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杨奇逊:拓荒继电保护,照见民族复兴

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中国工程院院士杨奇逊

工业振兴,电力先行。

他诞生于抗日战争全面爆发之年,在种种不平等现象中意识到祖国面临的危机,“科学的春天”来临后,他远赴澳大利亚研学,此后深耕电力系统继电保护30多年,独创性地解决了特大电阻接地故障距离保护这一世界级难题,并主持承担了“七五”重大科研项目——500kV线路微机保护装置研发。他的发明创造和推广应用,使中国电力系统自动化技术跨过集成电路时代,直接进入微机应用时代。

他就是中国微机保护的创始人、中国工程院院士杨奇逊。

孜孜以求,探求科学真理

1937年10月,杨奇逊出生于上海市一个富裕家庭,家教良好,生活优渥。但是,与那些同样出生在富裕家庭的纨绔子弟不同,少年时期的他,便能从身边种种不平等现象中意识到祖国的贫穷与落后。有一次,他困惑地问母亲:“为什么上海滩的洋人可以随意对我们大声斥责?为什么黄浦江口看不到威风的中国巨轮?”母亲心头一颤,无奈地向他讲述了中国近代以来的屈辱历史。从此,“为中华之崛起而读书”的种子悄然在他心里生根发芽。

杨奇逊对科研产生兴趣,可以追溯到中学时代。那时,他在一位物理老师的关心和帮助下,开始在课余投入时间和精力研究各种奇妙的物理现象,甚至会为了一个定理与老师讨论到深夜。这种由学习产生的兴趣让他领悟到科学真理与晦涩难懂的物理公式,原本都蕴藏在日常生活之中。于是,天资聪颖的他总结出一条学习经验:理解是最好的学习方法,也是最好的记忆。

1955年,杨奇逊以数学93分、物理91分、化学90分的优良成绩考入浙江大学电机系,步入物理与机电工程的殿堂。课堂上,他仔细研究解题方法,把老师讲授的知识彻底融入自己的思维并消化吸收;课堂下,他及时复习所学功课,对模糊不清的问题积极请教,理清思路。五年下来,杨奇逊不但学习成绩优秀,还早早就参与科研项目,养成独立思考的习惯、大胆质疑的胆识、敢于表达观点的勇气,为后来从事科研事业打下了坚实基础。

从浙江大学毕业后,杨奇逊被分配到北京电力学院(今华北电力大学)教研室,在教学之余进行科学研究,从此与电力系统继电保护技术结下了不解之缘。

当时,北京电力学院正在筹备开设电器设备制造专业,为此,杨奇逊先后去上海交通大学电气专业、天津大学微电机专业进修。两年后,他又回到通县(今北京市通州区)的农村参加以清账目、清仓库、清财物、清工分为主要任务的“四清运动”,与农民同吃同住同劳动。那段时间,他虽然身上生了虱子,思想却发生了很大变化,认为经过社会实践,更接地气了。

澳洲研学,志在报效国家

1978年的春天,被称之为科学的春天、知识分子的春天。

在同年3月召开的全国科学大会上,邓小平明确指出:“现代化的关键是科学技术现代化”“知识分子是工人阶级的一部分”,重申了“科学技术就是生产力”。随后,中国政府根据国家实际需求,作出从全国重点高校选拔出200位中青年教师到发达国家学习先进科学技术的决策。在河北电力学院任教的杨奇逊了解到,澳大利亚新南威尔士大学教授莫里森是计算机保护领域的先驱者之一,决定去那里进修学习。

新南威尔士大学研学期间,杨奇逊在澳大利亚电气工程学会上宣读了有关“超高压电网继电保护”的学术论文,后来将这篇论文发表在《英国电气工程学会学报》上,引起国际同行和专家们的关注,澳大利亚新南威尔士州电力公司拨专款资助该项目的进一步研究,并支持他继续攻读博士学位。

