳纤维复合芯的纤维丝排列结构有利于承受拉伸载荷,但抗纵向开裂性能相对偏低,不利于承受运行中的弯曲及扭转载荷。项目设计了抗纵向开裂结构,在复合芯拉挤工艺生产线中,通过优化纤维丝的排列结构和生产工艺,既区别于国外产品的技术工艺,又有效提高了复合芯的抗纵向开裂性能。


仅仅用了一年多的时间,卢毅就带领团队完成了碳纤维复合芯导线的研发工作,经成果鉴定,其核心指标达到国际领先水平。“从我们开始研发,进口的碳纤维复合芯导线价格就不断下调,每公里30万元到20万元,再到10万元,最终降到了每公里7万元左右。”


不过,还没来得及享受这一研发成果的喜悦,新的问题又摆在了他的面前。因为碳纤维复合芯导线技术是国内首创,没有现存的经验进行借鉴,设计院常用的设计软件也不具备计算设计能力,所以这个产品设计院也没有办法做;配套金具不完善,如何才能将这些导线更换到现有的电网线路上也是难题。这些都成为碳纤维导线应用道路上的“拦路虎”,而这些恰恰不是卢毅专业所长。


他并没有被这些困难吓倒,没有人做工程设计,卢毅就自己啃起了厚厚的设计手册,从最基础的力学知识到线路工程的设计条件一项项学习;没有合适的施工机具和配套金具,他就组建团队自行研发、反复优化,爬山越沟选择最恶劣的施工条件进行验证。多少个深夜,他常常被家里婴儿的哭闹声打乱思绪,刚哄完孩子,他又默默投入到学习和研究中,生生地把自己逼成了精通多专业的“全才”。


9月14日,卢毅在位于华北电科院的“柔性直流输电运维检修技术实验室”内检查设备运行情况。新京报记者 王贵彬 摄


推动电网“智能化”,为“双碳”目标做贡献


在华北电力科学研究院内,一幢二层小楼挂着“卢毅职工创新工作室”的牌子,这里同样也是于今年5月成立的“柔性直流输电运维检修技术实验室”。走进大厅,右手边有一个“±500KV张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程”的沙盘。


“一个高效灵活的电网,一定是响应速度非常快的。现在电网设备规模不断在增大,线路在变长,电站也在增多,但电网公司人员很难相应增加。这时候要做好更精益化的运维,就需要走智能化的道路。”卢毅说。


为积极响应习近平总书记关于建设以新能源为主体的新型电力系统、全力推动“碳达峰、碳中和”目标实现的决策部署,卢毅带领研究团队,从电网数字化推动源网荷储协同互动的方向着手,积极推动新型电力系统的建设。深入研究分布式新能源、工业可调负荷、储能与电网协同互动的运行机理,探索电力主干网架、中低压配电网、典型用户、关键设备等多维数据融合应用的实施路径,充分利用人工智能、云边协同与大数据分析,以期实现海量电力大数据资源唤醒,进而推动源网荷储数据的全局共享和业务平台功能的融会贯通,探索新型电力系统数字化的发展潮流。


面对张北柔直电网工程首台套设备多、技术壁垒高的问题,卢毅从张北柔直工程投运伊始,就着手谋划柔性直流输电运维检修实验室的筹建,从无到有建成了柔直电网硬件在环仿真能力和电力电子器件性能试验能力,成功获批省公司重点实验室授牌。


今年北京冬奥会期间,3大赛区26个场馆全部使用绿电,这也是奥运历史上首次实现全部场馆100%绿色电能供应。据了解,奥运场馆的照明、运行和交通等用电,均由河北张家口的光伏发电和风力发电提供。通过沙盘,可以清楚地看到,来自张北地区的风能、太阳能等清洁能源产生的绿电,通过张北柔性直流电网工程输入北京电网,它们通过适用于北京冬奥会的跨区域绿电交易机制,照亮北京赛区场馆,为冬奥场馆的“绿色运行”提供保障。


■ 匠心解读

如何理解匠心精神?匠心精神如何坚守,如何传承?


卢毅:面对困境,要有敢于创新的决心和胆量;面对失败,要有百折不挠的恒心和韧劲;面对细节,要有不懈追求的耐心和坚持。要热爱自己从事的事业,工作可能会换,生活可能会变,但对事业的理想和信念可以激发一个人持续投入热情和精力,也会提供追求至臻至善的动力。同时一项伟大的事业,能够凝聚一大批人为之共同努力,这种精神和动力也因此能够不断传承和延续。


■ 匠人心声


新京报:在你的生活和工作中,哪些东西是一直在坚守的?


卢毅:坚持用自己学生生涯、工作经历中所学到的知识,来解决工程问题。不服输,不放弃任何遇到的难题。永远觉得别人能做到的,我也可以,而且要做得更好。


新京报:什么时候是你认为最艰难的?能够坚持下去的原因是什么?


卢毅:科技创新需要打破固有的经验和常规的做法,不仅要在技术难题上取得突破,还要破除行业领域固有的观念,哪一方面都不会一帆风顺,都需要异于常人的执着和坚持。


我始终觉得自己参加工作赶上了国家科技迅猛发展的好机遇,工程技术领域为大量科学家、工程师提供了很好的舞台,尤其是我所在的电力行业,发展更是日新月异,我们接触到的工程、从事的研究,很多都处于世界领先水平,这种自豪感给了我动力。


新京报:你希望未来还取得怎样的成就,对未来有何期待?


卢毅:总书记提出了双碳目标,中国的电力事业正阔步走在建设新型电力系统的大道上,我相信中国的电力系统还将迎来更为蓬勃和迅猛的发展,达到前所未有的技术高度。在这个发展的道路上,我们将迎来更多挑战,也将迎来更多机遇。清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动成为新型电力系统的主要特点,更多新能源的消纳,更高的电力电子化和数字化水平,都会带来广阔的研究空间,我也希望能在电网设备智能化运维等方面带领团队取得更多的研究成果。


新京报:你感觉自己获得的最大的快乐是什么?


卢毅:当我的研究成果得到行业认可,当提出的技术措施得到广泛应用,当我付出的努力为推动领域技术进步发挥作用的时候,会有浓浓的幸福感和获得感,也是我获得的最大快乐。


■ 人物简介


卢毅,男,39岁,中共党员,工学硕士,华北电力科学研究院有限责任公司高电压技术研究所所长、教授级高级工程师。他长期奋战在一线,从事输电线路与输变电设备外绝缘专业相关技术研究工作,取得多项国际领先水平成果。凭借优异的表现,荣获了国家电网公司优秀专家人才、十八大保电先进个人、科技先进工作者标兵、优秀共产党员等荣誉称号。2020年,荣获北京市科协和北京市人力社保局联合评选的第二十四届北京优秀青年工程师标兵称号。


新京报记者 陈琳

编辑 樊一婧 校对 翟永军

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