浅论我国创新绝缘材料护航电能输送

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随着我国经济进入高速发展时代，电力需求极速增长，对电力传输的可靠性和稳定性也提出了更高的要求。电介质材料和绝缘技术是我国超特高压输变电技术的关键基础，材料性能将直接影响超特高压输变电系统的安全稳定运行。相对落后的材料技术以及对使用过程中材料的破坏机理认识上的不足，严重制约了更高电压等级大容量电气设备的发展。

“我们应采用一些先进的测试手段，如空间电荷、树枝老化等，研究材料在使用过程中的老化破坏机理，针对电力传输中存在的问题，有目的、有方向地对材料进行改性和提高，开发新材料，提高作为发展电气设备的基础和关键的电介质材料和绝缘技术，从而实现高稳定、高性能乃至小型化的超特高压输电系统及设备。”谈起自己情有独钟的专业，清华大学周远翔教授思维敏捷而乐观，他带领自己的团队以“推动我国超特高压大容量输变电技术的发展，满足国家战略需求”为己任，不仅在空间电荷、树枝老化等电介质材料和绝缘技术的基础理论研究方面做出了出色的成绩，也致力于成果的转化应用，为我国电力传输奉献着自己的力量。

周远翔，清华大学教授，博导，曾任高电压实验室主任，现任高电压课组组长，中国电工技术学会副秘书长。1988年获清华大学工学学士学位，1991年获中国电力科学研究院工学硕士学位，后留该院高压所参加工作，1995年任电力系统电气设备在线检测组组长。1996年获得日本文部省奖学金，赴日本攻读博士课程并于1999年获得电气电子工学博士学位。1999年被聘为日本新能源工业技术发展委员会(NEDO)

研究员，在日本工业技术院国立资源环境综合技术研究所进行科研合作研究。2000年4月作为清华大学引进人才回国并被破格聘为副教授，2004年被破格聘为教授、2005年被聘为博士生导师，2008年作为教育部高级访问学者在美国麻省理工学院从事科研工作。

跨学科领域的丰富科研经历和国际学术交流经验，使得他具有扎实的学识积累。长期以来，周教授一直从事着高电压与绝缘技术、试验技术、电介质和电工新技术的研究工作，如局部放电机理与应用、电力系统电气设备在线监测与诊断、电力变压器、钛酸钡陶瓷电容器、聚乙烯电缆材料、高压放电处理有害化学物质和环保材料等环保应用，在电介质空间电荷、材料绝缘老化特性研究方面具有独到的见解和较高的理论水平。

他参加编写专著《绝缘自及输变电设备外绝缘》和“十五”国家级规划教材《高电压工程》，在国内外发表学术论文150余篇，入选“教育部新世纪优秀人才支持计划”，曾获省部级科技进步奖1项，中国电力科学研究院科技进步奖3项，优秀论文奖4项，申请发明专利3项已获批2项……

2000年回国至今，在9年时间里，他取得了这些卓有成效的业绩。是什么理念成就了他在清华的事业?他说：“国外多年的留学生涯使我认识到只有国家强大了，才有个人的尊严;而祖国的发展离不开大家的共同努力。作为科研人员，重视基础研究，强化应用研究是为国增光的重要途径!”

立足基础研究，推动技术进步周远翔教授非常重视基础研究对于应用的深远意义。也许，这正是他长年从事科学研究的真实感悟。

访问MIT“基础研究导致新知识的储备，是技术进步和经济发展的先锋。新技术、新工艺、新流程、新产品都是建立在新知识基础上的，都必须从新知识的储备中提取资本。随着科学技术的飞速发展，由基础研究向应用研究或直接生产力的转化的周期大大缩短了，基础研究是技术进步和经济发展的先锋，这一点比任何时候都更加确定。在这种意义上也许可以说，基础研究是现代社会发展的基础。”

他认为，基础研究即使在短期内可能很难见到明显的效果或影响，但从长远考虑是必要的，而且是一个产业的基础所在。所以，他的时间多数是在实验室里度过，在他的时间观念里，似乎并没有假期。看看他在9年里所做的工作，便能清楚地证实这一点。

周远翔教授负责“985工程”和“211工程”的高电压与强电磁环境学科平台规划与建设，负责自然科学重点基金子课题1项和面上项目3项，博士点基金1项，作为主要承担者曾参加“973”项目1项，曾承担“十一五”国家科技支撑计划及多项国家自然科学基金项目的研究工作，承担各类横向课题二十余项，参与和负责的科研工作具有较高的研究水平。

在变压器绝缘分析和故障诊断方面具有丰富的研究工作和现场成功经验，曾在现场多次成功检测并定位了大型变压器故障点并查明故障原因，尤其是在局部放电、色谱检测与分析以及空间电荷、绝缘老化破坏等方面具有深入的研究经验和成熟的工程技术基础，因此获得相关专利和中国电力科学研究院科技进步一等奖。

在新世纪优秀人才支持计划“场强下微观形态对固体电介质材料内部空间电荷特性的影响研究”中，他完成的“高场强下材料微观形态对空间电荷特性的影响研究”，既有创造性的理论背景，又有工程上的实际价值。在研究过程中，对微观形态和电介质材料空间电荷特性进行了深入探讨，对于高场强下聚乙烯中的空间电荷包问题、空间电荷与介质老化破坏机理之间联系的问题等进行了创新性的研究，还对聚丙烯、硅橡胶、油纸绝缘复合材料等电介质材料的空间电荷现象和机理进行了较深入的研究，有体系，有深度，对于电介质材料研究有较大推动作用，也为解决工程实际问题提供了一定的理论依据。

