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朱木美

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   朱木美（1903～1969），山西山阴人 。高电压技术专家。1929年毕业于北京师范大学，1934年至1939年留学德国 ，1939年回国后先后任教于同济大学、武汉大学、华中工学院（现华中科技大学），教授，研究生导师 。长期从事电力系统输电线路防雷基础理论的教学与研究工作，为国家培养了一批高电压技术领域的杰出人才。他参加了我国第一个十二年科学技术规划的制定工作，为我国电工领域的科技发展贡献了力量。1960年由他负责承担了“输电线路高塔杆防雷”国家电力重点科研，并于1962年发表了论文《有关山岳地区线路防雷的几个问题》。1963年，提出了以“电气—几何”模型为基础的、新的输电线路“雷电绕击或然率”的计算方法，直观明了地说明和计算了“绕击率和保护角、塔杆高度”的关系，并据此提出“雷击电流大小不同，地线的保护范围也不同，小雷电流易绕击”，以及“美国OVEC线路等国外高压输电线路的异常雷击闪络主要是由绕击引起的”等重要的概念和理论。1981—1983年，有关单位应用他提出的“电气—几何”模型，对我国第一条500KV超高压输电线路高塔杆防雷性能进行了计算。专家鉴定认为，朱木美提出的“电气—几何”模型比国外同类方法时间早，且物理意义更明确，该成果获湖北省科技一等奖 。

