——记2017年度国家科技进步奖二等奖获得者李红斌教授及其团队

　　□　吴应清
　　

　　
　　2018年1月8日，2017年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行。“强电磁环境下复杂电信号的光电式测量装备及产业化”科研项目获国家科技进步奖二等奖。该项目的第一完成人正是华中科技大学教授李红斌。20多年的攻关和坚守，李红斌和团队取得这一殊荣，可谓实至名归，当之无愧。
　　

甘做“万金油”

　　电信号测量是现代工业控制和智能化的基础。测量，一向被称为“万金油”，各行各业都需要。光电测量，在行业内也有着较早的发展史。电力、电冶金、核工业和军工等行业的发展，带来了直流、脉冲、瞬变、宽幅的大电流和高电压等复杂电信号的测量需求。然而电磁环境恶劣，有时对安装空间要求极其严苛，传统的电磁式测量技术已难以适用。ABB(ABB集团是全球最大的电力和自动化技术公司之一)等国外公司于20世纪末研制出新型光电式测量装备。
　　1983年起，李红斌开始在华中工学院电力工程系攻读学士学位；1991年，她又继续攻读电气信息检测专业硕士及博士学位；2000年起，任教于华中科技大学电气与电子工程学院，至今算来，李红斌从事测量领域研究已经近30年。
　　近30年的时光，对于一名科研者特别是一名女性科研者，足够称得上“很长”，李红斌也感慨道：“因为这个领域的确挺难的，所以做了很长时间。”但谈起当年是如何进入这一研究领域的，似乎也存在着一些偶然性和必然性。李红斌的父母都是20世纪60年代学电机专业的大学生，在高考填志愿的时候，父母随心的一句话“你理科比较好，那就学电气吧”，竟让李红斌从此与这一领域结下深深的不解之缘。
　　1983年读大学，那时的李红斌只有16岁，选择的就是电磁测量专业。本科毕业以后，李红斌选择了走出校门，去工作中实践。不太愿意随大流的她，去了当时一个非常大也非常有名的企业。尽管各方面待遇都很好，但两年后，李红斌决定回校继续攻读学业。当时周围的同事和领导都觉得很奇怪，企业这么好，为什么要走？单位的人事还再三让李红斌想清楚，“要是走的话再进来就不容易了”，但李红斌丝毫没有犹豫，还是选择回去读书，因为她想做的事情还有很多。两年的企业经历，也让李红斌深深感受到：“我们做的东西一定要是实用的，能够解决问题的。”
　　从1989年开始攻读两年硕士学位后，李红斌就直接转读博士，在那个年代，电磁测量专业在全国高校都少之又少，而华中科技大学算得上较早的几所之一。攻读博士期间，李红斌就跟着导师做“七五”攻关项目，3年里她接触的都是光电测量装备，也是国内最早开始接触这一领域的那批人。
　　而在20世纪90年代，大家对创新远远没有今天的意识和需求，光电测量这一新事物并没有得到行业的认可。加之那个时候国家投入的科研经费有限，无法和现在相比，而做测量本身又是一件“耗钱”的事儿，需要投入好的设备做实验，这就让科研人员遇到了现实的问题——资金不足。为了经费，李红斌和导师常常要到各个电网公司去介绍“新技术”，不停地去“化缘”。工夫不负有心人，在当时他们得到了广东一家供电局的大力支持，争取到了一笔经费，才使得实验继续做下去。直到2000年以后，这种“资金不足”的情况有所好转。光电测量在国内得到了越来越多的认可，前来合作的企业也络绎不绝。
　　度过了艰难的日子，产品也开始工程化应用，当时很多企业都觉得这是一个很好的东西，大家一拥而上。但这也滋生了一些问题，产品在质量、性能等方面都存在不少问题。面对这些问题，李红斌和团队对产品进行了攻关，2010年左右重新把工程中原理样机问题梳理一遍，发现问题并解决问题，这样反复进行了几个来回。2013年左右整个工程中暴露出来的诸多关键技术问题都得到了良好解决，产品也真正进入了稳定期。
　　有问题并不可怕，可怕的是没有正视问题，没有寻找解决问题的方法。面对应用中出现的不足和问题，李红斌和其团队选择追根溯源，因为这是一种责任。
　　

