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钱政:心系电力系统健康安危的把脉人
——记北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授钱政

作者:本刊记者 范佳乐  来源:科学中国人  发布时间:2017-7-15

导读:  “从1979年上小学起到现在我一直都没有离开过学校,所以常跟人开玩笑说,我的人生分为6岁之前和之后,6岁以后我这辈子就扎根在学校了。”谈起自己的求学、工作经历,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授钱政幽默地做了如此一番总结。
   
  “从1979年上小学起到现在我一直都没有离开过学校,所以常跟人开玩笑说,我的人生分为6岁之前和之后,6岁以后我这辈子就扎根在学校了。”谈起自己的求学、工作经历,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授钱政幽默地做了如此一番总结。
  翻看钱政的履历表,上边的一条条过往验证了钱政的说法,求学、工作一路走来,学校真的成了钱政从未离开过的舞台。外人看上去如此笃定的选择,在钱政看来却充满了茫然和不确定性,但幸运的是每次面临选择时,他都遇到了贵人。
  
恩师指点迷津 从迷茫走向笃定
  1990年考入西安交通大学的钱政,面临的第一个选择就是对专业的定夺。所有专业被密密麻麻地罗列在纸上,对什么都一无所知的钱政,挑了半天选中了“电磁测量及仪表”,只因这个专业的名字好听,“又有电、又有磁、又有测量、又有仪表,真的是不折不扣的中国好名字!毫不犹豫就选了它。”钱政笑着告诉记者。
  之后的10年,钱政在西安交大完成了本科、硕士、博士的全部学业。大学毕业时他对未来感到迷茫,硕士毕业了迷茫还未消退,他不知道自己适合干什么。“当时心里想,再读个博士吧,说不定就想明白了。”钱政笑着说。
  有幸,他遇到了自己的第一位贵人,他的博士生导师西安交大电气工程学院高压教研室元老——严璋教授。本科、硕士一直研究仪器仪表的钱政,在博士阶段转向了对电力系统高电压技术的研究。专业方向上的转变,令钱政感到一头雾水,力不从心。严璋教授给了他充分的信任和鼓励,他的热情彻底地被激发了出来。“当时我感觉身体里的热情彻底爆发了,到现在我还清楚地记得爆发的标志,就是博士三年级的时候,中科院在全国20所高校第一次设立了中科院奖学金,西安交大有10个人选,电气学院只评了1个,我入围了,并且从那时起我清晰地有了将来要留在学校从事科研与教学的想法。”忆起往事钱政感慨,“严璋教授身上的闪光点,足够让我一生受益。”
  在工作面临选择时,钱政又遇到了他的另一位贵人。去北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院面试时,他遇到了当时学院的院长,现任东南大学校长的张广军院士。张广军院士与钱政做了推心置腹的交流,他用自己的经历鼓励钱政选择能让自己的能力得到充分发挥的平台,而不是只考虑名气最大的平台,钱政获益匪浅。“他肯放下身段,花时间和一个年轻人去交流,我非常感激。”
  张广军院士的话,令钱政茅塞顿开,由此他进入北航自动化科学与电气工程学院,全新的工作生涯由此展开。
  人生就是不断选择的过程,到了北航后,新的困惑又来了,钱政开始在仪器仪表和航天航空方向间摇摆不定。当时北航仪器仪表学科的奠基人之一黄俊钦教授,给他指明了方向。当时已80岁高龄的黄老先生,花了一下午时间为钱政答疑解惑,鼓励他坚持做自己喜欢的方向。“我到现在都特别感激他能给我一下午的时间,耐心地帮我分析,为我指明了方向。现代电气检测技术是我的兴趣所在,所以我一直坚持在做,到现在仍在继续。”
  如今,重新审视当时做出的选择,钱政依然觉得他的选择是正确的,谈起那些帮助过他的师长,他仍然感激不已,对他们,他将永怀感恩之心。
  