一、生平概要

1903年8月6日（夏曆癸卯年六月十四日），朱木美出生於山西省山陰縣的一個農民家庭。幼年時家境並不富裕，六歲上村中私塾，八歲時父親去世，九歲便回到

家裡從事農業勞動。十二歲時出外當了半年學徒（學織布），其餘時間仍從事農作活。十四歲到區上辦的新式小學念書，讀了兩年，因家貧不能繼續念書，又回家勞動。

1919年進入省立七中，因學費不高，能維持至畢業。在中學時，他的成績很好，得到同學的稱許。1923年中學畢業，同學們湊了30多元資助他到北京。當年他考上了

北京師範大學。由於大學學費較高，他是在親戚、老師以及山西省津貼的資助下加上自己教家館和借債，才把大學念完。1929年，朱木美自北師大物理系畢業。

朱木美年輕時主張正義，追求進步。在北京師範大學讀書期間，閱讀了許多進步書刊，如《響導》周報，《覺悟》周報，《新青年》等，吸收了新思潮，同時也與進步人

士有較多的接觸，思想上接受了共產主義。1925年，朱木美加入了共產黨，擔任過支部組織工作，參加黨所領導的各項活動。1929年，朱木美從北京師範大學畢業後，在

河北通縣女師教書，後兼教務主任，喜峰口戰事起後，隨校遷至北京。因學生反對校長剋扣伙食費，校長要他關說，被他拒絕，因而與校長不合，遂辭職。1933年到河南

第二高中教書，1934年5月間考取公費去德國留學，在德國學習五年。先後在柏林工業大學電機系和西門子、靄益吉工廠學習和實習。朱木美在德國期間，曾參加進步學生

組織，主要作號召支持抗日的工作，以及印發抗日宣傳品等活動。1939年夏，朱木美回國，先在同濟大學任教，後兼電機系系主任。因參與反對專制的校長丁文淵，被當

時的「三青團」學生告他是共產黨，而在該校不能繼續工作。1944年，朱木美經人介紹，到遷至四川樂山的在武漢大學電機系任教，抗戰勝利後，隨校到武漢。1951年任

武漢大學電機系系主任。

1952年，全國高校開始院系調整。1953年華中工學院成立。朱木美隨武漢大學電機系電力類專業組轉到華中工學院電力系，並任電力系主任。朱木美長期從事電力系統輸

變電工程方面的教學和科研工作，對輸電線路防雷的基礎理論尤為關注。他參加了1956年開始的我國十二年科學技術規劃的制定工作，為制定中國電工領域的科研規劃貢

獻了力量。1960年，朱木美作為負責人，承擔了「輸電線路高杆塔防雷」國家電力重點科研項目。作為教授，他在教學上兢兢業業，認真負責地教育學生。在他的帶領

下，華中工學院電機係為國家培養了一批適應國家需要的高電壓技術領域的人才和骨幹力量。

1969年2月6日，朱木美因原來就有胃病，糖尿病等疾病，後因故去世，逝世時僅66歲。

二、執教三十年，為國育英才

朱木美在高校執教近三十年。在教學工作中，認真負責，一絲不苟。他非常注意對學生進行基本理論的訓練和培訓。特別難能可貴的是，在當時十分封閉、反對崇洋媚外

的政治環境中，他還經常利用收集到的資料向學生介紹國外先進技術。他言傳身教，經常用切身經歷的新舊對比，教育學生要愛惜國家財產，充分利用現實條件，開展學

術研究，結合身邊生動的具體事例，對學生進行思想教育，關心學生的全面發展。

1962年，中國正式招收第一批研究生，朱木美是被教育部審查批准為研究生導師的少數幾位教授之一。朱木美對研究生的培養更是傾注了全部心血。對於所研究的課題，

他親自查閱大量資料文獻，細緻地教導學生如何進行科學研究工作。他告誡學生：「任何理論都不是天衣無縫的，閱讀文獻就是一種調查研究的方式，不能走馬觀花，一

定要充分理解，有分析有比較，才能找出已有答案的不足，從而站在前人的肩上，有所前進。」對學生的科學論文，他逐字批改，要求務必嚴謹精確；引用別人觀點，必

須逐一註明出處，這樣既尊重了前人的勞動，使論文言之有據，也可以清楚分清作者本人的創新與貢獻。他認為，論文要求精而不在多，每篇論文一定要有新的內容和貢

獻……這些語重心長的教誨，看似普通，卻體現了嚴格踏實的科學作風和科學道德。

朱木美為人十分平易近人，在學術上提倡「百花齊放，百家爭鳴」，使當時在他領導下的老中青結合的研究梯隊思想活躍，充滿朝氣。1966年以前，華中工學院是國內幾

所設有高電壓技術專門化的高校之一。50至60年代，國家對各方面人才需求迫切。朱木美的學生中，有的是中國工程院院士，有的是知名大學的校長、教授，有的是國內

主要高壓技術研究所及工廠的所長、總工或技術負責人等。他們在各自的工作崗位上，為中國電力工業的發展作出了不可忽視的的貢獻。

二十世紀50年代末至60年代初，國內外許多高壓及超高壓輸電線路雷擊跳閘率超過設計值數十倍，嚴重影響了電力系統的安全運行，引起國內外廣泛注意。朱木美長期從

事電力系統輸電線路防雷基礎理論的研究工作，對此十分關注。1960年他作為負責人承擔了「輸電線路高塔杆防雷」的國家電力重點科研。朱木美領導的研究梯隊，分別

從繞擊，反擊和建立試驗裝置等方面展開工作。1960至1962年是中國三年經濟困難時期，物質條件十分緊張，每人每月只有24斤糧食、半斤肉及半斤油（最困難時僅二兩

半油）供應，缺衣少食，吃不飽飯，人們營養極度不良。朱木美在原有胃病、糖尿病之外，又患上了浮腫病，但他仍然兢兢業業堅持工作，經常在實驗室和大家在一起

「幹活」。在他的影響下，實驗室工作人員不怕苦不怕累，努力在經費有限的情況下，安裝試驗設備，建設着實驗室。為了工作，有的教師就住在實驗室，利用晚上時間

進行設備調試或繼續試驗，半夜餓了就衝上辣椒麵醬油水，聊以充飢。當時由於西方封鎖和與蘇聯關係破裂，與國外交流的活動完全中斷，外國期刊難於及時完整的進

口。在這樣的情況下，大家仍然刻苦鑽研所能找到的國內外文獻，了解世界水平和動態。同時，對國內高壓線路的運行情況進行調查，以明確研究方向。朱木美在自己的

