
荣命哲,西安交通大学电气学院教授,“长江学者”、国家杰出青年科学基金获得者、国家自然科学基金创新研究群体项目“电力设备绝缘与放电”创新群体带头人。深耕电力开断技术领域,首创电流零点和电弧零区主动调控的交流开断新原理,研制出国际首台210kA环保型发电机快速断路器和世界首台800kV/80kA大容量断路器,满足国家多类发电并网需求;首创利用电弧能量实现直流电流开断的新原理,突破舰船及城市直流电网建设瓶颈,推动我国占领直流开断技术的国际制高点;建立的放电等离子体数据库被全球近30个国家的260余家机构采用。
西安交通大学电气工程学院教授荣命哲与团队二十年如一日,坚守核心技术自主创新信念,从打破国外垄断的舰船专用直流断路器,到服务“双碳”目标的环保型发电机出口断路器,一项项国际领先的成果背后,是一条贯穿“国家需求—技术攻关—产业应用”的清晰路径。
未来,荣命哲将带领团队继续向电力装备全电压等级、六氟化硫替代、军民融合等战略领域进军。
《科学新闻》:您带领的团队很早就坚持走自主研发之路,这一理念是在何时逐步形成并坚定的?
荣命哲:我们团队很早就意识到核心技术必须实现自主可控,这一原则不随外部采购环境而改变,要始终秉持敢为人先的创新精神,避免在关键领域受制于人。着眼于现阶段,我们可以骄傲地说,有些技术就连国外也没有。
20年前参与国防项目时,我首次深刻认识到核心技术自主对国家战略安全的重要性。2005年承接舰船电力系统升级项目时,明确需要的直流断路器装备在国际市场没有供应渠道,且国防专用装备存在天然的外部禁售风险,叠加当时复杂的国际形势,进一步坚定了我们“核心技术必须自己掌握”的研发理念,从那时起便确立了自主攻关的长期方向。当然,这也与我们研究的装备的特性有关,任何一个孤立的技术、装备、器件如果被卡住,就会满盘皆输。
《科学新闻》:您的团队在电力装备相关领域取得了哪些国际领先的技术成果?这些成果的应用场景和核心优势是什么?有什么经验可以分享?
荣命哲:第一个是我们从2005年启动研发、2012年完成定型的世界容量最大的舰船专用型直流断路器,其在开断能力、可靠性、小型化设计等核心技术性能与创新点上均达到国际领先水平,成功适配大型舰船电力系统的特殊工况需求。
第二个是我们研发的大型核电、水电等机组中运用到的发电机出口断路器,打破了国际巨头在核电、水电机组用发电机出口断路器领域的长期垄断,故障切除时间较国际同类主流产品缩短近50%,大幅提升机组运行的安全性和稳定性。我们采用环境友好型绝缘与灭弧介质,逐步替代传统高污染的六氟化硫介质,契合“双碳”目标下的绿色发展需求。2024年成果顺利通过国家级技术鉴定,被国家能源局列为能源领域首台(套)重大技术装备,具备大规模推广应用条件。
第三个是先后应用于苏州城市直流电网示范工程、深远海风电并网工程及多个城市电网直流示范项目的直流断路器装备。我们针对电网运行、新能源并网等不同场景需求,优化了适配性设计,使得各项性能指标均达到世界领先水平,为直流电网的安全稳定运行提供了核心装备支撑。
第四个是针对风电、光伏等新能源发电的间歇性、波动性导致的并网稳定性问题,研发了系列化并网装备与控制技术,成功支撑世界规模最大的新能源并网示范工程落地,有效提升新能源消纳能力和电网对新能源的接纳水平。近期,我们成功研发500kV、800kV的80kA世界首个高压断路器,其中500kV产品已在广东地区的电力工程中投入实际应用,运行状态良好;800kV产品已完成全部研发与测试工作,即将正式落地应用于特高压电网项目。
这些成果的取得可总结为四点经验。一是团队带头人需具备清晰的科研方向把控能力,锚定国家战略需求与产业发展痛点,为成果转化指明方向;二是建立公平合理的成果共享机制与利益分配制度,凝聚团队核心向心力;三是重视青年教师与研究生的培养提携,传承严谨务实的科研精神与技术经验,筑牢人才根基;四是在团队内部厚植以家国情怀为核心、融合西迁精神的文化氛围,强化全员的责任担当与使命意识,注入精神动力。
《科学新闻》:团队未来自主研发的重点方向有哪些?科研成果从实验室走向应用需经历哪些关键转化阶段?依赖哪些核心支持条件?
荣命哲:研发将聚焦交直流电力系统的全电压等级覆盖,核心是推进直流转化技术升级,重点攻关200kV、500kV、800kV等关键电压等级的柔性直流技术,该技术将主要应用于深远海风电并网、跨区域电网互联、城市配电网升级等场景。研发过程中既要保持技术的国际领先性,也要通过优化设计、创新工艺等方式实现成本合理控制,提升市场竞争力。
在基础转化阶段,完成从实验室原型技术到企业可量产产品的转化,重点要解决技术的工程化适配、可靠性验证、生产工艺优化等问题,确保技术具备规模化生产的条件。2012年,我们与平高集团成立的联合研究院是西安交通大学首个校企联合研究院,正是这类转化的典型实践,目前这种模式已在创新港全面铺开。在工程转化阶段,实现从定型产品到实际工程应用的落地,需完成产品与具体工程场景的适配调试、性能验证、安全评估等工作,打通“技术—产品—应用”的“最后一公里”。
这一方面依赖大学(技术研发源头)、企业(生产制造与市场对接)、用户(应用场景与需求反馈)三方的深度协同合作,形成“研发—生产—应用—迭代”的闭环;另一方面离不开国家首台(套)重大技术装备政策的支持,通过政策引导降低市场推广门槛,为自主创新成果提供示范应用机会。
《科学新闻》:依托现有实验室平台,团队未来还有哪些布局?
荣命哲:主要有三大核心布局,均围绕国家战略需求与技术创新展开。
一是攻克六氟化硫替代技术。六氟化硫是《京都议定书》管控的温室气体之一,具有极高的温室效应潜值,主要应用于电力装备领域,减少其泄漏排放的核心责任在电力装备行业,是国家重大需求与世界技术挑战。我们已形成全新替代思路并启动布局研究,联合制造企业、研究院所、电网公司组建产学研运团队,推进彻底替代技术的研发。
二是深化军民融合。20年前,我们为国防单位研发的直流断路器项目,相关技术不仅服务国防领域,还成功拓展至地铁领域,打破了我国城市轨道交通电气装备国产化的最后一道壁垒,此前地铁用直流断路器全依赖进口。未来,电气工程学科将持续拓展军民融合方向,实现技术双向转化与多场景应用。
三是推进医工交叉与多领域应用。团队已在该方向深耕10年并取得多项成果,其核心是电气科学与医学的交叉创新,即等离子体医学,应用场景覆盖美容、皮肤病治疗、癌症治疗等,同时延伸至空气质量治理、水果及农产品保鲜、杀菌消毒等领域。例如,通过电气工程方法研发的等离子体活化水可实现无毒防虫,减少农药使用,未来将持续服务农业生产与民生需求。■