三十年鏗鏘玫瑰 甘做行業“萬金油”
——記2017年度國家科技進步獎二等獎獲得者李紅斌教授及其團隊

□ 吳應清

李紅斌團隊榮獲2017年度國家科學技術進步獎二等獎

專家簡介：

李紅斌，1967年生，華中科技大學電氣與電子工程學院教授。1987年華中工學院電力工程系電磁測量專業本科畢業，1994年華中理工大學電力系統及其自動化專業博士畢業。研究領域：電磁測量技術、數字電能計量技術、智能測量設備等。多年來一直致力于電磁測量新理論與技術方向的研究工作，為電子式互感器國家標準制定工作組成員，主持了國家自然科學基金、科技部攻關、教育部重點項目等多項縱向科研項目，獲得國家發明專利16項。獲2016年度高等學校科學研究優秀成果獎一等獎（第一完成人）；獲2017年度國家科技進步獎二等獎(第一完成人)。兼任中國智能量測產業技術創新戰略聯盟專家委員會委員，為《電測與儀表》《電力工程技術》編委。

2018年1月8日，2017年度國家科學技術獎勵大會在人民大會堂隆重舉行。“強電磁環境下復雜電信號的光電式測量裝備及產業化”科研項目獲國家科技進步獎二等獎。該項目的第一完成人正是華中科技大學教授李紅斌。20多年的攻關和堅守，李紅斌和團隊取得這一殊榮，可謂實至名歸，當之無愧。

甘做“萬金油”

電信號測量是現代工業控制和智能化的基礎。測量，一向被稱為“萬金油”，各行各業都需要。光電測量，在行業內也有著較早的發展史。電力、電冶金、核工業和軍工等行業的發展，帶來了直流、脈沖、瞬變、寬幅的大電流和高電壓等復雜電信號的測量需求。然而電磁環境惡劣，有時對安裝空間要求極其嚴苛，傳統的電磁式測量技術已難以適用。ABB(ABB集團是全球最大的電力和自動化技術公司之一)等國外公司于20世紀末研制出新型光電式測量裝備。

1983年起，李紅斌開始在華中工學院電力工程系攻讀學士學位；1991年，她又繼續攻讀電氣信息檢測專業碩士及博士學位；2000年起，任教于華中科技大學電氣與電子工程學院，至今算來，李紅斌從事測量領域研究已經近30年。

近30年的時光，對于一名科研者特別是一名女性科研者，足夠稱得上“很長”，李紅斌也感慨道：“因為這個領域的確挺難的，所以做了很長時間。”但談起當年是如何進入這一研究領域的，似乎也存在著一些偶然性和必然性。李紅斌的父母都是20世紀60年代學電機專業的大學生，在高考填志愿的時候，父母隨心的一句話“你理科比較好，那就學電氣吧”，竟讓李紅斌從此與這一領域結下深深的不解之緣。

1983年讀大學，那時的李紅斌只有16歲，選擇的就是電磁測量專業。本科畢業以后，李紅斌選擇了走出校門，去工作中實踐。不太愿意隨大流的她，去了當時一個非常大也非常有名的企業。盡管各方面待遇都很好，但兩年后，李紅斌決定回校繼續攻讀學業。當時周圍的同事和領導都覺得很奇怪，企業這么好，為什么要走？單位的人事還再三讓李紅斌想清楚，“要是走的話再進來就不容易了”，但李紅斌絲毫沒有猶豫，還是選擇回去讀書，因為她想做的事情還有很多。兩年的企業經歷，也讓李紅斌深深感受到：“我們做的東西一定要是實用的，能夠解決問題的。”

從1989年開始攻讀兩年碩士學位后，李紅斌就直接轉讀博士，在那個年代，電磁測量專業在全國高校都少之又少，而華中科技大學算得上較早的幾所之一。攻讀博士期間，李紅斌就跟著導師做“七五”攻關項目，3年里她接觸的都是光電測量裝備，也是國內最早開始接觸這一領域的那批人。

