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何金良:“短期无望”的科研才最具价值

来源:中国科学报2026-06-15 16:02

  本报记者 陈彬

  何金良的童年记忆中,经常会有一盏煤油灯。

  那是在20世纪70年代的湖南长沙农村。彼时,电灯还极不普及,何金良夜晚学习时,只能与一盏小小的煤油灯相伴。“冬天还好,能稍微暖和一些;夏天在火苗旁看书,就太受罪了。”他回忆说。

  初中后,何金良的生活中开始有了电,有了电灯、电扇,后来又有了黑白电视机。由电带来的变化让他对电有了一份特别的感情。于是,高考结束后,他觉得自己“应该学个和电有关的专业”。回忆这段往事时,何金良已经在“和电有关”的领域奋斗了40多年。其间,他不但成为清华大学教授、“新型电力系统运行与控制”全国重点实验室的首席科学家,更凭借一项项科研成果,为我国输变电技术从落后走向国际领先作出了重要贡献。

  5月30日全国科技工作者日之际,何金良获得了2026北京市“最美科技工作者”称号。北京市“最美科技工作者”由北京市科协联合市委宣传部等部门遴选产生。

  给闪电建一条“泄洪渠”

  对于自己获得的这个“最美”称号,何金良自嘲:“我一个60岁的老头子能美到哪儿?这个称号是国家对我们从事的科技工作的褒奖和鼓励。”

  但事实上,何金良科研生涯的大部分时间都与“美”相伴。只不过,与他相伴的那份“美丽”背后,往往意味着事故甚至灾难。

  “在很多人眼中,闪电是世界上最美丽、最壮观的自然现象,但对于电力输送,特别是超特高压输电来说,这份‘美丽’却是一个危险存在。”何金良告诉《中国科学报》,据统计,全球各国输电网发生的事故中,大约一半都是由雷电造成的。在我国跳闸率较高地区,高压线路运行的总跳闸次数中,雷击引起的次数占到50%~70%。

  于是,如何为输电网络搭建一个有效的避雷系统,成为了何金良自工作之初便面临的难题。

  避雷的基本原理并不复杂,简单说,就是要给闪电开辟一条“泄洪渠”,将其从输电杆塔及建筑物引导至地下。“从这个角度说,接地系统是输电线路的基本雷电防护措施,其畅通程度直接决定了防雷性能的好坏。”何金良说。

  然而在很长一段时间里,这个问题并没有得到重视。

  工作中,何金良意识到,让雷电流快速、安全地导入地下的关键,是要尽可能降低杆塔及变电站接地系统的散流阻力。否则,雷电流散流时遇到的阻力一旦过大,就会在塔顶形成高电位,导致线路绝缘故障,危及输电线路安全。

  基于这一认识,何金良带领团队,先是借助地中X光成像技术,首次获得了雷电地中放电的清晰图像和发展过程,并建立了相关的理论构架;此后,他们还针对我国众多地区土壤电阻率过高、接地效果差的现状,创造性地发明了爆破降阻技术。

  “我国很多特高压线路都建在深山、岩石地区,而岩石的电阻率极高,这会导致雷电流难以快速扩散,并会在瞬间导致线路闪络。”何金良说,他们的解决方案是模仿大树根系,制造一个导电的“人造根系”,即通过适量的炸药引爆,将地下岩石炸出几百条放射状细裂缝,并在其中灌入导电泥浆,使其形成一个四通八达的地中导电网络。经测算,该技术可使百米深岩土等值电阻率降低99%,被国际同行评价为“最有效降阻技术”,并写入美国大学教科书。

  接地技术方面的成果已广泛应用于国内2万余座变电站和数十万公里输电线路中,结合其他防护措施,使我国超特高压系统雷击故障率降低了约90%。

  除此之外,何金良还前瞻布局智能电网传感技术,带领团队研制出系列高性能电力传感器,能精准捕捉电网中那些微秒级的故障,该技术荣获英国工程技术学会(IET)的工程技术创新大奖,并被评价为“迈向智慧电网的跨越式突破”。

  同时,他还针对电网中的避雷器核心器件“卡脖子”难题,带领团队历经20年实现了从材料、器件到装备的全链条创新,其研发的高性能避雷器,保护效果提升了约30%,大幅提升特高压电网运行安全并降低其建设费用,同时实现以极小的投入实现大幅提升新能源系统送出能力。相关成果经产业化后,产生的经济效益已达数百亿元……

