簡介
電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室是國家計委1989年批准成立,從1991年開始建設,1995年10月通過國家驗收,中國電力工業已經步入以大單機容量、大區域聯網、特高電壓的新時代。在這種背景下,1991年成立了電力設備電氣絕緣國家重點實驗室(SKLEI),1995年通過國家驗收。SKLEI依託西安交通大學,是中國唯一從事電力設備電氣絕緣研究的國家實驗室。
實驗室正在國家計委、國家教育部的領導下和依託單位西安交通大學的支持下,努力健全開放、流動、聯合、競爭的體制,積極承擔國家科技攻關項目、國家自然科學基金項目和省部級科研攻關項目,努力錘鍊業務素質高、結構合理的科研隊伍,培養了一批高層次人才,不斷擴大對外學術交流,進一步提高實驗室在國際國內的學術地位,努力把實驗室建成國家面向電力能源建設的套用基礎研究和高層次人才培養基地。
電力設備電氣絕緣國家重點實驗室是國家面向電力能源建設,依託西安交通大學,在電力設備電氣絕緣領域開展高水平科學技術研究、學術交流、高層次人才培養和科技成果轉化的國家級重要科研基地。
為貫徹國家重點實驗室“開放、流動、聯合、競爭”的方針,充分利用國家重點實驗室平台資源,鼓勵更多本實驗室外的研究人員,在電力設備電氣絕緣相關領域開展創新的前沿研究,提高平台的開放和共享程度,擴大國家重點實驗室的影響力,特設立本國家重點實驗室的開放課題基金,支持電力設備電氣絕緣相關領域的科研人員圍繞本實驗室研究方向,開展課題研究。
研究方向
A. 電介質介電性能和絕緣系統絕緣強度
研究電介質的極化、損耗、電導、擊穿、靜電及流動帶電等特性的理論;研究電介質電性能與材料結構、組成之間的關係;研究電力設備絕緣系統的絕緣強度,包括絕緣系統的破壞機理和影響因素、絕緣系統製造工藝理論等,以提高電力設備絕緣強度,縮小體積、提高性能,為大容量高電壓電力設備的研製與開發提供基礎理論依據。
B. SF6及其混合氣體絕緣和滅弧性能研究
研究SF6及其混合氣體放電特性和滅弧理論,研究快速暫態過電壓(VFTO)下SF6及其混合氣體的擊穿機理,電弧狀態轉換機理等,為SF6氣體絕緣電器和全封閉組合電器的研製與開發服務,為提高氣體絕緣變電站運行可靠性服務。
C. 絕緣測試技術和電力設備線上檢測與診斷技術研究
研究電介質的極化、損耗、電導、擊穿、靜電及流動帶電等介電性能的測試技術;研究各種運行條件下電力設備絕緣性能的變化規律;運用數字分析技術以及最新電子技術和光電技術,研究大型電力設備絕緣檢測與診斷的新理論、新技術,為提高輸變電設備線上檢測與診斷的準確性和電力設備安全運行的可靠性服務。
D. 電氣功能材料和特種絕緣的研究與開發
研究電氣功能材料和絕緣材料的組份、結構以及性能、套用之間的關係,著重研究有機絕緣及其功能材料、無機絕緣及其功能材料、有機無機複合電氣功能材料、電力電子器件絕緣以及特殊環境下使用的絕緣材料和絕緣技術,為電力設備朝著大容量高電壓方向發展以及相應保護器件(氧化鋅避雷器)的開發奠定理論和技術基礎。
E. 電力設備新技術研究
研究電力設備計算機輔助設計理論與技術,開發和完善電力設備絕緣結構最佳化設計軟體和電力系統電器部件計算機輔助設計軟體;研究電力系統中的諧波對電力設備的影響及相應的抑制措施;研究新型電力設備理論和技術,為發展新型電力設備奠定基礎。
優先資助方向
(1)極端條件電介質材料破壞機理,電介質材料中空間電荷,絕緣結構多因子老化,高性能電工材料和新功能材料在電氣工程領域的套用基礎;
(2)特高壓輸變電設備製造的關鍵技術的基礎科學技術;
(3)資源節約和環境友好電工技術基礎;
(4)電力設備測量中的電磁兼容問題,高功率脈衝技術中的絕緣、儲能、開關技術問題,電力電子技術在新型輸電方式中的套用等;
(5)其他電力設備電氣絕緣領域相關的新思想、新方法和新技術研究。
申請人資格
開放課題研究基金面向國內外相關研究領域的高等學校、科研機構、產業部門和其它單位。課題申請者一般為具有博士學位或副教授以上技術職稱的科研人員。
主要成績
