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封面人物|中国工程院院士沈国荣:秉科技报国初心 为电力安全护航

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编辑部
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能源产业聚焦
2022/06/13 17:26
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【摘要】:
回顾我国能源装备技术数十年来的发展之路,在从弱到强的过程中,涌现了一代又一代的杰出科技创新人物。他们始终心系祖国,根据国家能源战略和市场发展需要,开展核心技术攻关和成果转化研究,突破“卡脖子”难题举措,创造了今天这举世瞩目的科技成就。

能源要发展,装备须先行。无论是维护国家能源安全,还是推动低碳转型,科技装备创新都具有十分重要的战略地位。

回顾我国能源装备技术数十年来的发展之路,在从弱到强的过程中,涌现了一代又一代的杰出科技创新人物。他们始终心系祖国,根据国家能源战略和市场发展需要,开展核心技术攻关和成果转化研究,突破“卡脖子”难题举措,创造了今天这举世瞩目的科技成就。

中国工程院院士、著名的电力系统自动化专家沈国荣就是其中的一位杰出代表人物。他提出并组织构建以“三道防线”为基础的电网安全稳定控制架构,为保证我国20多年未发生因故障引起的大面积停电事故起到关键作用;他创立南京南瑞继保电气有限公司,带领团队开发的系列化电力保护控制及智能电力装备得到广泛应用;他高标准提高电网安全稳定、经济高效的运行水平,为推动我国电力科技进步和重大电力装备国产化做出了卓越贡献。

“电网安全的实际需要,就是我创新的动力”

能源是社会经济发展的“血液”,电力与生产、生活息息相关。对电力系统来说,安全稳定始终是头等大事,一旦发生大面积停电事故,将给生产、生活造成重大影响和损失。我国电网主网已经多年没有发生稳定破坏及大面积停电事故,这背后离不开电网安全“保护神”——继电保护。继电保护就如同家里用的保险丝,低调而不可或缺。当电网出现故障,系统平衡就被打破,轻则损害电力设备,重则造成大面积停电。此时就需要继电保护装置这个“保险丝”来切除故障,避免故障“感染”到整个电网。

沈国荣与继电保护事业的结缘,始于20世纪70年代。1970年,沈国荣从南京电力专科学校毕业后,被分配到水电部南京水利电力仪表厂(后更名为南京电力自动化设备厂)。工作实践使他感到继电保护装置生产难度大、调试复杂,难以很好地为电力系统的安全运行服务。当时国内的500kV电网的建设在即,国内还没有相应的配套继电保护装置,只能依赖国外进口。

沈国荣学习与成长的时期,也是我国电力事业高速发展的时期。早年,我国继电保护技术落后、大面积停电事故频发,1970—1990年期间,我国发生电网稳定破坏和大面积停电事故272次,平均每年14次。同时,国外继电保护也存在传统继电保护的痼疾,事故频发,正确动作率很差。

“电网安全的实际需要,就是我创新的动力”,当年这句朴实的话至今仍挂在他的嘴边。以“创新为国、创新为民”为己任,沈国荣着眼国家战略需求,在责任感的鞭策之下,一头扎进了攻克电网安全难题的挑战中,踏上了自主创新的征程。

突破,必须从解决技术难题入手。

1979年秋天,他以优异的成绩考取了电力部南京自动化研究所(现国网电力科学研究院)的研究生,如饥似渴地学习继电保护及相关知识。研究生求学期间,沈国荣没有追随当时国内外许多继电保护科研单位都大力开展的行波保护研究,经过深入的分析,他独辟蹊径,探索新的保护原理,研究新的实施方案。

他针对国内超高压线路保护的实际需要,针对国外保护的缺陷,首先完成了“工频变化量方向继电器”的研究,并以优异的成绩获得工学硕士学位,这篇后来发表在全国继电保护专业学术会议上的毕业论文被评为1982年中国电机工程学会优秀论文一等奖,这让沈国荣站到了继电保护技术的前沿,其后以“工频变化量原理”为核心理论基础构成了完整的继电保护体系,1992年获得“国家发明奖”二等奖。

