投身电力事业　坚持科研创新——河海大学张金波副教授

2016-12-19

电气工程是重要的技术科学与工程领域，在国家经济与社会发展中起着重大作用，其水平是社会现代化程度的重要标志。河海大学副教授张金波怀着对电力事业的美好憧憬和热爱，自踏上工作岗位以来，一直从事配用电设备在线监测、新能源利用及工业节能技术研究，兢兢业业，执着追求，在该领域取得了多项科研成果。在《仪器仪表学报》《高电压技术》《电力自动化设备》和《高压电器》等杂志和国际会议上发表论文40余篇。

系列创新研发成果

高压开关设备作为发电厂、变电站中的重要设备，起着关合及开断电力的作用，用来实现输送及倒换电力负荷以及从电力系统退出故障设备和线路，从而保证电力系统安全运行。研制的中压开关设备智能综合监控装置是根据我国智能电网建设要求，针对高压开关设备运行管理中存在的安全隐患进行有效监测和控制而研究开发的全新装置，它集影响高压开关设备安全运行关键数据的在线监测、分析和判断、智能操控、可视化等功能于一体，实现了较高水平的技术跨越。 

研制的中压开关设备智能综合监控装置，集一次模拟图动态显示、断路器触头温升监测、断路器机械特性监测、断路器分合闸线圈电流监测、电能质量监测、环境及柜内温湿度监测、电动底盘车和电动地刀控制、断路器室、母线室和电缆室视频监视、高压开关黑匣子、高压开关机械寿命、高压开关电寿命和专家诊断与决策系统等功能于一体，通信协议采用IEC61850，将在线监测技术与传统中压开关设备有机结合，推动了高压开关设备向智能化方向快速发展。

目前，国内对于高压开关柜核相试验基本局限于传统电压差式，该种方式在两条线路电压基本相同的情况下可以较准确地核对出相位，同相时电压差最小，一般认为接近零值，异相时电压差值较大。但是，在两条线路电压不同的情况下，即使同相时电压差值也比较大，若采用电压差式核相，将无法判断出是同相还是异相，尤其在实际应用中，电容式传感器电容量不可能做到完全相同，这样耦合出的电压值不可能完全达到一致。所以，针对传统的电压差式对高压开关柜核相试验会存在误判等严重的问题，提出并研制了一种基于相位差式的万能核相装置，替代了目前市场上使用的电压差法进行核对相序的核相装置，即通常认为A-A之间的电压差接近零（同相电压），发光管不亮，A-B、A-C之间电压差较大(线电压)，发光管亮，缺点是受电容传感器容量影响存在误判或无法核相，尤其是进行一、二次核相时更是无能为力。采用相位差式核相仪进行核相，是真正意义上的核相，即使同相之间电压差较大，相位差应是相同的或接近的，采用相位差值小于10°为同相，相位差值大于30°为异相的判断依据。