1982年,杨奇逊比规定时间提前一年完成课题研究,被新南威尔士大学授予博士学位。尽管收到学校和澳大利亚当局的盛情挽留,杨奇逊依然带着他在两年多时间里取得的“突破性成果”——受到国际同行重视的学术论文《微机距离保护》回到中国,投身于电力系统继电保护技术的研究与开发。

这段海外研学经历,不仅使杨奇逊系统掌握了当时国际最前沿的电力系统保护理论,也亲眼见证了西方发达国家在电力自动化领域的技术优势,深刻认识到中国在这一领域与世界的差距。让中国的电力保护技术赶上甚至超越世界先进水平的使命感,成为他毅然下决心回到祖国的根本动力。

从零起步,追赶世界水平

回国后,杨奇逊来到华北电力大学,很快投入到微机继电保护设备的研发工作当中。

20世纪80年代初,中国学术界在电力系统继电保护领域,仍停留在传统的电磁型和晶体管型保护阶段,而西方发达国家已经开始探索微机技术的应用。微机继电保护,这个在今天看来理所当然的技术方向,当时却是一片无人涉足的荒原。

国内的科研条件也十分简陋。学校经费不足、设备缺乏,杨奇逊就自己设计和组装急需的辅助设备。在华北电力大学一间不足16平方米的小屋里,杨奇逊带领团队开始用冻僵的手指调试自制的电路板,用罐头盒改装元器件容器,甚至用身体摩擦地毯制造静电来验证装置的抗干扰性。经过两年不懈努力,克服了重重困难的杨奇逊团队终于研制出中国第一台微机距离保护样机——MDP1型微机距离保护装置,并在河北省邯郸市的马头发电厂投入运行。

1984年11月,来自全国各地的继电保护专家们云集在马头电厂,经过严格鉴定,一致认为该样机的成功运行,填补了国内空白,达到国际先进水平。为此,河北省电力局召开会议,全面推广这项技术,东北电网则下发红头文件,表达对这项成果的浓厚兴趣,希望尽快生产成套工业产品。

MDP1型微机距离保护装置的研发成功,使中国直接跳过了集成电路模拟式继电保护的发展阶段,一步到位跨入微机继电保护时代,使我国电力保护技术第一次与世界站在了同一条起跑线上。也是在这一年,MDP1型微机距离保护装置在全国首届微机应用成果展览会上,被评为一等奖。

此后,杨奇逊继续深耕这一领域,相继推出的三代微机继电保护装置,均被国内电力运行单位广泛采用,对电网安全运行发挥了举足轻重的作用,他主持的微机距离保护功能研究课题也很快扩充为线路综合保护,被水利水电部列为重点科研项目。

直面痛点,实现系统变革

在研发和成果推广过程中,将海外实验室验证成熟的软件理论成果、自研试验样机落地批量工业化生产,一度是杨奇逊团队面临的重大阻力。

理论原理虽成立,但现场强电磁干扰、多样干扰源、瞬时短路过电流等复杂工况,都要求保护装置在故障状态下能够精准定位故障点位、识别干扰来源。毫无保留向行业开放核心技术的杨奇逊,始终心系全国电网设备运行安全,每当接到故障告警通知,他都高度警觉,随时准备赶赴现场排查处置隐患。

有一次,鞍钢集团安装的微机继电保护系统自动检测出问题,发出预警提示。杨奇逊研发团队匆匆赶到现场,检查后发现装置没有出现明显问题,但让杨奇逊再也忘不掉的是,鞍钢集团总工程师语重心长地对他说的一句话:“杨老师,这一声安全告警,就是22万伏的高压线路在告警,谁还敢睡觉啊!”