二十余年攻关，突破世界性难题

　　多年来，我国光电测量市场一直被国外垄断，要进口光电式测量装备，单价往往高达数百万元。除了高昂的价格，还有一些现实问题亟待解决，如：光电信号微弱，易受振动和温度干扰，其精度始终难以真正达到0.2级，稳定性较差；同时由于其解调方法的限制，电流最大量程无法超过600kA，响应时间也不能满足柔性直流输电等特殊应用；特别是电磁冲击常造成解调组件损坏。2010年，对国内电力系统2041套光电式测量装备的统计表明，其故障率高达10.2%，有时还造成保护误动，严重危及电网安全。可见，强电磁环境下复杂电信号的光电式测量已成为测量领域亟需攻克的世界性难题。
　　围绕这一难题，李红斌和团队开展了“强电磁环境下复杂电信号的光电式测量装备及产业化”项目研究，经过多年持续攻关，他们不仅有效解决了上述世界性难题，更取得了集理论、技术、装备于一体的系列成果，并获得了国家科学技术进步奖二等奖的荣誉。
　　光电式传感主动降噪方法，是其创新理论成果。项目组构建了电磁热力耦合分析模型，揭示了光电传感系数波动规律，提出了共模抑制自补偿设计方法，发明了旋转对消空芯线圈等三大类传感组件，满足各种安装需求，测量精度和稳定性均得到有效保证。
　　量程扩展与随动微差解调技术，是其创新技术之一。项目组提出基于解调相位一阶差分信号的扩展修正因子及判据，电流最大量程扩大至1200kA；同时还提出基于对称双工作点的反馈增益随动控制方法，响应时间缩短至国外最好产品的1/3，满足了柔性直流输电等测量要求。
　　项目组还创新提出了电磁冲击协同防护技术，提出了大构件小空间h-p目标自适应有限元仿真方法，发现传感组件的形态结构对电磁冲击耦合强度起决定性作用，通过优化结构可将耦合到解调组件的电磁冲击强度大幅降低，突破仅对解调组件进行电磁防护的常规做法，发明了传感—解调组件协同防护技术，在国际上率先将光电式测量装备电磁防护整体性能提升到A级，并成为行业新标准。
　　此外，项目组还完成了产品整体性能检测体系。李红斌和其团队发现IEC60044-7/8标准中仅从解调侧施加干扰的试验方法存在缺陷，这也是过去检测合格的产品故障率仍很高的重要原因。基于此，项目组首次提出了从传感侧施加干扰的等效试验方法，研制了系列试验装备，检测平台试验项目的专业性和完整性超越KEMA等同类检测机构，为国内外产品性能的持续改进提供了精准指导。
　　此外，该项目还完成国家标准3项、行业标准2项，发明专利27项，并发表了该领域首部专著，SCI/EI论文37/59篇，他引1318次，欧洲传感器会议主席等专家给予了高度评价并采用部分成果。
　　最终，该项目研究成果解决了包括国际首台全超导核聚变装置长脉冲等离子体电流、国际最大铝电解槽直流电流、高压直流混合断路器高变化率分断电流及电弧炉高温多分裂导线电流测量等多个极端测量难题。研究成果不仅打破了国外技术垄断，形成16个系列产品，市场占有率达60%以上，并实现出口，大大地降低了测量设备的运行故障率和产品价格；形成了设计理论、工业产品、检测装备、国家标准等系列化成果，取得了巨大的经济和社会效益，引领了光电式电信号测量装备跨越式发展。
　　