計算研究中，對每一個求得的數據都詳細校核，親自用計算尺，圓規，直尺一點一點進行計算。他時常對學生和研究的助手說：「科學研究一定要有三老四嚴的精神，作

結論一定要慎之又慎，研究成果都要經受得起時間和歷史的考驗」。

三、潛心研究雷電，提出朱氏「電氣—幾何」模型

在1962年召開的全國山區線路保護學術會議上，朱木美提出了《有關山嶽地區線路防雷的幾個問題》的論文（論著1）。1963年，他在長期從事雷電機理研究的基礎上，提

出了以「電氣—幾何」模型為基礎的、新的輸電線路「雷電繞擊率」的計算方法，在當年的華中工學院科學報告會和全國電機工程學會上作了報告。1965年9月，他將論文

《架空地線的保護範圍及繞擊率的計算》，發表於1965年底華中工學院學報（論著2）。在此文中，朱木美用「電氣—幾何」模型將空間分為擊中地線、相線及地面三個區

域，計算了雷頭電壓、雷先導定位擊距與雷電流幅值的關係曲線，並將相導線與地線垂直平分線與到相線及地面距離之比為1：1.1的二次曲面所圍區域，作為擊中相線的

繞擊區，用「電氣—幾何」模型求出了一定塔杆結構下可產生繞擊的最大繞擊電流。他用此種方法對國內外多條線路進行了計算，計算結果與運行經驗基本相符。他使用

該方法，直觀明了地說明和計算了「繞擊率和保護角、塔杆高度」的關係，並根據此方法，提出了「各種雷擊電流的保護範圍不同，小雷電流易繞擊，以及美國OVEC高壓

輸電線路的異常雷擊閃絡是由繞擊引起的」等重要的概念和理論。特別是「雷電流大小不同，繞擊率不同，小雷電流易繞擊」的概念，是以前未曾有人提出過的。

用朱木美的「電氣—幾何」模型計算繞擊率時，具體做法上是用放電按最短距離進行的方法來確定的。這似乎與自然界中雷放電現象具有很大分散性的觀察不盡相符。實

際上這是一種包含着考慮了放電分散性的等值的簡化方法。為了說明這一問題，朱木美指導研究生作了論證性的研究（論著3、4、參考文獻1）。研究中用計算和模擬實驗

相結合的方法，在模擬實驗中採用對比性試驗的設計思想，考慮各種因素的影響，在實驗電壓相對較低的條件下，發現了模擬中影響火花擊中點統計分布規律的主要因

素，是「上電極」到「目的物」的幾何擊距之比（或考慮間隙係數的等值幾何擊距之比），以及「目的物」接地的相對狀況。由試驗得出了模擬中輸電線路繞擊率的空間

分布曲線；並由分布曲線得知，朱木美提出的「電氣—幾何」模型中所定的擊中相線區域，實質上是由擊中「地線—相線」和「相線—大地」各為50%擊中率的曲線所圍

成；在計算中，首先提出了考慮放電分散性的計算輸電線路繞擊數的一般方法；通過模擬實驗，對於所用的高壓、超高壓塔杆結構的條件下（α角較大，高度不是很高）

進行了計算，計算表明，用模擬求得的空間繞線率曲線，按考慮放電分散性的一般方法所得的結果，與按朱氏「電氣—幾何」模型所作計算的結果，相差小於10%。這就說

明，朱木美所提的「電氣—幾何」模型並非沒有考慮放電分散性，而是用對相線擊中率為50%的曲線所圍區域作為等效的100%擊中概率區，以簡化計算。這種「電氣—幾何」模型是一種簡化考慮放電分散性的等值方法，此種簡化方法是有物理基礎的（論著3、4）。1965年底完成了上述工作後，根據朱木美的安排，1966年3月份，由研究組

青年教師和畢業學生到電力設計院進行實地調查，將此方法結合工程實際，具體考慮地形因素，使之實用化。遺憾的是，1966年4月，武漢發生流行性腦膜炎，派出人員不

得不返校。1966年5月16日，所有教學和研究工作全部因大學校園停課中止。

除了上述在繞擊方面的成果外，在朱木美的領導下，反擊研究和試驗測量方面也取得可喜的階段成果，反映階段成果的一組論文發表在1965年華中工學院學報上。（論文

5）文中首次提出了輸電線路A—φ方程，該方程修正了前蘇聯Разевиг採用非齊次波動方程計算雷電感應過電壓的不足，無須對周圍電磁場的特性作特殊假定，具

有普適性。（論文6）中對測量杆塔波阻抗的各種方法作出了評價，並提出了測量塔杆波阻時引線的布置方案。

十年動亂結束後，翻閱國外期刊，令人驚奇地發現，國外從現場觀測試驗和運行資料的分析出發，也進行了與朱木美幾乎完全相同的工作，所提出的方法結果等也幾乎完

全相同。1977年在上海召開的全國高塔杆防雷會議和在廣州召開的全國高電壓專業會議，以及隨後的全國建築電氣學術會議，均對朱木美長期從事防雷基礎理論工作所做

的貢獻作出了應有的評價和肯定。1981—1983年應用朱木美的「電氣—幾何」模型對中國第一條500kV線路高塔杆防雷性能進行計算，專家鑑定肯定了朱木美的「電氣—幾

何」模型比國外同類方法時間早，且物理意義更明確。

詳細比較國內外對這一問題的研究過程，也許會給我們某些啟發。

20世紀五十年代，美國第一條345KV超高壓OVEC線路投入運行後，發生遠超過設計值的異常雷擊閃絡跳閘，嚴重影響了電力系統安全運行，引起各國學者的廣泛關注，並從

繞擊與反擊兩方面展開了大量的研究。但由於運行資料只有線路總雷擊跳閘次數，不能區分到底是繞擊還是反擊引起的跳閘，因而爭論激烈，莫衷一是。1962年美國愛迪

生電工研究所建議進行輸電線路雷閃機制的研究。1963年Young等人提出了分析線路繞擊數的初級「電氣—幾何」模型（EGM）。在Whitchead教授的領導下，進行了大規模

的名為「開拓計劃」的研究。1965—1971年，他們在高壓與超高壓線路上安裝了他們研製的4615個能區分繞擊與反擊閃絡的線路「尋跡器」，經過六年的運行，取得大量

實測數據，確切地證明了OVEC 345KV線路異常雷擊跳閘主要是由繞擊產生。Whitchead的博士研究生Brown（1965-1967年）根據雷電機理和現場實測以及線路運行資料的分