  “目前,我国因为雷电而导致的电网故障率已经是全世界最低的了。”说出这句话时,何金良的语气中满是自豪。

  开拓地中输电通道

  通过对避雷技术的研发,何金良为我国的超特高压输电网络的安全运行搭建起了一座“避风港”。当这项工作完成后,他又将目光对准了别的方向。

  彼时,已经是本世纪的第二个10年,正值我国清洁能源大规模外送以及超大城市供电需求快速增长时期。“我国电力需求快速增长,而风电、水电等清洁能源往往地理位置偏远,电力输送问题成为制约电力发展的重大问题之一。”何金良敏锐地察觉到,要解决这一问题,必须发展具有输送容量大、损耗低、环境影响小、可埋入地下等优点的直流管道和电缆输电技术。然而,由于存在核心技术瓶颈,直流输电管道一直无法实现工程应用。

  “对于交流输电管道,由于电压正负来回转变,电荷不容易在绝缘件表面积聚;但直流输电管道则不同,其电压方向不变,导致电荷死死吸在绝缘表面不走,越积越多,最终会造成直流输电管道故障。”何金良说。

  针对这一全球性技术难题,2013年底,何金良作为“973”计划项目“大容量直流电缆输电和管道输电关键基础研究”的首席科学家,带领8个单位的30名科学家,开展了一场旷日持久的协同创新研究。

  最终,他们成功研制出了国际上首台±500千伏直流输电管道。目前,他正承担国家科技重大专项,向±800千伏特高压直流输电管道这一“无人区”进军,力求为“雅下水电”这一国家战略工程的清洁能源高效送出打造“大国重器”。

  “雅下水电站位于雅鲁藏布江地区,地形复杂,在雪山地区如果用交流输电管道对外输送电能,就需要开凿大量输电隧道。”何金良说,但如果采用直流特高压输电管道电,由于其输送容量更大,可以减少隧道的开凿量,就能为国家节省百亿级的建设费用。

  另外他领头研发的可回收聚丙烯电缆绝缘材料,实现了电缆高温运行和大容量输送,有望解决我国电缆料长期依赖进口、被“卡脖子”的局面,实现我国电缆绝缘材料的“换道超越”。

  要适应“看不到希望”的工作

  高压输电线路常常分布在人迹罕至、自然条件恶劣的地方,这导致何金良一年中会有很多时间在野外测绘、调查、施工……但作为清华大学的一名老师,不论多忙,他都会想方设法指导自己的每一名学生。

  从教几十年,何金良先后培养了64名博士和49名硕士,他们大多已成为国内外高校、科研机构与企业的中坚力量,有15 人次获国家级人才称号。

  对于自己的学生,何金良特别希望他们能明白“科研创新究竟是怎么回事”。

  “搞科研,就一定要明白这是一个不停探索、不停失败的过程,成功只是少数,失败才是科研的家常便饭。”何金良说,正因如此,科研工作者要适应“看不到希望”的工作。

  何金良告诉《中国科学报》,目前他主要关注的科研方向为智能绝缘材料。他在国际上率先提出了“智能绝缘材料”概念,即设计一类绝缘材料,可以根据应用场景的变化自主调整自身的性能,也具有自主诊断功能,比如根据自身的老化程度,材料能自动变化不同颜色,同时还具有自动修复的功能。

  在这些想法被提出之初,很多人都说何金良是在“瞎胡闹”,认为它们不可能实现。然而,何金良指导博士生经过5年的刻苦钻研后,在原理上实现了材料的自动修复功能;具有自主诊断功能的材料也已经在原理上实现,只不过花费的时间更长。

  “任何一项有价值的科研都需要长期付出,所以我们要有这样的思维——如果一项工作在一两年内就能看到希望,那往往是不值得做的,因为你看到的希望,别人也能看到。”何金良说,只有当一项工作在短期内看不到任何希望,甚至被认为是“天方夜谭”,那才可能是你真正值得去开发的“富矿”。

  “这样的工作往往会有更大的价值,更重要的是,在相当长的时间里,它会给你一个没有竞争的宽松环境。”何金良书说,“作为科研人员,我们最为追求的是从无到有的原始创新。”

  何金良作为大会主席举办第一届全国防雷大会。受访者供图

  何金良主持环保电缆研制。受访者供图

  何金良在110kV环保电缆安装现场。受访者供图

[ 责编:王若昕 ]
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