不畏艰难，挑战自我

　　面对这一路取得的骄人成绩，李红斌却看起来很淡然，因为她知道每一项成果的取得都是一个又一个难关的攻克。而20多年的持续攻关，这其中的艰难和坚持可想而知。测量本身已是一个艰苦的行业，对女性从业者来说更是难上加难，他们要到实地安装和调试，环境是好是坏，是戈壁还是险滩，他们都要全力前往。但，李红斌从未有过放弃的念头。
　　当记者问起这些年所遇到的困难时，李红斌似乎欲言又止。因为在她身上，的确经历了太多艰难险阻，但在她看来，却是必然，她多次这样说道：“如果一件事非常容易就完成，那这件事是没有价值和意义的。科研的目的，就是解决难题。”
　　回忆起攻读博士那会儿，她说印象最深的就是当时没有什么经费，条件也相当简陋。但光纤这种测量设备又需要比较好的实验条件，要有一种能抗震的平台，而那时的确没有钱买。“现在来看也不算贵，微调架当时可能要1000多块钱一个，但买不起，没有经费，台子大概需要几万块钱就更买不起了。”李红斌苦笑道。怎么办？他们只能够等到夜深人静的时候，开始做实验。因为对外界稳定因素要求极高，周围稍有人走动实验就无法继续，于是，李红斌和同事们就经常半夜做实验。到了晚上10点钟之后，差不多大家都走了，实验楼的楼管师傅也十分支持和配合，把其他人都赶走，锁上门做实验。每天都是这样，经常到半夜两三点结束。
　　李红斌还清楚记得有一年过元旦的时候，其他楼里大家都在庆祝跨年晚会，异常热闹，而李红斌和同事们所在的这栋楼却一直很安静，她和导师，还有师兄师妹几个人仍在认真地做实验。“但那个时候我们并不觉得苦，而是觉得每一天都特别充实。”想起当年，李红斌脸上仍洋溢着满足的微笑。
　　去企业调试的时候，有时候因为一个很小的问题，就会熬上一个通宵，李红斌坦言，要是去变电站的话那条件就更艰苦了，高温下的室外工作，中暑的情况也有可能发生。尽管20世纪90年代的工作和科研条件很差，但却把李红斌和师兄们锻炼成了焊光纤的高手，因为当时买不起全自动的焊接机，只能买人工的焊接机。于是，李红斌和师兄师妹平时就在实验室苦练本领。2000年以前的那一段时间，没有行业的广泛认可，没有经费的支持，尽管特别难，但李红斌和同事们都挺了过来。
　　如此类似的困难，其实对李红斌来说都是习以为常的事情了。“一个有价值的科研，没有困难是不可能的。如果一帆风顺把它做完了，就真的没有价值了。正是碰到很多困难，每一个都去克服，才是有价值的。”面对困难，李红斌也经常这样教导学生：“碰到困难的时候你应该高兴，因为这个事情有价值。”作为导师，在人才培养上，李红斌也始终遵循和坚持着自己的原则。她强调，做科研的过程中要有高度的责任感和非常强烈的责任心；要有一种挑战自我、不畏困难的精神。“一定要经过千锤百炼，不要因一点点困难就选择放弃。作为导师更多地要从精神和品格方面去帮助学生来树立这种意识，让他们受益终生。”
　　高度的责任感和坚强的毅力，是李红斌对自己的要求，同时她也这样要求着自己的学生，因为她的目标是培养高素质的专业人才和领军人才。
　　一个人可以取得成绩，但一个团队可以取得伟大的成就。合作，同样是李红斌看中的。随着各个行业的不断发展，一些新的需求不断被提出。在和企业合作的过程中，李红斌也时刻居安思危，现在她把目光投向了更远的方向，她说：“几年前，我们已经开始研究智能式测量设备，今后的重点是面向智能化方向发展。”
　　
　　
　　　　
专家简介：
　　
　　李红斌，1967年生，华中科技大学电气与电子工程学院教授。1987年华中工学院电力工程系电磁测量专业本科毕业，1994年华中理工大学电力系统及其自动化专业博士毕业。研究领域：电磁测量技术、数字电能计量技术、智能测量设备等。多年来一直致力于电磁测量新理论与技术方向的研究工作，为电子式互感器国家标准制定工作组成员，主持了国家自然科学基金、科技部攻关、教育部重点项目等多项纵向科研项目，获得国家发明专利16项。获2016年度高等学校科学研究优秀成果奖一等奖（第一完成人）；获2017年度国家科技进步奖二等奖(第一完成人)。兼任中国智能量测产业技术创新战略联盟专家委员会委员，为《电测与仪表》《电力工程技术》编委。