环网柜由于其结构简单可靠，目前，在配电网中户内站及户外站中已大量使用。环网柜的负荷开关与接地闸刀通常为三位置结构，有机械防误功能。但是，由于此类环网柜受条件约束，没有闭锁电源，环网柜上带电显示器只能起到显示作用，当线路有电时无法强制闭锁合接地闸刀，存在带电合接地闸刀重大恶性误操作安全隐患事故。目前是对接地闸刀的操作进行控制，即在负荷开关分闸时，必须再判别电缆出线（进线）是否有电，只有电缆不带电时才允许合接地闸刀。为解决此问题，传统的做法是对接地闸刀操作孔挂锁，在操作接地闸刀时由操作人员根据带电显示器的显示情况进行人工判别，在电缆无电时解锁进行操作，但由人工进行判别不属于强制闭锁范畴，所以，普通挂锁方法并不是一种可靠的防误方案。为避免该类事故发生，某些供电部门要求将后级高压开关出线柜的接地开关拆除或者永久锁死。但是，一旦接地开关拆除或者永久锁死，接地开关与电缆室大门之间的机械联锁也要相应解除，否则电缆室大门无法打开。但是当接地开关与电缆室大门之间的机械联锁解除，操作人员就有可能在电缆室内带电的情况下打开电缆室大门，严重威胁到操作人员的人身安全。由于电缆室大门可以随意打开，而电缆室大门打开后又无法验电，操作人员的人生安全根本无法保证。在这种情况下，用户往往要求在电缆室大门安装机械电磁锁，即在电缆室内带电状态下，电缆室大门被电磁锁闭锁，电缆室内没电状态下，才能打开机械电磁锁，而机械电磁锁的应用往往因现场无法提供操作电源而受到限制，所以，机械电磁锁方法也不是一种可靠的防误方案。根据国网公司配电网设备隐患排查的要求以及上述原因，提出并研发了一种无源验电防误解锁一体化强制闭锁装置，该装置采用专用电子钥匙供电，并利用双稳态电磁铁，解决了在无源环境下环网柜接地开关操作孔可靠强制闭锁问题，由验电防误解锁一体化强制闭锁装置替代操作人员进行自动防误控制，杜绝由于人为出错而发生误操作的恶性事故的可能性，对保证配网运行安全和人身安全具有非常重要的意义。

异步电动机作为重要的动力装置，在当今工业生产和日常生活中得到了广泛的应用，是电能的主要消耗者。单就我国而论，异步电动机广泛应用于各类电力拖动系统中，耗用电能占全国耗电总量的60%～70%，而且通常有60%的电机都是在60%或以下负荷状况下运行，大马拉小车与低负荷运行的情况相当普遍。在此情况下，电机消耗的电能中相当部分是以发热、铁损、噪音与震动等形式浪费掉，其效率和功率因数较低，造成很大的电能浪费。因此，提出并研制了一种基于双闭环控制的电机节电及软启动综合保护控制器。该控制器采用基于电流和功率因数双闭环控制技术，根据电机工作电流和功率因数调整电机工作电压，实现负载的自动跟踪，即在低负载时自动降压，负载升高时自动升高电机工作电压，且在负载变化时，响应速度快，电流波动小，电机运转稳定，并将电机软启动、降压节电、电机保护等多功能于一体。由于采用电流自动识别功能，综合保护控制器适应1～315千瓦的任意功率的电机，使基于双闭环控制的电机节电及软启动综合保护控制器具有很强的通用性，且节能效果明显。

教书育人，坚持科研创新服务产业发展

张金波副教授目前已指导硕士研究生近30人。其中指导的研究生获省优秀硕士论文1篇，校级优秀硕士论文1篇；指导的本科生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“飞思卡尔杯”全国大学生智能车赛、全国大学生电子设计竞赛等均获得较好的成绩。作为常州市首批“百名教授进百企”服务团成员，先后为多家企业开展技术咨询和技术交流，利用自身掌握的科技知识积极为地方经济建设服务。2008年获常州市“百名教授进百企”先进个人、常州市优秀科技工作者称号；2012年获常州市新北区优秀科技工作者等称号。作为项目第一完成人获常州市科技进步二等奖2项，中国电子学会科技三等奖1项。

张金波教授先后主持完成省科技支撑、省成果转化、省产学研合作、市科技计划、省市电力公司科技计划等项目20余项，企业委托项目30余项，其中受企业委托研发的《电视机节电插座》《电脑节电插座》等两项产品已给生产企业带来不菲的销售额，研发的“基于双闭环控制的电机节电及综合保护控制器”成果2015年获常州市科技进步二等奖，并已在全国几十家企业推广应用，研发的“高压开关设备智能监测装置”已在国家电网公司、南方电网公司等到推广应用，为国家智能电网建设作出了贡献，其中与合作企业研发的“无源闭锁装置”真正解决了环网柜闭锁难题，目前该产品已在全国推广应用，并已被列为某些供电公司环网柜验收必配产品。

张金波副教授为中国电力和与之相关的教育事业倾注了大量精力和心血，身体力行，为推动中国电力设备创新发展贡献力量。