在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國(guó)電力工業(yè)正進(jìn)行綠色轉(zhuǎn)型。變壓器作為電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備，其能效提升和環(huán)境友好性是行業(yè)核心課題。非晶合金變壓器因節(jié)能特性出現(xiàn)，但也面臨技術(shù)瓶頸。在此背景下，江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院劉道生教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在先進(jìn)電力裝備與電氣設(shè)備領(lǐng)域深耕十余年，專注非晶合金變壓器振動(dòng)特性與降噪、電磁優(yōu)化計(jì)算、換流變壓器主絕緣擊穿特性等關(guān)鍵技術(shù)研究，為我國(guó)電力裝備綠色化、智能化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

主要學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)

非晶合金材料的磁致伸縮系數(shù)是普通硅鋼片的2倍，且對(duì)應(yīng)力極為敏感，導(dǎo)致運(yùn)行噪聲常常超出國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，成為制約其推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。劉道生團(tuán)隊(duì)在國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和江西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過(guò)多年潛心研究，構(gòu)建了完整的非晶合金變壓器振動(dòng)噪聲控制技術(shù)體系。

團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了“H”形油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在上夾板處創(chuàng)造性地融合了加強(qiáng)筋與微孔板吸聲裝置，形成一體化降噪系統(tǒng)。在微觀層面，通過(guò)精確測(cè)量發(fā)現(xiàn)非晶合金鐵芯振動(dòng)存在能量集中點(diǎn)，據(jù)此提出了“能量約束+減振墊”的混合降噪方案。

此外，團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了以性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)同的噪聲預(yù)測(cè)系統(tǒng)，建立了非晶合金變壓器的聲壓級(jí)性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)聯(lián)動(dòng)的理論計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品噪聲的精確預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值誤差僅為0.8分貝，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門測(cè)試，采用該技術(shù)的非晶合金變壓器噪聲降低了12分貝以上，產(chǎn)品效率達(dá)到99%以上。該技術(shù)已在4家企業(yè)應(yīng)用，累計(jì)生產(chǎn)非晶合金變壓器18500余臺(tái)，實(shí)現(xiàn)銷售收入3.88億元。

非晶合金變壓器的結(jié)構(gòu)和飽和磁通密度與普通變壓器存在較大差異，這給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)挑戰(zhàn)。為了破解這一難題，劉道生團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出一套智能化的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)最大的亮點(diǎn)在于能夠同時(shí)考慮噪聲水平、制造成本和能量損耗三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，通過(guò)巧妙融合改進(jìn)的粒子群算法、遺傳算法和循環(huán)遍歷法，讓計(jì)算機(jī)像經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師一樣“思考”，快速找出最佳設(shè)計(jì)方案。原本需要5個(gè)多小時(shí)的優(yōu)化計(jì)算，現(xiàn)在不到12秒就能完成，更重要的是，使用這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的變壓器，不僅主要材料成本下降了11.08%，總損耗也減少了5.13%。對(duì)于年產(chǎn)值上億的變壓器企業(yè)來(lái)說(shuō)，這意味著每年可以節(jié)省數(shù)百萬(wàn)元的成本。

在我國(guó)廣袤的土地上，縱橫交錯(cuò)的輸電線路如同大動(dòng)脈般輸送著電能，而傳統(tǒng)的人工巡檢方式讓電力工人必須翻山越嶺、爬塔攀線，不僅辛苦危險(xiǎn)，還容易因?yàn)橐曈X(jué)疲勞而錯(cuò)過(guò)細(xì)小的缺陷。劉道生團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，讓“電子眼”代替人眼來(lái)守護(hù)電網(wǎng)安全。他們將經(jīng)典的圖像處理技術(shù)與最新的人工智能相結(jié)合——改進(jìn)傳統(tǒng)的Canny邊緣檢測(cè)算法，讓它更擅長(zhǎng)在復(fù)雜背景下識(shí)別細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)線；融合LSD直線檢測(cè)和霍夫變換，準(zhǔn)確定位導(dǎo)線位置；再用YOLOv3深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)“最強(qiáng)大腦”，像經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅一樣，一眼就能看出哪里有斷股、哪里有異物懸掛。這套技術(shù)已經(jīng)在江西贛州的輸電線路上“站崗”，為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

在換流變壓器研究方面，劉道生團(tuán)隊(duì)把目光投向了設(shè)備內(nèi)部。換流變壓器作為特高壓直流輸電的核心設(shè)備，其內(nèi)部的油紙絕緣系統(tǒng)承受著交流、直流和極性反轉(zhuǎn)等復(fù)雜電場(chǎng)的考驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)搭建了一套精密的實(shí)驗(yàn)裝置，模擬變壓器內(nèi)部電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)同時(shí)作用的復(fù)雜環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)，電磁熱的共同作用會(huì)讓原本穩(wěn)定的油紙界面變得“躁動(dòng)不安”?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出納米改性紙板——在傳統(tǒng)絕緣紙中加入納米材料，大大提高了其抵抗電荷積累的能力，讓換流變壓器的“心臟”更加強(qiáng)健可靠。

治學(xué)思路與教育貢獻(xiàn)

劉道生始終堅(jiān)持“理論與實(shí)踐并重、創(chuàng)新與應(yīng)用結(jié)合”的治學(xué)理念，注重將前沿科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求緊密結(jié)合。

在人才培養(yǎng)方面，劉道生已培養(yǎng)博士研究生3名、碩士研究生14名，引進(jìn)高層次人才6名。他指導(dǎo)的學(xué)生多次獲得國(guó)家級(jí)、省級(jí)科技競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)。2022年8月起，劉道生在江西贛電電氣有限公司擔(dān)任科技副總，將豐富的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，大力協(xié)助企業(yè)培養(yǎng)技術(shù)研發(fā)人員，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度融合。劉道生還出版了《非晶合金變壓器振動(dòng)機(jī)理與噪聲抑制》專著，系統(tǒng)闡述了該領(lǐng)域的理論體系和技術(shù)方法，為行業(yè)發(fā)展提供了重要的理論指導(dǎo)。

非晶合金變壓器技術(shù)的突破，不僅能夠大幅降低電網(wǎng)損耗，還能減少噪聲污染，改善人民生活環(huán)境。劉道生團(tuán)隊(duì)的研究成果已進(jìn)入江西省綠色技術(shù)目錄（2020年版），為《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)發(fā)展的電力裝備領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支撐，體現(xiàn)了科技工作者勇于創(chuàng)新、服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

從實(shí)驗(yàn)室儀器到生產(chǎn)線改造，從理論創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，劉道生余年堅(jiān)守創(chuàng)新，推動(dòng)我國(guó)非晶合金變壓器技術(shù)從跟跑到并跑、再到領(lǐng)跑。在他看來(lái)，科技創(chuàng)新要扎根產(chǎn)業(yè)需求、解決實(shí)際問(wèn)題，這種科研觀讓他和團(tuán)隊(duì)在變壓器領(lǐng)域取得不凡成績(jī)。

（江西理工大學(xué)供稿）

（責(zé)編：張若涵）