實驗室是國際上較早開展SF6及其混合氣體放電特性研究的單位之一,主要研究了SF6及其混合氣體的氣體放電參數測量、沿面放電特性、快速暫態過電壓下的擊穿特性。電介質理論研究方面,集中研究了絕緣系統的樹枝化和空間電荷效應。通過廣泛的國際交流和合作,建立了液體和固體空間電荷測量系統,進行了大量的絕緣系統中空間電荷效應的研究工作。電樹枝現象是實驗室重要的研究課題之一。根據實驗結果和理論分析,本實驗室教授提出了固體擊穿的低密度區理論,並提出了一系列抑制XLPE電纜絕緣中樹枝化和提高擊穿強度的方法。將空間電荷效應和電介質特性結合起來,研究填充和增強的聚合物材料中的界面效應,提出界面空間電荷積聚的動力學模型。
實驗室在電氣功能材料和特殊絕緣技術研究方面也取得了重要成果,研製的超高壓氧化鋅避雷器元件、500kV並聯陶瓷電容器已經在電力系統中得到廣泛套用,開發的阻燃絕緣電纜料已經在全國推廣使用。目前正在開展納米電工功能材料、光電材料與器件等方面的研究工作。
實驗室特別注意計算機和信息技術在絕緣研究中的套用,開發了電力設備絕緣結構最佳化設計軟體、電力系統電器部件計算機輔助設計軟體,套用各種信號分析和處理技術研究電力設備故障診斷和壽命評估技術,研究工作得到國家電力公司的支持。
近年來,實驗室承擔了大量的國家攻關項目、國家自然科學基金項目、省部委基金項目,在高聚物預擊穿的低密度區理論、複合絕緣系統界面介電現象、自動控溫加熱電纜、SF6及其混合氣體的絕緣特性、電力設備故障放電線上檢測與絕緣診斷技術、多種局部放電檢測技術、高壓陶瓷電容器、交聯聚乙烯電纜絕緣料、成套電器計算機輔助設計軟體以及電力系統諧波抑制技術等方面取得了豐碩成果,獲得國家級科研成果獎近十項。實驗室成立以來,培養了博士後3名、博士80餘名、碩士240餘名,為國家建設培養了一批棟樑之材。
近年來實驗室共有縱橫向課題經費600餘萬元,在電工材料和電氣絕緣新理論、新技術方面有較大的突破,獲得國家級獎1項、省部級獎12項、發表論文近500篇(其中被EI、SCI、ISTP收錄140餘篇)、出版著作17本、獲準專利5項,為工廠新增產值超過2億元。
發展優勢
實驗室覆蓋電工材料與絕緣技術、電器兩個重點學科和高電壓技術博士點。研究領域為能源,研究方向是新型電氣絕緣技術和絕緣材料,包括:絕緣系統絕緣強度、介電性能和絕緣測試與診斷、電氣功能材料和特種絕緣、氣體絕緣、電工新技術等。
該實驗室建設總投資115萬美元,國內配套資金427.6萬元人民幣,原有進口儀器設備85萬美元,現有一幢科研用實驗大樓,以及從事電力設備電氣絕緣研究的各類先進儀器、設備和相關的實驗條件。實驗室現有的工作和研究條件可以和世界一流大學的同類實驗室相媲美。
該室現有固定科研人員23名(其中博士生導師7名、教授4名、副教授7名)、技術人員3名、管理人員2名;另有兼職科研人員12名,每年還有一定數量的客座研究人員。實驗室學術帶頭人謝恆堃教授、徐傳驤教授、邱毓昌教授、王建華教授等在實驗室建設和人才培養中起到關鍵作用。實驗室還有一些知名學者,如王其平教授、屠德民教授、陳壽田教授、馮允平教授、馬志瀛教授、曹曉瓏教授等,他們也在實驗室科研工作和人才培養工作起到了重要作用。
實驗室廣泛進行國際、國內學術交流,已與日本、英國、加拿大等國家的大學、科研機構建立了科研合作關係,近四年中主辦國際會議3次、出國參加國際會議20人次、邀請國外專家10人、國際合作項目4項,在國際絕緣界占有重要的地位。
發展戰略
現在中國的電力工業和電氣技術的發展非常活躍,裝機容量可能會在一兩年之內成為世界第一。目前,電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室考慮的是在國家新的發展形勢下如何把工作做得更深入。
電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室要把競爭目標定在全球範圍內,將實驗室建設成為在國際上具有舉足輕重地位的高水平研究基地、學術交流的中心和高層次研究型人才培養基地。吸引全世界優秀的資源和人才,面向世界承擔重大研究任務。
下一階段實驗室的人才培養工作也要更多地實現國際化。電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室的研究生會同國外重要的研究機構聯合來培養,教師要加強互動。電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室將開展更高層次的國際學術交流與合作。
