今年年初，中共中央、国务院在人民大会堂隆重举行2017年度国家科学技术奖励大会，中国电科院、华中科技大学等共同完成的“强电磁环境下复杂电信号的光电式测量装备及产业化”项目荣获国家科学技术进步二等奖。该项目解决了国际首台全超导核聚变装置1200kA脉冲电流、国际最大750kA电解铝直流电流、国际首台混合型柔直断路器μs级短路电流、国际首台三相共箱GIS电流/电压等测量难题。
强电磁环境下电信号的技术阻碍
兆安级脉冲电流、数百千安直流电流和百万伏特高压等一系列复杂电信号的测量是世界难题，且伴随着高强度、大梯度的强电磁干扰，传统的测量手段无法适用。光机电多学科交叉的光电式测量技术，代表该领域的发展方向。ABB、 Alstom等国内外企业的相关产品稳定性和可靠性不高，投运的光电式测量装备故障率高达11.8%。其技术难点在于：传感信号极其微弱，电、磁、热、力耦合复 杂，传感系数稳定性差；核心组件生产工艺复杂，一致性差，成品率低，价格昂 贵，装备单价高达数十万至数百万元；小空间强电磁干扰严重，防护困难，实证研究的理论和方法难度大。
集理论、技术、装备于一体
1989年以来，项目组在国家计委、科技部、自然科学基金委持续资助下，围绕光电式电流电压测量装备，对设计、工艺、抗干扰及性能检测技术开展研究，取得了集理论、技术、装备于一体的系列成果。主要创新为：
1、高性能传感组件设计。揭示“电磁热力”多参量的传感系数波动规律，发明双重化多闭环控制型光纤环、旋转对消式匝均衡空芯线圈、微不均匀同轴互电容三种高性能传感组件，大幅度提高了传感器测量准确度、动态范围、暂态特性等性能，并能够适应多种载流体和毫米级安装空间要求。研制的光电式测量装备国际首次达到0.05级；-40~85℃温度范围内测量精度优于0.1%，最大测量电流 1200kA，阶跃响应上升时间小于150μs。
2、高一致性核心组件批量生产工艺。揭示直波导调制器精细钛扩散机理，发明高消光比自动对轴耦合工艺，攻克偏振串音干扰难题；发明空芯线圈片状骨架一体成型新工艺，解决了高相似度绕组制造难题，批量生产一致性从95%提高至99.9% 。
3、高可靠性强电磁防护技术。揭示了小空间强电磁干扰机理，发明了一次主动消纳凸极波导和二次场路一体化分级防护装置，装备的电磁兼容性能从B级提升到A级，研制出国际首套三相共箱GIS及与交直流断路器一体化集成式测量装备。
4、整体性能检测方法及装备。揭示多因素下的光电式测量装备失效机理，提出电磁热力多干扰源等效试验方法，研制国际上首套试验装备及首个长期带电稳定性试验平台，填补IEC标准中型式试验项目空白。
打破垄断，国际领先
研究成果打破国外技术垄断，形成16个系列产品，近3年销售成套装备4000 余套、核心组件20000余件，性能优于国内外同类产品，批量出口到ABB等国际知名企业，市场占有率达60%以上，运行故障率小于0.1%，价格降低超50%。国际首创测量装备试验基地和带电考核平台，检测对象覆盖国内使用的所有光电式电信号测量装备。马伟明院士等专家组成的鉴定委员会认为项目总体性能指标处于国际领先。
应用效益显著
形成国家标准3项、行业标准2项，获授权发明专利28项、软件著作权8项， 出版专著1部，发表SCI论文34篇、EI论文57篇，他引940次，欧洲传感器会议主席Pavel Ripka、加拿大测量标委会主席Branislav Djokic等国际知名专家对主要成果给予了高度评价。近三年新增销售额8.335亿元，利润2.071亿元，社会经济效益显著。
该项目由高校、科研、生产企业、用户等七家单位合作完成，引领了光电式电信号测量装备跨越式发展，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，国际首创光电式测量装备试验基地和带电考核平台，检测对象覆盖国内外所有制造商的光电式电流电压测量装备,取得了巨大的经济和社会效益。
采编/蒋新银
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