竺红卫:创“芯”故障电弧探测技术 黑科技防范电气火灾

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  • 竺红卫
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    浙江大学微纳电子学院副教授,浙江大学电子科学与技术专业博士,研究方向为集成电路EDA,嵌入式系统应用,机器学习算法,智能电器及电气安全,故障电弧AFD/AFDD探测。

 

 

     

     电弧,俗称打火,是一种电压击穿空气产生的放电现象,放电时会产生高温高热,比如闪电。这种放电现象不仅存在于自然界,也存在于我们的日常生活,故障电弧就是其中之一,它指的是用电线路当中发生了电弧打火。当线路老化、电器插头松动,家用电器的电源线、内部线束或零部件绝缘破损时都会发生故障电弧。

 

  

 

 

 

     

      根据《2018中国消防年鉴》统计,全国电气火灾比例逐年攀升!经济发达的浙江省和广东省,电气火灾占比均超过50%。全国每年发生的电气火灾超10万起,全国70%的重特大火灾是电气火灾!而电气火灾中80%以上是由故障电弧引起。

      如何有效识别故障电弧并提前预警,成了产业界高度关注的问题,而这就是浙大微纳电子学院竺红卫老师深耕的方向。

 

 

 

 

   

 

 

   

      他用运用独特算法,创新地研发出故障电弧探测芯片,有效预警并减少因故障电弧引起的电气火灾,相关产品广泛应用于港珠澳大桥、北京大兴机场、杭州亚运会主场馆、上海养老院、颐和园、西安鼓楼等国家、省、市重大工程中,为智慧消防、智慧用电等产业变革带来新可能。

 

 

 

近十年如一日

故障电弧探测技术“芯”突破

 

 

     

     竺老师说,其实最初接触到故障电弧,是一次跨专业研究项目的机缘巧合。通过查阅文献资料,他发现,故障电弧引发电气火灾十分严重,每年都造成了巨额损失和人员伤亡。

      所学须有所用,所用之处须解决产业痛点、社会问题。抱着这个信念,竺老师就此踏上了故障电弧探测技术的创“芯”之路,一走就是近十年。

     竺老师发挥专业特长,他所研发的芯片软硬结合,拥有独特的持续学习能力的人工智能神经网络算法,并能够和故障电弧断路器和故障电弧智能断路器充分结合,精准识别故障电弧,且能有效阻止因故障电弧引发的火灾。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

     2015年,竺老师的首款AFD/AFDD专用模拟信号处理芯片实现量产;

     2017年年末,AFD成为首家通过沈阳消防所功能测试;

     2019年7月,AFD/AFDD专用数字处理芯片量实现产;

     2019年8月底,已有10余家客户通过沈阳消防所AFD国标功能委托或认证测试。

 

     安全无止境,创“芯”不止步。

 

      国家标准对AFDD电弧故障断路器的最低电流是3A,但对于竺老师来说,做到标准还远远不够。经过反复调研,他发现现实生活中,很多电弧故障都是发生在待机状态中的,而这个状态下的电流标准远远没有达到3A。

     打个比方,电冰箱、空调等电器处于关机状态时,表面看不会有电气火灾隐患,但只要插电了,外机主控板就会有小电流,虽然可能只有0.2A,依旧可能发生电弧故障并诱发火灾。如果都按照3A标准去设计故障电弧探测芯片,不少实际故障就会成为“漏网之鱼”。

     正因如此,精益求精的竺老师将目标锁定在研发更低电流状态下的故障电弧探测技术。经过近3年的研发,在特定负载下,0.2A电流,竺教授的芯片能准确识别,并加以判断,远高于标准15倍!

     不仅如此,通过技术的改良,竺老师的探测芯片技术还能适应我国复杂的电网环境,实现故障的精准判断。

 

 

 

跨界交流   集成创新

 

     

     打破行业壁垒,推进集成创新。

     竺老师说,当今世界,无论是科技创新还是产业创新都不是单打独斗,而是携手共进,合作共赢。

     以故障电弧探测芯片技术为例,如果要想它在现实生活中发挥作用,光靠芯片技术还不够,必须与整机完美结合,才能发挥作用。

     所以,多年以来,竺老师一直与多家电器和断路器等整机企业进行深度合作,共同创新。竺老师的团队主要提供核心电路和芯片技术,只有硬币大小的芯片镶嵌到不同类型的产品中,在我们看不到的地方默默守护大家的用电安全。

     在竺老师眼中,创新推广和技术创新同样重要,技术只有推广普及才能造福社会。他认为,当下正是故障电弧探测芯片和低压电器行业深度融合的好时机。

     日常使用中的断路器,漏电保护器等只能保护漏电,短路,过载,过压等现象,但不能保护线路老化等引发的故障电弧。 他希望,通过自己的努力,不断推进科技创新与产业创新的联动,从芯片行业出发,辐射低压电器产业,助推相关产品的升级迭代和产业的升级转型。

 

 

 

 

 

 

 

 

像凌石一样坚持创新

 

 

   

      做创新,和做学术一样,要耐得住寂寞。

      采访接近尾声,竺老师问小编:你知道凌石吗?在海外星外,在阳光难以抵达的地方,有一些漂浮在太空中的石头,它们被冰地幔裹着的结实内核,默默地、执着地旋转着,就像被天生的使命所驱使着永不停息,有人把这些石头叫做凌石。

      坚持创新的人,就像是这些凌石。在那些没有阳光的日子里,我们要面对未知困难,要学会与寂寞相处,更要学会相信未来,用信仰支持自己永不放弃。

      这种信仰既是对科学技术的信任,又是帮助人们实现更加美好生活的初心。

      曾经有一次,竺老师去银行办业务,意外发现银行里用的都是自己研发的产品。“这种感觉太幸福了,就像是歌手听到大街小巷都在放自己的唱片!”竺老师笑笑说,“让更多人用上更为安全方便的产品,或许每个坚持创新做产品的人都一个这样的小小梦想吧!”

      工作之余,竺老师还喜欢读书。从马尔克斯、福克纳到川端康成,从魔幻现实主义、先锋主义到新感觉派,他都如数家珍。竺老师说,文学给自己打开了另一个看世界的窗口,尤其是海明威的作品,给自己留下非常深刻的影响。永不言弃,坚持到底,或许就是创“芯”人和这位硬汉作家内在相通的灵魂吧!

 

 

 

 

 

 

2021年5月12日 14:30
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