評價
近年來,實驗室針對國家能源電力建設的重大需求、國際學術前沿和國防科技發展需要,圍繞本學科領域關鍵科學和技術問題,開展了系統、深入的研究工作,在電氣工程的重大基礎研究和套用基礎研究及成果轉化方面始終走在前面。
電氣絕緣研究方面的理論基礎研究始終處於國際領先地位。對“電介質物理”基礎理論問題和特殊現象的認識和理解是實驗室始終不斷探索的課題,如電壓敏陶瓷材料缺陷結構及器件絕緣技術的研究成果就處於當前國際領先水平。該領域中世界範圍內的大型國際會議在實驗室開過兩次,由電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室擔任主席,並作大會報告。
開關電器電弧物理過程是個非常短暫和複雜的瞬態過程,是個科研難題。實驗室最早在國內從事該方面研究的,從一開始的學習跟蹤,到創出自己的理論體系,在國際上獨樹一幟。
在一些重大套用項目的研究上,電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室也取得了標誌性成果,引領了學科技術發展方向。如“智慧型化電器”的研究前後歷時15年,從最早概念的提出,到理論體系的建立再到技術套用,並且開發了一大批工業產品,形成了系統的和原創性研究成果。國家對重點實驗室的評估意見認為該項成果“引領了國際上智慧型電器領域的技術發展方向”。
在特高壓電力設備關鍵技術的研究與開發中,提出了特高壓電力設備試驗方法,擬定了一批重大電力裝備國家試驗和驗收標準。以實驗室為主制訂的1000kV交流特高壓輸變電工程關鍵設備技術規範15項,已經用於我國第一條1000kV特高壓輸電線路建設之中。制定的±800kV直流特高壓輸變電工程設備技術規範11項,已經用於國際上第一條±800kV直流特高壓直流輸電線路的建設之中。這些研究成果將解決我國特高壓輸變電工程發展中高電壓與絕緣技術的瓶頸問題,提升我國電力設備關鍵絕緣部件的製造水平和國際競爭力。
在中國西北電網750kV輸電工程電力設備電氣絕緣關鍵技術研究中,制定了中國第一條750kV輸電線路主要電力設備的技術規範標準和現場驗收方法,目前這個成果已在世界上第一條高海拔750kV輸變電示範工程中得到套用。
在2007年,科技部組織的評估中,專家給予了實驗室高度評價。這些年實驗室是如何不斷提升科研隊伍活力的?
在2003年的國家評估中,實驗室的成績並不理想。所以在2003年到2007年這個評估期,我們實施了管理體制與機制的改革,打破了過去實驗室以課題組形式來進行科學研究的鬆散結構,構建了新的管理框架,實行“開放政策”,通過面向國內外公開招聘選拔,加大引進學術大師和優秀拔尖人才的力度。
實驗室成立了研究部和公共技術服務部,聘請了國內著名的4位院士擔任4個研究部主任;新一屆學術委員會,負責實驗室學術工作,積極參與重大項目的策劃和青年學術帶頭人的培養;成立了由支撐學科中青年學術帶頭人組成的管理委員會,負責實驗室重大事項的安排和決策;還成立了由資深老教授組成的顧問委員會,對實驗室重大事項提供諮詢和建議;另外,實驗室聘任了專職行政副主任,制定實施了一系列規章制度,使得實驗室的管理既規範又有條理。
其次就是注重策劃組織重大項目及總結科技成果,組織大型的學術交流活動。實驗室瞄準國家重大需求和國際學術前沿凝練創新團隊,即鼓勵自然凝聚,又適時採取任務管理方式匯聚隊伍,逐步在實驗室的平台上形成了若干跨學科研究小組和以項目爭取和承擔為紐帶的攻關小組。
實驗室承擔了100多項國家任務,累積到款近億元,科技成果在企業轉化所形成新增利稅已超過10億元;取得了3項國家科技進步二等獎,9項省部級科技成果一等獎;主辦了5次國際會議,87場學術報告會,邀請了一大批國內外有較大影響的知名專家學者到實驗室訪問交流。
在這個過程中,實驗室一批年輕的同志經過鍛鍊,進入了國家傑出青年基金、長江學者獎勵計畫特聘教授和教育部“新世紀優秀人才支持計畫”的行列,成為實驗室的骨幹力量、學術帶頭人,這就是實驗室科研活力的源泉。