1982年,沈国荣留在南京自动化研究所继电保护研究室工作,在他潜心研究工频变化量继电器的同时,还急电力工程建设所急,用巧妙的构思研制出SBT一I型失步解列装置。这种电力系统安全自动装置与国内外同类产品相比,具有原理先进,可靠性高使用灵活等特点,其性能居国际领先水平。

该成果一经研制成功立即在我国西南、西北、华北、东北、华东、华中等各大电网中推广应用,1990年获“国家发明奖”二等奖,这也是我国电力行业历史上第一个二级以上的国家发明奖。

 

“不要迷信外国技术,要想办法超越它”

创新,如同在崎岖的山路上跋涉,要跨越重重高山,踏破无数铁鞋,才能享受“无限风光在险峰”的喜悦。

由于国内技术落后,20世纪90年代之前,我国的高压电网继电保护市场90%以上的份额被国外大公司所占领。在80、90年代,由于我国电网建设的需要,不得不花大量的外汇购买国外继电保护装置。

“受制于人,不但导致我国继电保护产品的市场价格下不来,也使得我国在大型电站和电网的建设上,不能完全自主。”沈国荣回忆道。

面对我国的继电保护国产化的重重困难,沈国荣决心用中国的继电保护技术装备中国的电网。他十多年如一日地苦心钻研,终于使“工频变化量”在继电保护专业形成了一个严谨而又完整的理论体系,取得了继电保护专业在理论上的重大突破。

他带领一批有志于我国继电保护事业的科研、生产人员,短短几年就推出一系列具有国际或国内领先水平的产品。

直到今天,在研究技术问题时,沈国荣总是那句话:“不要迷信外国技术,要想办法超越它。如果当时继续迷信外国人的理论,我们现在仍然可能对大面积的停电事故束手无策,而国家的外汇也会继续源源不断地流进外国人的腰包。”

在研究所里做了半辈子研究的沈国荣,对市场进行研判后清晰地认识到“:将自主创新的技术产业化,让其产生最大的社会和经济效益,更是我们义不容辞的使命。”一直扎根科研的沈国荣决心干一番以前从没做的事业——走创业之路,做技术设备。

从1995年创建南京南瑞继保电气有限公司(下称“南瑞继保”)伊始,沈国荣深知,将理论与技术变成产品,从实验走向产业化,并非易事。除了科研专家,他还要做企业的“当家人”,肩负着国家电力科技进步和企业发展的沉甸甸责任。

对于一个初创的科技企业来说,“找市场”是一项艰巨任务,更何况是要与ABB、西门子、GE等享有国际声望的跨国巨头面对面竞争。

如果说聚焦产业前沿、化解产业痛点是一家企业成功的必修课,那么钻研产业难点、努力掌握技术话语权,并甘于坐冷板凳,是技术型企业家的基本功。锲而不舍的创新精神使沈国荣的科研成果一直领先。

1999年,根据他的原创系列发明专利开发的继电保护产品获得1999年国家科技进步一等奖,成为中国设立国家科技进步奖推广应用类十多年以来第一个获此殊荣的成果,同年他当选为中国工程院院士。

事实证明,技术的领先为南瑞继保带来了市场的领先。

从20世纪90年代中国80%的超高压继电保护都依赖国外进口,到如今南瑞继保的产品遍布中国各大电网,拥有40%的保有量,一举打破了国外大公司的垄断局面。正是由于近年来中国电网大量使用了以南瑞继保为引领的继电保护装备,自2000年之后,中国电网再也没有发生过大面积停电事故。

在他的带领下,南瑞继保已成为国内电力保护和控制领域最大的产业化基地。“西电东送”工程、三峡输变电工程、西北电网750kV输变电工程、载人航天工程等众多国家重大工程都用上了南瑞继保的产品。因其为推动我国电力科技进步和重大电力装备国产化做出了积极贡献,沈国荣在首届中国能源产业发展年会上获评“中国能源装备终身成就人物”、在第四届中国能源产业发展年会上获评“能源70年•功勋人物”两大殊荣。

 