心系电力系统健康安危 孜孜不倦破解难题
  在电力系统成为国家重大发展战略的时代大背景下,如何对电力系统设备故障进行及时、高效、准确的检测,是亟待解决的问题。由于电力系统复杂的电磁干扰环境,想要做到有效地抑制干扰,准确地获取测量结果并非易事,因而这也成为研究者们孜孜不倦想要突破的难题。
  钱政及其所在团队围绕国家中长期科技发展规划优先发展主题“超大规模输配电及电网安全保障”,开展了“现代电气检测技术、先进传感技术”的系列研究工作。
  一路走来,钱政的研究涉及到仪器仪表、电气检测、智能化传感等多个方向,如何将这些研究内容有效地结合,以用于解决实际问题,是他经常思考的问题,也是他一直追求的目标。
  在承担的国家自然科学基金重点项目“大型发电机与变压器放电性等故障的在线监测与诊断技术”中,钱政团队针对大型电力设备绝缘故障诊断和电力绝缘设备残余寿命的预估问题开展了深入研究。研究中“范例推理”的首次引入和对“模糊数学”的活学活用,为大型电力变压器绝缘故障诊断和电力绝缘设备残余寿命预估问题的解决开辟了新思路,研究工作为项目获得2003年教育部自然科学奖二等奖做出了重要的铺垫。
  一直以来电子式互感器替换传统电磁式互感器已成为电力系统的共识,但电子式互感器因存在诸多不足尚难以实际应用,特别是对直流电子式电流互感器的研究,目前还没有取得较大的进展。在国家自然科学基金项目“智能化巨磁电阻直流电子式电流互感器研究”中,钱政团队首次将巨磁电阻效应应用于电力系统直流电子式互感器的研制中,围绕传感器设计、传感器性能校准,直流电子式互感器样机研制及其可靠性评估等问题开展了一系列研究工作,钱政的研究为进一步改善直流电子式互感器的性能奠定了坚实的基础。
  除传统能源电力系统外,钱政的研究还涉及到新能源电力系统的检测。风力发电作为新能源的重要组成部分,其广泛应用已得到世界各国的认可,但是在风电机组健康状况评估及预测方法上面,目前的研究工作还存在一些问题与不足。为此,在承担的国家自然科学基金项目“基于多源数据融合的风电机组健康状况评估及预测方法”中,钱政团队围绕风电机组健康状况评估、风电功率预测、基于因果网络的故障诊断方法以及残余寿命预测等问题开展了一系列研究工作,其中关于风电功率预测的文章在IEEE国际顶尖期刊上发表,并且成为高被引论文,得到了国内外研究人员的广泛重视。
  除此之外,他参与和主持研发的两项科研成果,在投入应用后也取得了不俗的成绩。
  火电厂锅炉要连续和定期排放一部分杂质含量较高的污水,以避免热力设备结垢。但是由于污水是气水两相流,所以难以精确测量,这成为长期以来困扰火电厂技术人员的难题。为解决火电厂的实际需求,在参与的“火电厂锅炉智能连续排污流量测量系统”的研发中,钱政团队在传感器的设计、智能二次仪表的开发、流量计的在线校准等方面开展了研究工作。经过现场测试,该流量测量系统的测量精度优于3%,如此高的测量精度为此项技术带来了陕西计量研究院颁发的检定证书,并成功地应用于国内多家火电厂,填补了国内外在此项技术上的空白,1998年获得了陕西省科技进步奖三等奖。
  针对GIS设备空间有限的不利条件,他主持研发了“GIS设备电子式光电组合电流电压互感器”,在研发中针对性地设计了传感器结构,并在传感器加工及安装工艺、传感器测试电路设计及电磁兼容防护、组合互感器的性能评估等方面开展了相关探索,项目最终通过了计量检定部门的全部型式试验,填补了国内空白。
  
打造精品课程 尝试小班化授课
  2002年从清华大学电工学科博士后出站后,钱政进入北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院工作,并于2003年进入仪器科学与光电工程学院,经过多年的努力,现在已是“仪器科学与技术”国家一级重点学科骨干教师、主管本科教学的副院长。
  10多年来,他主讲过包括“专业导论”“仪器科学与科技文明”“误差理论与数据处理”“信号与测试技术”“传感器技术及应用”在内的多门本科生和研究生课程,是国家精品视频公开课“仪器科学与科技文明”的负责人,国家精品课程“传感器技术及应用”的主讲教师之一,校级精品课程“误差理论与数据处理”的负责人。他出版了第一作者教材2部、第二作者教材4部;在《实验技术与管理》《实验科学与技术》《北航学报(社会科学版)》等期刊上发表教学论文8篇,EI检索1篇;承担了包括北京市高等学校教育教学改革重点项目在内的多项教学改革项目,作为负责人或主要参与人获北京市教学成果奖二等奖1项,校教学成果奖一等奖6项。
  “从上大学开始到现在,我们的招生宣传都面临一个问题,就是‘仪器仪表’这个专业在学生中的认可度不够高。我当年就完全是因为名字好听选了它,但是现在我给学生做宣传却面临窘境,费了半天时间讲,学生家长还是问我,你们是做水表的还是电表的,这令我非常苦恼。”钱政对记者说。
  精品课程“仪器科学与科技文明”是令钱政引以为傲的课程。开课的契机发生在2014年,当时北航选了4个学院的导论课准备做成国家精品视频公开课。钱政开设导论课的时间比较久,效果得到了学生的公认,因此教务处推荐他将课程做成公开课。钱政一直为‘仪器仪表’专业的认可度不够高而犯愁,正好有机会为这个专业正名,他很乐于做这件事情。
  课程要让中学生能看懂,就不能太专业,于是钱政力图用生动易接受的方式去讲授这门课程。他从科学史的角度去讲仪器科学,图文并茂地向学生描绘了一幅色彩斑斓的仪器科学发展图景,并直观地告诉了学生仪器在推动科技进步过程中到底发挥了怎样的作用。
  “课程推广后,收到了很好的效果,国内仪器学科的老师都推荐自己的学生去听,通过推广这个课程,让学仪器仪表的人增加点自豪感,我的目的就达到了。”钱政笑着说,“打造一门精品课程,一支优秀的教学团队非常重要,从教材到实验、教学改革我们都有明确的分工,每个人负责擅长的部分,这样我们的能力才能发挥出来。”
  作为学院主管本科教学的副院长,在课程建设上钱政身体力行地做了很多事情,尤其是课程小班化的改革,就是其中一件大事。
  “我2009年开始管本科,2010年推行我们学院的平台课程。之前这个课都是大班教学,我到北航第一次上课也是如此,一个教室坐了270个学生,只有1/3的学生在听,效果很不理想。”面对这种情况,钱政谋划着改革,他计划把原来180人的课程分成3个以上的小班。但说起来容易,实施起来却遇到了困难。因为班级越多,就越需要更多的教师来支撑,但现实是教师力量不足。于是钱政决定面向全学院竞聘课程负责人,来推进小班的建设。通过竞聘,为他们定下目标,并给予经费支持。考虑到学院的年轻教师多,为了让他们迅速地成长起来,钱政还提出一个措施,就是年轻教师必须跟随负责人听一年的课,到第二年才能申请讲课的机会,取得机会后会不定期地去抽查检验他们讲课的效果。改革实施后,学生的听课效果显著提高,教师队伍发展壮大,钱政的改革得到了学校的认可,2016年小班化改革获得学校的教学成果奖一等奖。
  2007年钱政任院长助理时,刚好迎来了重点学科评估的关键节点,在原来老重点学科的基础上新增一批重点学科是当时的目标。钱政协助院长积极开展了有关重点学科评估的一系列工作,通过他们的努力,不仅保住了老重点学科的优势地位,还顺利拿到了“测试计量技术及仪器”这个新的国家二级重点学科,“仪器科学与技术”学科因此成为首批国家一级重点学科,并在2012年教育部组织的一级学科评估中取得了全国第一的好成绩。
  