析，完善和發展了分析輸電線路屏蔽性能的電氣—幾何模型，被稱為Whitechead理論，或華氏「電氣—幾何」模型。該模型因為有確切的現場實際數據為依據，因而在高

壓及超高壓輸電線路的防雷屏蔽設計中得到了廣泛的應用。後來，很多國外研究者和IEE工作組，在EGM的完善和推廣應用中作了大量的工作（參考文獻6）。在此基礎上，

上世紀九十年代形成的現代EGM及由之派生的「滾球」理論，不僅用於輸電線路、變電站及建築物防雷的工程實際中，也反映在IEC的標準中。

以確切的現場實際數據和世界各國輸電線路運行資料為基礎的現代EGM和朱木美提出的以雷電機理與模擬實驗為基礎的「電氣—幾何」模型，二者從不同途徑獨立提出，但

在作圖形式、定位擊距、間隙係數、繞擊電流等參數選取和計算等方面，均基本相似，說明了二者強力相互印證，表明該模型在一定範圍內的正確性。朱木美的「電氣—

幾何」模型，因為是從雷電機理和模擬實驗入手，因而反映了清晰地物理圖景，而不僅僅是一種工程實用的方法。參考文獻2指出White head模型中的先導入射角函數，實

質上是朱木美模型中的分散性函數。該文還指出，所有EGM中的定位擊距所確定的先導定位點，是下行雷先導演化過程中的臨界分岔點，而雷先導定位點到目的物的幾何擊

距之比，或考慮間隙係數後的等值幾何擊距之比，則是決定放電點選擇概率的主要宏觀參數之一。「電氣—幾何」模型巧妙運用了上述兩種擊距概念，簡明直觀地描述了

下行雷先導這一複雜的非線性演化問題。

雷電是自然界中宏偉而複雜的現象之一，人們對雷電現象的認識經歷了漫長的過程。自十八世紀富蘭克林採用避雷針防護雷擊以來，保護範圍一直是人們沿用的重要概

念。二十世紀末期發展起來的「電氣—幾何」模型（EGM），以及由之派生的「滾球法」，不僅廣泛用於高壓及超高壓輸電線路，也廣泛用於各種建構築物的防雷設計中，

對防雷工程實施及人類生活發生了重要影響，而且也使人們對雷電屏蔽或雷擊現象的物理圖景有了進一步的深化。朱木美在極其艱難的條件下，獨立深入研究並取得了與

國外完全類似的成果，應該作為一段歷史的巧合與科學史上的佳話，給予充分積極的評價與肯定。

四、朱木美及其課程組主要論著

1.朱木美，關於雷電參數的測量和防雷計算問題，電力技術，1962年No.10 P84。

2.朱木美，架空地線的保護範圍及繞擊率的計算，華中工學院學報，1965年，5（8），1～14。

3.李家鎔、李正瀛、張紹堅、王小渝（執筆），輸電線路繞擊的模擬實驗研究，華中工學院學報，1965年，5（8），45～48。

4.王小渝，輸電線路繞擊問題的研究，研究生畢業論文，華中工學院，1965年。

5. 張金如，平行無損失導線的A—φ方程式，華中工學院學報，1965年，5（8），45～48。

6.招譽頤，線路杆塔衝擊響應的測量問題，華中工學院學報，1965年，3（8），38～44。

五、參考文獻

⒈ 王曉瑜，雷電屏蔽性能的模擬實驗和分析模型的研究，高電壓技術，1994年，Vol.20 No.2: 48～54。

⒉ 王曉瑜，幾種雷電屏蔽分析模型物理基礎的研究，高電壓技術，1994年，Vol.20 No.1: 12～16。

⒊ 王曉瑜，500KV平武線路高杆塔防雷計算及分析，電力技術，1984年，17（3），14～20。

⒋ Armstrong H. R, Whitehead E. R, Field and analytical studies of transmission line shielding，IEEE Trant, 1968, Vol.Pas-87, No.1:270～281.

⒌ Brown G. W, Whitehead E. R , Field and analytical studies of transmission line shielding Part Ⅱ，IEEE Trant,1969, Vol.Pas-88, 617～626.

⒍ Mousa A. M, Srivastava K.D, Modeling of power line in lightning incidence Calculation, IEEE Trans—TPWRD, 1990, 5（1）, 303～310.

⒎ Brown G. W,「The electrogeometry of shielding against lightning」，Ph .D. Clissertation, Illinois Institute of Technology, Chicago, 1967.

撰稿人：

王曉瑜，華中科技大學電氣學院退休教授，朱木美的研究生。

姚宗干，華中科技大學電氣學院退休教授，原華中理工大學副校長，朱木美的學生。

朱耀明，中南大學材料學院退休教授，朱木美次子。