“只有独立自主发展,才能让中国‘电力大动脉’安全地奔腾不息”

本世纪初,随着三峡工程等重大能源工程的建设与陆续投产,强大的电能需要通过直流输电送到东部地区。

直流输电技术是支撑“西电东送”能源发展战略的关键技术“。没有控制保护直流输电就没有生命,直流输电控制保护系统就像人的‘大脑’和‘中枢神经’一样至关重要且最为复杂,它使直流输电具有最基本的传输功率功能到在各种动态过程中具备稳定的性能。”沈国荣比喻道。

直流输电控制保护系统长期以来掌握在少数几家外国公司手上,虽经多次引进但国产化问题一直没有解决。

“只有把控制保护学到、吃透、并能独立自主发展,才能让中国‘电力大动脉’安全地奔腾不息。”2001年,沈国荣主动请缨,带领南瑞继保承担了直流输电控制保护国产化重任,在技术引进的基础上迈出了直流输电控制保护的国产化步伐。

直流输电控制保护技术难度高,走这条技术路线意味着要承担巨大风险。但沈国荣通过调研总结,认为南瑞继保具备人才和机制的优势,有能力也有信心攻克这一难关。他顶住压力,毅然带领团队开始向“最复杂输电技术”发起挑战。

在沈国荣的带领下,短短不到一年的时间就完成了由引进、吸收和验证,就具备了自主开发直流控制保护系统的能力。然后,南瑞继保仅用了两年半的时间,完成了全套国产化直流控制保护系统的硬件设计和软件开发工作。2005年4月1日,国内第一套完全国产化的高压直流控制保护系统“葛洲坝至南桥±500千伏直流控制保护系统”启动一次性成功。

同年,又率先顺利完成了我国首个国产化项目——灵宝背靠背直流输电工程。

经过近二十年孜孜不倦的研发创新与产业化应用,高压直流输电控制保护系统成为目前南瑞继保的核心产品之一,对于特高压和智能电网工程的顺利实施起到了重大促进作用。

随着中国经济的进一步腾飞,跨区电能传输需求日盛,特高压建设提上日程。电压等级越高,输送能力越强,其安全保障要求就更高,构建“电力主动脉的新大脑”,成为沈国荣的新目标,于是他着手牵头进行特高压直流输电控制保护关键技术攻关。

运用在控制保护领域的经年积累,沈国荣先后在串联阀组协调控制与在线投退、超长线路行波保护等方面提出了一系列创新性的解决方案。2008年,首个自主知识产权的特高压直流控制保护系统问世;同年,成功研制自主知识产权高速电子式测量装置和光学测量装置,替代进口;2015年,成功研制新一代高可靠性特高压直流输电晶闸管换流阀,从而构建了完整的特高压直流输电核心成套装备,在我国特高压直流输电工程建设中发挥了巨大作用,成为我国特高压直流输电工程安全可靠运行的强有力保障。

在电网技术发展历程中,沈国荣分析看到,常规直流输电在分布式新能源并网等复杂应用领域存在短板,柔性直流输电正好能弥补这些短板。面对电网的深刻变革,沈国荣前瞻性地把目光投向了第三代直流输电技术——柔性直流输电技术。

然而,征服柔性直流输电技术高峰并非易事。可借鉴的经验少,原始创新难度极大。“不管多难,我们一定能做出自己的柔性直流输电装备来。”数十年来坚持创新并有丰富经验的沈国荣内心十分坚定。

2011年,南瑞继保自主研制的国内首套柔性直流输电控制保护系统在上海南汇柔性直流输电示范工程中投入运行,在世界首次现场交流系统故障穿越试验中表现出优异的整体性能。2020年6月,随着世界首个直流电网——张北柔性直流电网示范工程的投运,在世界范围内首次攻克了包括直流线路故障快速定位与清除、新能源孤岛可靠接入等技术难题。

2021年,南瑞继保特高压柔性直流输电核心装备支撑昆柳龙特高压柔性直流输电示范工程顺利实施。该工程在世界上率先建成系统全面的特高压多端混合柔性直流技术知识产权体系,创造了19项世界第一,进一步擦亮了“特高压”的国家名片。目前,中国柔性直流输电技术已走到了世界最前列。

