
我是第六届中国科协青年人才托举工程入选者李忠磊。我是2016年在天津大学获得电气工程博士学位,现在是天津大学电气自动化与信息工程学院长聘副教授/博士生导师。我带领团队长期致力于高压电缆绝缘国产化研究,在中国科协青年人才托举工程、国家自然科学基金等项目支持下,持续开展大容量直流电缆绝缘空间电荷抑制与电场调控关键技术攻关,在电荷-电场耦合调控理论、绝缘材料性能强化方法、电缆装备电场设计策略等多个方面取得创新成果。
确立航向:锚定重大需求开启探索之旅
初入科研领域,面对学科内众多研究方向,我一度感到迷茫。但一次偶然的机会,我参与了一场由中国电工技术学会组织的学术研讨会,会上中国科学院陈维江院士对高压直流输电技术在国家电网发展中重要性的探讨,以及高压直流电缆绝缘材料依赖进口的现状,深深触动了我。那一刻,我毅然决定聚焦大容量直流电缆绝缘理论与技术研究,致力于实现绝缘材料的国产化,为国家能源安全贡献力量。这一决定,如同在茫茫大海中点亮了一盏明灯,为我的科研之路确立了清晰的航向。关注国家重大需求与行业痛点,从宏观视角审视学科发展,以此为依据确立个人研究方向,让科研工作更具使命感与社会价值。
攻坚堡垒:突破理论与技术的重重难关
在研究初期,直流电缆绝缘的电场-热场与空间电荷关联关系就如同一个神秘的黑匣子,阻碍着绝缘材料国产化研发。无数个日夜,我泡在实验室,反复调试空间电荷测试设备和实验参数。不知经历了多少个日夜的高精度测试与数据分析后,我们终于获得了不同电场、温度下直流电缆绝缘的空间电荷演变规律,并首次建立了基于环境温度-90℃宽温域下综合考虑双极性电荷载流子输运的全尺寸直流电缆绝缘电-热场与空间电荷耦合模型,揭示了高额定温度下电荷与电场的耦合机理。为解决90℃高额定温度下空间电荷与击穿性能协同调控难题,我带领团队深入研究材料的微观结构与宏观性能构效关系,提出了基于分子链结构功能化接枝和聚集态结构晶型晶貌调控的绝缘性能提升方法,通过不断调控分子链与聚集态结构参数,历经数百次实验,终于找到了最佳方案。记得在最艰难的时候,我的团队成员们都面露疲惫与迷茫,但我们从未放弃。当我们开发的直流电缆料通过第三方检测试验的那一刻时,成就感让我们深刻体会到坚持的力量。
“料要成材、材要成器、器要好用”。实现大容量直流电缆与附件装备全链条国产化,既要攻克直流电缆绝缘材料性能提升难题,又要将性能优异的绝缘材料设计制造成高性能的电缆装备。高压直流电缆及附件装备电场分布完全不同于交流系统装备,关键在于其直流电场分布取决于绝缘材料的电导特性。而在直流电缆终端中,多层绝缘界面电荷与电场畸变问题尤为关键,沿用传统交流电缆及终端应力锥绝缘设计方法无法从根本上解决直流电缆系统装备电场设计的难题。针对这一瓶颈,我们突破传统思维,探索直流电场调控设计新策略,通过电气工程与材料学科深入交叉,在原有交流电缆附件应力锥结构“控形”设计基础上,我们提出了基于非线性电导“控性”的直流电缆终端绝缘界面电场调控策略,经过反复理论计算与高精度有限元仿真,建立了电-热-机多物理场下基于“控形”与“控性”协同调控大容量直流电缆附件电场分布方法,成功在国际首套额定温度90℃的±535kV直流电缆终端上应用,使额定温度下最大电场由~40kV/mm降低至14.8kV/mm。
成果绽放:助力产业发展收获认可
在中国科协青年人才托举工程培养期间,中国电工技术学会为我搭建起了专家指导、学科交叉、行业交流的学术交流平台,使我有机会与领域内顶尖专家对话,交流学术成果,促进成果推广应用。在培养期间,我主持了国家自然科学基金面上项目2项、云南省重大科技创新课题1项等多项国家级和省部级科研项目,发表了28篇SCI论文,授权发明专利10项,并在IEEE和Wiley出版社出版了国际首部专著环保型电缆绝缘学术专著《Polypropylene Cable Insulation》。学会的指导也让我更加注重科研成果的转化,将理论研究与实际应用紧密结合;成果被成功应用于额定温度90℃的±535kV国产化直流电缆及其终端,为我国高压直流输电技术发展提供了有力支撑,成果也获得了中国电工技术学会科技进步奖和机械工业学会科学技术奖各1项。当看到自己的研究成果切实推动了行业进步,我深知这是对我们科研工作的高度认可,也赢得了托举导师和单位领导的认可。
在这条充满挑战的科研道路上,我从迷茫走向坚定,从不断碰壁到逐步突破。希望我的经历能激励更多青年科技工作者,勇敢追逐心中的科研之光,在各自领域中不断探索、成长,为我国科技事业发展添砖加瓦。
(供稿:学术部)