经过对各种突发状况的现场处理,杨奇逊和他的团队越来越成熟。1986年底,经中国电机工程学会推荐,水利电力部教育司及水利电力部签署同意,杨奇逊被国家科学技术委员会批准为“有突出贡献的科学技术专家”。

到20世纪90年代,全国的电力系统保护基本上换成了微机保护,不但避免了许多重大隐患,也在很大程度上减少了对国外进口设备与技术的依赖。

如果说微机继电保护是技术层面的突破,那么杨奇逊在20世纪90年代中后期提出的分层、分布式变电站综合自动化系统设计思想,则是工程理念的一次深刻变革。

传统的变电站自动化系统,往往采用集中式架构,所有功能模块集中于一处,一旦核心设备故障,整个系统便面临瘫痪,而分层分布式架构将系统功能分散到多个相对独立的层级和节点中,既提高了系统的可靠性,又增强了灵活性和可扩展性。这一设计思想使中国的变电站自动化技术研究跃升到了一个全新的阶段,不仅指导了此后数十年中国变电站自动化系统的建设实践,更在国际电力工程界产生了广泛影响,成为中国电力技术走向世界的一张名片。

1994年,杨奇逊作为电力工程领域翘楚,当选为中国工程院首批院士。

创办实业,赢得市场认可

为了加速科技成果转化为生产力的进程,实现“产、学、研”的最佳结合,1993年9月,经电力部机械制造局积极倡导,杨奇逊领导的华北电力大学微机保护研究室,与南京电力自动化设备厂、许昌继保自动化所合作组建了北京市四方保护控制有限公司(后更名为“北京四方继保自动化股份有限公司”)。

这家从大学研究所走出的高科技企业,承载着将微机继电保护技术产业化的使命。创业之初,困难重重,但杨奇逊坚信真正先进的技术终将被市场认可。

事实证明了他的远见。北京市四方保护控制有限公司从校办企业起步,逐步成长为中国电气及工业自动化行业的领军企业,产品广泛应用于智能电网、各类发电厂站及轨道交通、石油化工等领域。从三峡工程到特高压输电,从城市电网到新能源并网,该公司的设备守护着中国电力系统的安全稳定运行。

更难能可贵的是,杨奇逊带领北京市四方保护控制有限公司为中国高校科技成果转化探索出了一条可复制、可推广的道路,成为产学研深度融合的典范。

2002年初,由杨奇逊、韩英铎两位中国工程院院士牵头,北京市四方保护控制有限公司与高校合作,成立了清华四方电力系统稳定控制联合研究所,成为该公司继成立华北电力大学四方研究所后的又一次校企联姻。

次年推出CSS-200 型电网动态安全监测系统,该系统搭载数字式继电保护硬件平台,在当年夏天北美大停电事故发生后迅速抢占领国内市场。由于有效利用了外部资源,北京市四方保护控制有限公司研发的这项世界先进的电力系统应用技术,相较企业独立从头开展研发,整体研发周期缩短整整10年。

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杨奇逊在为电力部门的技术人员介绍微机保护知识

尾声

在近40年的微机继电保护研究生涯中,杨奇逊获得了无数荣誉,其中包括联合国发明创新科技之星奖、两次国家科技进步二等奖,以及数十项省部级科技进步奖。

回望他的学术人生,有几个关键词格外醒目:开创——敢于开辟全新技术方向,带领微机继电保护研究在中国实现从无到有;跨越——带领中国电力保护技术实现从传统到现代、从跟跑到并跑乃至领跑的历史性跨越;融合——打破学术与产业的壁垒,创办北京市四方保护控制有限公司,为产学研深度融合提供优秀案例;坚守——从浙大求学到华电执教,从海外留学到归国创业,从青丝到白发,杨奇逊用一生诠释了电力工程技术专家的家国情怀。

如今的中国,已建成世界上规模最大的电力系统,特高压输电技术领先全球,新能源装机容量世界第一。这些辉煌成就凝聚着无数像杨奇逊一样奋战在电力工业战线上的科技工作者的智慧与汗水。他们或许没有惊天动地的壮举,但正是这些默默无闻的开拓者,铺就了中国电力工业现代化的基石。杨奇逊的科研故事,将继续激励后来者在科技报国的道路上砥砺前行。