 

“厂房设备值不了多少钱,真正值钱的是人才”

短时的做大做强并不算什么,重要的是为企业争取长远的发展机会。“在南瑞继保,厂房设备值不了多少钱,真正值钱的是人才。”既是科研工作者,又是企业当家人的沈国荣坚信,对于电力自动化这样的高科技产业,人才是第一位的。

如今担任南瑞继保副总经理、总工程师的陈松林永远记得1996年7月夏天的一个晚上,沈国荣把当时27岁的他叫到办公室,问:“你愿不愿意去清华大学深造读研究生?”

面对这样难得的机会,陈松林既惊喜,又为难:“当然愿意!可我担负的工程和研发项目怎么办?”沈国荣给了陈松林一颗定心丸:“把你手头的工作在一个月内转交给其他人,9月份去清华大学读书。”

在清华大学学习的三年里,南瑞继保负担了陈松林的工资、学费和路费。而带着工作中实际问题去学习的陈松林,也对主设备保护的原理有了更深的认识。

像陈松林这样的“千里马”,在南瑞继保还有很多。沈国荣像慧眼识才的“伯乐”,发掘并培养出一匹匹“千里马”在科研的天地里驰骋,让一个个人才的聪明才智在创新中得到施展。

经常到各个研发部门转转,是沈国荣多年来的工作习惯。每到一处,都要询问一下该部门的最新进展,哪个项目遇到了难题,哪个项目取得了突破,哪些项目还需要协调……作为搞技术出身的内行,对于团队在研发中出现的问题,他都及时给予指导;对于困惑业界的不少技术性难题,他干脆坐下来,和大家一起探讨,提出解决建议。

爱才、惜才,更注重培养具有创新精神并能协同工作的高端科技和管理人才。以沈国荣院士为首,培养了多位40岁左右的学科学术带头人,一批30岁左右的技术带头人,他们中既有国家万人计划、百千万人才工程人才、科技部创新领军人才,也有江苏省333高层次人才、国网优秀专家人才,打造了一支朝气蓬勃、充满活力的高素质队伍。

高校的优秀学子就是能源电力领域未来的栋梁。南瑞继保以校企合作为抓手,与清华大学、浙江大学、华北电力大学等10多所全国重点高校开展了两个基地(实习和就业)建设、专业技术交流、实验室共建、奖教学金设置等,多年来培养了上万学生,同时吸纳了数千优秀学子就业。

“作为科研工作者,他总是持之以恒、锲而不舍地奋战在研究开发的第一线;作为企业家,他总是勤勉务实,以大公无私的博大胸怀经营着企业。”南瑞继保副总经理毛仕涛这样评价沈国荣。

多年来沈院士带领南瑞继保创新、创业的同时,十分重视人才培养与科学管理方法,积淀和形成了极具特色的优秀企业文化。“这是一笔宝贵的财富,也是南瑞继保有别于其他企业的重要标志。在南瑞继保,我们强调‘以解决问题为导向、以做到最好为目标’的价值判断和‘持之以恒、锲而不舍’的奋斗精神,强调‘全员研发、全员营销、全员质量控制’的管理理念和‘把所有工作完成在出厂前’的责任意识。南瑞继保正是依靠践行和传承企业文化,才能直面困难、迎接挑战,不断取得新的成绩。”南瑞继保总经理李九虎对记者表示。

当一个人的精神化作了一群人的信念,世上便再也没有难越之山。

在沈国荣的带领下,20多年来,南瑞继保坚持在优势领域做深、做透、做精,并在丰富的经验积累基础上向相关领域拓展,每拓展一个领域均能迅速成为行业翘楚。

光阴沧海,记录匠人初心。岁月长轴,观照报国之志。沈国荣用一颗笃定的电力“匠心”,鞠躬尽瘁,不仅成就了自己在电力系统控制保护领域日积月累、厚积薄发的人生,更推动了我国电力控制保护行业发展、国家电力科技进步的大跨越。

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