在被评为“优秀”的自然科学基金项目“基于等离子体技术和结构形态的过滤膜驻极体特性研究”中，他提出利用等离子体技术，结合材料改性技术，利用添加剂和热处理的方法，改善聚烯烃的晶相分布，以改善材料中空间电荷和表面电荷的注入、驻留和积聚特性，获取高电荷驻留量、高稳定性的高驻极特性过滤膜驻极体。该项研究是对等离子体应用技术的发展，为驻极体过滤膜高效率过滤口罩、空气超净化装置的工业化生产提供依据，为空气净化与环境改善做出了积极贡献。

目前，周教授还在从事“线路绝缘子饱和等值盐密污耐受电压及复合绝缘子老化性能研究”，这是清华大学从上世纪50年代就开始的一项研究，历经清华几代人的努力，有着比较深厚的积淀，在周教授团队的努力下，几年中更有了突破性的成果。一个个课题是他青春的见证，一项项成果是他心血的凝结。能够为国家电力事业的发展贡献力量，他感到快乐。

对绝缘材料与技术发展的思考2007年，基于国家的战略需求,国家自然科学基金委员会制定了电气科学与工程“十一五”发展战略规划,由周远翔教授主要执笔的《高电压与绝缘》和《工程电介质》两部分内容中明确了绝缘材料与绝缘技术的五年规划任务，从学科规划和国家战略需求的角度来阐述绝缘材料与技术今后发展的问题,着重强调了空间电荷、老化、聚乙烯、硅橡胶、油纸绝缘等关键材料的应用、研究与发展的前景。

对于这位以事业为生命的教授来说，从来都没有停止过对电气绝缘研究的思考。他在自己的论文中介绍了现阶段绝缘材料的现状，提出了自己对其发展的新观点，以及对于绝缘材料未来发展前景的思考。

内绝缘研究方向在我国超特高压输变电设备的发展当中,电缆工业相对比较落后。过分依赖进口的局面不仅增加了输电线路的成本,也导致了我国电缆工业落后,阻碍了超特高压输电技术在我国的发展。因此,从国家战略高度出发,由于缺乏材料基础的支撑,我们面临着能源调配的巨大压力,迫切需要我们自行研究电介质材料,研究破坏机理,研究提高性能的方法,解决电气设备生产的关键和基础问题。

硅橡胶由于具有弹性高、耐温范围广等优异性能,在电缆附件中得到了大量的使用,随着新型液体硅橡胶材料的进步,各国开发了硅橡胶应力锥预制式电缆附件。但进口的硅橡胶电缆附件不仅价格十分昂贵,而且质量也并不稳定,许多产品在仅运行1～2年后就发生了事故,对电力系统造成了极大的损失,究其原因主要是以往硅橡胶大多是作为外绝缘材料在合成绝缘子上大量使用,因此对其研究也多集中于硅橡胶的憎水性、耐大气老化性能、耐漏电起痕性能等外绝缘特性方面,而未对其作为内绝缘材料的相关性能进行足够研究就在电缆附件中大使用,所以在运行后容易出现一些新的问题。

对此,周教授提出有必要采用一些先进的测试手段,如空间电荷、树枝老化等,研究硅橡胶材料在使用过程中的破坏机理,针对硅橡胶预制式电缆附件在运行中出现的问题,有目的、有方向地对材料进行改性和提高,从而提高设备运行的可靠性和稳定性,满足国家的战略需求。

外绝缘研究方向在外绝缘领域研究及设计中,对电场及结构设计进行优化以及采用硅橡胶等新材料是解决污湿、覆冰等环境下外绝缘闪络难题的发展方向,在尚无国外经验可借鉴的情况下,高海拔、覆冰、污秽环境中的外绝缘问题是我国交直流超特高压建设中必须认真解决的问题。

周教授认为，电介质特性的表征和认知程度取决于其测试技术。在探索电介质测试技术新原理和新方法的同时，科学合理的电介质特性的表征方法和体系的建立是评估电介质特性、提高电介质性能和开发新型电介质的重要依据。

空间电荷研究方向空间电荷研究在工程电介质学科战略中被定位于六大发展方向之一，是影响甚至制约核能、航天、航空、国防、超特高压输电、脉冲功率、电力电子、信息和生物技术等近代科学技术发展的重大科学前沿问题。针对国家超特高压直流输电系统的需求，清华大学高电压实验室受国家自然科学重点基金支持开展了以超、高压直流复合绝缘子为背景的硅橡胶和玻璃钢材料的空间电荷特性研究，同时受国家电网公司重点项目支持，正在开展以超特高压换流变为背景的油纸绝缘空间电荷特性研究。

树枝老化研究方向根据学科研究体系和学科发展战略需要，放电及绝缘击穿、绝缘老化与诊断均被列入了高电压与绝缘学科未来十年六大主要研究任务之一。电介质的电击穿与老化也被定为工程电介质学科六大发展方向之一。树枝老化作为电介质放电、老化的一种主要形式，对绝缘材料的性能具有很大的危害，因此开展树枝老化破坏机理与寿命预测研究是当前急需解决的理论问题。周教授的研究团队受国家电网公司重大项目的支持正努力开展硅橡胶材料的树枝老化特性研究，我国创新绝缘材料护航电能输送目前已取得初步进展。

做好基础研究的同时，周教授并没有忽略到其具体应用。

“从应用上来说，我们现在主要解决电力系统设备(如大型变压器等)的问题，国家现在一些特大工程里的变压器面临着节能结构的设计，包括设计过程中会出现的一些故障，如何从材料的角度来研究并解决这个故障，这是我们目前主要的工作。”

居闹市而心自宁，这份宁静来自于心中有梦。周远翔教授的梦想，就是在这项紧系社会生产和大众生活的研究中，实现社会价值。他常说，要实现社会价值必须要做出有益于社会的事情。而他的价值，不正是为护航祖国电能输送而奉献自我吗?

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