拓展研究新领域 培养百名接班人
  在北航坚持做了10多年的现代电气检测技术后,怎样将电气检测技术与航天航空技术结合,成为时常盘踞在钱政脑中的一个问题。2004年,他代表北航赴瑞士日内瓦“欧洲核子研究中心”参与诺贝尔奖获得者丁肇中博士主持的国际大型合作“阿尔法磁谱仪”项目,并参与完成了低温超导磁体的CAN总线功能模拟器的研制工作。虽然项目因为种种原因停止了,但是通过参与这件事,钱政却从中看到了电气检测在航天航空领域应用的可能性和前景。
  仿生导航技术成为钱政向航天航空领域迈步的第一个尝试。“蚂蚁能穿越茫茫沙漠,它到底靠什么本领,那么精确地辨别方位?包括蜻蜓、信鸽都有这种本领。模仿生物的这种功能为人类所用就是我们的研究目标。这个和我以前的基础有点关系,所以说我的第一个新方向就是仿生导航研究。”
  新能源电力系统检测是他选定的第二个新方向。“化石能源总有用尽时,新能源必然会发展起来,博士阶段我做过新能源的故障诊断和寿命预测,我想把那些技术延续下去,为新能源电力系统检测做出自己的一份贡献。”
  传感器的在线校准是钱政拓展的第三个方向。“以前是把仪器停下来拿到计量院这种标准计量部门去校准,又耗时又耗力,也不见得能满足要求,我希望能够在不改变运行状况的情况下去做现场的校准,目前我已经和电科院合作在推进这件事情。”
  愿意在学校呆一辈子的钱政,最热爱的还是他作为教师的角色。他有个愿望,就是到退休的时候,能培养出100名研究生。从2003年开始带研究生,15年的时间里任务已经过半,有望在退休前超额完成任务。说到这,钱政的脸上满是骄傲!
  为了更好地让学生受益,钱政常常思考教育的一些深层次问题。在新浪网他曾发表过一篇题为“智慧与知识——我眼中的理工科通识教育”的文章,在文中他反思了高等教育存在的问题,并提出了自己对于通识教育的观点和实践路径。
  此外,为了让学生拥有更广阔的国际视野,他积极鼓励学生踊跃参加国际交流活动。2012年,博士生陈妮亚赴英国阿斯顿大学开展学术交流,并在IEEE国际顶级期刊上发表了高水平论文,此后与该大学建立了良好的合作关系。2015年,博士生裴岩赴加拿大卡尔加里大学进行学术交流,与学校建立了稳定的合作关系,并在此基础上联合申请成功了国家自然科学基金项目。
  同时,他自己也不遗余力地参加国际高等教育培训与交流活动。2015年1月和7月,钱政分别到访法国和美国,旨在学习这两个国家高等教育的先进经验。两国教育的一些理念启发了钱政,回国后他写就了两篇文章,一篇发表在《光明日报》上,一篇发表在《北京航空航天大学学报(社会科学版)》上,在教育工作者中引起了强烈的反响。
  提到对未来的愿景时,钱政没有长篇累牍的罗列,只说了一句话,他说:“我希望成为能够被学生记住的老师,就这么简单。”
  
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