而在20世紀90年代，大家對創新遠遠沒有今天的意識和需求，光電測量這一新事物并沒有得到行業的認可。加之那個時候國家投入的科研經費有限，無法和現在相比，而做測量本身又是一件“耗錢”的事兒，需要投入好的設備做實驗，這就讓科研人員遇到了現實的問題——資金不足。為了經費，李紅斌和導師常常要到各個電網公司去介紹“新技術”，不停地去“化緣”。工夫不負有心人，在當時他們得到了廣東一家供電局的大力支持，爭取到了一筆經費，才使得實驗繼續做下去。直到2000年以后，這種“資金不足”的情況有所好轉。光電測量在國內得到了越來越多的認可，前來合作的企業也絡繹不絕。

度過了艱難的日子，產品也開始工程化應用，當時很多企業都覺得這是一個很好的東西，大家一擁而上。但這也滋生了一些問題，產品在質量、性能等方面都存在不少問題。面對這些問題，李紅斌和團隊對產品進行了攻關，2010年左右重新把工程中原理樣機問題梳理一遍，發現問題并解決問題，這樣反復進行了幾個來回。2013年左右整個工程中暴露出來的諸多關鍵技術問題都得到了良好解決，產品也真正進入了穩定期。

有問題并不可怕，可怕的是沒有正視問題，沒有尋找解決問題的方法。面對應用中出現的不足和問題，李紅斌和其團隊選擇追根溯源，因為這是一種責任。

二十余年攻關，突破世界性難題

多年來，我國光電測量市場一直被國外壟斷，要進口光電式測量裝備，單價往往高達數百萬元。除了高昂的價格，還有一些現實問題亟待解決，如：光電信號微弱，易受振動和溫度干擾，其精度始終難以真正達到0.2級，穩定性較差；同時由于其解調方法的限制，電流最大量程無法超過600kA，響應時間也不能滿足柔性直流輸電等特殊應用；特別是電磁沖擊常造成解調組件損壞。2010年，對國內電力系統2041套光電式測量裝備的統計表明，其故障率高達10.2%，有時還造成保護誤動，嚴重危及電網安全。可見，強電磁環境下復雜電信號的光電式測量已成為測量領域亟需攻克的世界性難題。

圍繞這一難題，李紅斌和團隊開展了“強電磁環境下復雜電信號的光電式測量裝備及產業化”項目研究，經過多年持續攻關，他們不僅有效解決了上述世界性難題，更取得了集理論、技術、裝備于一體的系列成果，并獲得了國家科學技術進步獎二等獎的榮譽。

光電式傳感主動降噪方法，是其創新理論成果。項目組構建了電磁熱力耦合分析模型，揭示了光電傳感系數波動規律，提出了共模抑制自補償設計方法，發明了旋轉對消空芯線圈等三大類傳感組件，滿足各種安裝需求，測量精度和穩定性均得到有效保證。

量程擴展與隨動微差解調技術，是其創新技術之一。項目組提出基于解調相位一階差分信號的擴展修正因子及判據，電流最大量程擴大至1200kA；同時還提出基于對稱雙工作點的反饋增益隨動控制方法，響應時間縮短至國外最好產品的1/3，滿足了柔性直流輸電等測量要求。

項目組還創新提出了電磁沖擊協同防護技術，提出了大構件小空間h-p目標自適應有限元仿真方法，發現傳感組件的形態結構對電磁沖擊耦合強度起決定性作用，通過優化結構可將耦合到解調組件的電磁沖擊強度大幅降低，突破僅對解調組件進行電磁防護的常規做法，發明了傳感—解調組件協同防護技術，在國際上率先將光電式測量裝備電磁防護整體性能提升到A級，并成為行業新標準。

此外，項目組還完成了產品整體性能檢測體系。李紅斌和其團隊發現IEC60044-7/8標準中僅從解調側施加干擾的試驗方法存在缺陷，這也是過去檢測合格的產品故障率仍很高的重要原因。基于此，項目組首次提出了從傳感側施加干擾的等效試驗方法，研制了系列試驗裝備，檢測平臺試驗項目的專業性和完整性超越KEMA等同類檢測機構，為國內外產品性能的持續改進提供了精準指導。

此外，該項目還完成國家標準3項、行業標準2項，發明專利27項，并發表了該領域首部專著，SCI/EI論文37/59篇，他引1318次，歐洲傳感器會議主席等專家給予了高度評價并采用部分成果。

最終，該項目研究成果解決了包括國際首臺全超導核聚變裝置長脈沖等離子體電流、國際最大鋁電解槽直流電流、高壓直流混合斷路器高變化率分斷電流及電弧爐高溫多分裂導線電流測量等多個極端測量難題。研究成果不僅打破了國外技術壟斷，形成16個系列產品，市場占有率達60%以上，并實現出口，大大地降低了測量設備的運行故障率和產品價格；形成了設計理論、工業產品、檢測裝備、國家標準等系列化成果，取得了巨大的經濟和社會效益，引領了光電式電信號測量裝備跨越式發展。

不畏艱難，挑戰自我

面對這一路取得的驕人成績，李紅斌卻看起來很淡然，因為她知道每一項成果的取得都是一個又一個難關的攻克。而20多年的持續攻關，這其中的艱難和堅持可想而知。測量本身已是一個艱苦的行業，對女性從業者來說更是難上加難，他們要到實地安裝和調試，環境是好是壞，是戈壁還是險灘，他們都要全力前往。但，李紅斌從未有過放棄的念頭。

當記者問起這些年所遇到的困難時，李紅斌似乎欲言又止。因為在她身上，的確經歷了太多艱難險阻，但在她看來，卻是必然，她多次這樣說道：“如果一件事非常容易就完成，那這件事是沒有價值和意義的。科研的目的，就是解決難題。”

回憶起攻讀博士那會兒，她說印象最深的就是當時沒有什么經費，條件也相當簡陋。但光纖這種測量設備又需要比較好的實驗條件，要有一種能抗震的平臺，而那時的確沒有錢買。“現在來看也不算貴，微調架當時可能要1000多塊錢一個，但買不起，沒有經費，臺子大概需要幾萬塊錢就更買不起了。”李紅斌苦笑道。怎么辦？他們只能夠等到夜深人靜的時候，開始做實驗。因為對外界穩定因素要求極高，周圍稍有人走動實驗就無法繼續，于是，李紅斌和同事們就經常半夜做實驗。到了晚上10點鐘之后，差不多大家都走了，實驗樓的樓管師傅也十分支持和配合，把其他人都趕走，鎖上門做實驗。每天都是這樣，經常到半夜兩三點結束。

李紅斌還清楚記得有一年過元旦的時候，其他樓里大家都在慶祝跨年晚會，異常熱鬧，而李紅斌和同事們所在的這棟樓卻一直很安靜，她和導師，還有師兄師妹幾個人仍在認真地做實驗。“但那個時候我們并不覺得苦，而是覺得每一天都特別充實。”想起當年，李紅斌臉上仍洋溢著滿足的微笑。

去企業調試的時候，有時候因為一個很小的問題，就會熬上一個通宵，李紅斌坦言，要是去變電站的話那條件就更艱苦了，高溫下的室外工作，中暑的情況也有可能發生。盡管20世紀90年代的工作和科研條件很差，但卻把李紅斌和師兄們鍛煉成了焊光纖的高手，因為當時買不起全自動的焊接機，只能買人工的焊接機。于是，李紅斌和師兄師妹平時就在實驗室苦練本領。2000年以前的那一段時間，沒有行業的廣泛認可，沒有經費的支持，盡管特別難，但李紅斌和同事們都挺了過來。

做實驗

如此類似的困難，其實對李紅斌來說都是習以為常的事情了。“一個有價值的科研，沒有困難是不可能的。如果一帆風順把它做完了，就真的沒有價值了。正是碰到很多困難，每一個都去克服，才是有價值的。”面對困難，李紅斌也經常這樣教導學生：“碰到困難的時候你應該高興，因為這個事情有價值。”作為導師，在人才培養上，李紅斌也始終遵循和堅持著自己的原則。她強調，做科研的過程中要有高度的責任感和非常強烈的責任心；要有一種挑戰自我、不畏困難的精神。“一定要經過千錘百煉，不要因一點點困難就選擇放棄。作為導師更多地要從精神和品格方面去幫助學生來樹立這種意識，讓他們受益終生。”

高度的責任感和堅強的毅力，是李紅斌對自己的要求，同時她也這樣要求著自己的學生，因為她的目標是培養高素質的專業人才和領軍人才。

一個人可以取得成績，但一個團隊可以取得偉大的成就。合作，同樣是李紅斌看中的。隨著各個行業的不斷發展，一些新的需求不斷被提出。在和企業合作的過程中，李紅斌也時刻居安思危，現在她把目光投向了更遠的方向，她說：“幾年前，我們已經開始研究智能式測量設備，今后的重點是面向智能化方向發展。”