防火于未燃，他用13年寻找故障电弧
张通社 zhangtongshe.com
｜科技园区信息服务平台｜
打工人的一天会接触多少电器？
闹钟响，开灯，电动牙刷转动，微波炉“叮”的一声，打开电脑……生活中无时不刻被电环绕，而危机也潜藏其中。下一秒电路起火，遭遇生命财产损失的就会是我们。
如果有一种技术，可以在电气火灾发生之前就能够侦测、感知并且把电切断，那会是多么棒的一件事。杭州凌石信息技术有限公司研发出一款能主动防火的芯片，安装了这款芯片的电器，能提前防范电气起火。这又是什么原理？由谁开发的？有多少场景会用到呢？
张通社的记者采访了凌石信息的首席科学家竺红卫教授和总经理王秋华，他们讲述了发明防火芯片的13年探索故事。
▲图：凌石信息创始人、首席科学家竺红卫教授
寻找故障电弧13年的浙大教授竺红卫
王秋华至今记得第一次见竺红卫的场景。
那是2018年，杭州。竺红卫来到王秋华所在投资机构办公室，希望为他研发多年的故障电弧探测芯片寻求融资，将其产业化。
王秋华接待了他，只见这人一张国字脸、身形富态、目光炯炯，很有专家气质。从其履历来看，果然是当之无愧的行业顶尖者。竺红卫是浙江大学信息与电子工程学院教授，嵌入式系统、集成电路EDA及计算机应用技术领域研究的技术专家。主要研究方向为系统级芯片（SOC）设计方法研究，用于系统芯片的EDA工具算法研究及实现。他参加过数个国家级863项目，也是GB/T31143-2014 《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》标准起草人之一。
竺红卫坐在茶几对面侃侃而谈，无论是文学艺术，还是国际国内行业发展，都如数家珍，特别是讲起技术来就眉飞色舞。“他能很不经意地提到许多俄罗斯文学中极其长的人物名字，而讲起技术来，怎么发展，怎么研究，又滔滔不绝，非常精彩。”王秋华回忆道。
王秋华在电力行业深耕多年，有五年硬件开发经验，十年的电力行业销售管理经验，在知名投资机构工作了多年。但当时对故障电弧探测芯片行业，还比较陌生。国内在故障电弧探测器行业还是空白，虽然有相关研究，但商业应用还未成熟，而竺红卫是国内研究这项技术的先行者，并且他是国内该行业国家标准的起草人。
王秋华对这项技术进行了广泛的调研，愈发看到这项技术的广阔前景和价值。王秋华认为，对故障电弧探测技术的研究背后，是对生命的尊重，他决定加入竺教授创办的凌石信息。“它能救无数人的生命，不管它哪年能够呈现出商业价值，做这个事儿这辈子肯定不会后悔。”
防火于未燃
故障电弧探测技术的“前世今生”
故障电弧的探测技术研发历史悠久。用竺红卫的话就是，“这是一项比较古老的技术。”他为什么要研究这项技术呢？这就要从故障电弧的产生原理说起了。
电气起火，大家第一反应，会是短路、过负荷、接触不良、故障、使用不当……原因。这是结果，真正原因是故障电弧产生的高温高热，引燃线路绝缘层导致线路起火。
电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。线路上的电弧可分为两种，一种是正常的操作弧，称“好弧”；另一种是故障电弧，称“坏弧”。“坏弧”即故障电弧，会产生的高温高热，引燃线路绝缘层导致线路起火。
故障电弧发生时，会呈现一定规律的电流波形特征值。传统的空气开关只能防止过载、漏电和短路，只能检测正常的电弧，对电流低于额定电流的电弧故障无有效保护。故障电弧探测技术AFDD/AFD的原理是利用电弧产生时，电路中会产生电磁噪声，通过检测该噪声判断和识别是否发生了故障电弧，从而给出相应信号。杭州凌石信息便是通过算法对这些信号进行识别和深度学习，以芯片为载体，构建电气火灾监控系统。在故障电弧发生时，便准确判断，防火于未燃，这样的芯片也被称作主动防火芯片。
许多国家很早就开始研究故障电弧探测技术。早在上世纪30年代，一些欧美等发达国家就开始对故障电弧建立数学模型进行研究。90年代，一些科学家通过故障电弧点附近声、光、热、电磁辐射和压力等物理现象，利用温度、声音、光敏及压力等传感器，制作了故障电弧检测系统。1999年，美国颁布了用于规范AFCI产品(电弧故障断路器,ArcFaultCircuitInterrupt)的UL1699标准。此时，国内对于故障电弧检测系统的研究还是一片空白。当时，还在从事集成电路EDA研究的竺红卫没有想到，15年后，他会成为中国《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》的起草人之一。
▲图：凌石信息故障电弧芯片模组
竺红卫真正接触到故障电弧探测技术是在2007年一次展会上。他开始大量阅读文献对此进行深入研究，并在实验室展开研究。
在防火技术还在实验室孕育时，中国的电气火灾一次又一次发生着。应急管理部消防救援局发布了2020年全国火灾情况。去年全年，全国消防救援队共接报火灾25.2万起,其中因违反电气安装使用规定引发的火灾共8.5万起，占总数的33.6%。因目前还有1万起火灾原因尚未查明，预计后续该比重还将提高。其中，因电气引发的较大火灾36起，占总数的55.4%。
从电气火灾的分类看，因短路、过负荷、接触不良等线路问题引发的占总数的68.9%；因故障、使用不当等设备问题引发的占总数的26.2%；其他电气原因引发的占4.9%。其中，36起电气引发的较大火灾中，有11起已查明系电动自行车引起，占总数的30.6%。
▲图：凌石故障电弧芯片产品应用现场
中国还在被频发的电气火灾困扰时，美国AFCI标准已运行超过22年，每年用量超过1.2亿个。据相关统计，AFCI/AFDD可防范75%~80%的电气线路火灾。住建部标准中明确提到故障电弧技术的应用范围，政策推进下，市场前景明晰。
竺红卫回忆自己开始决定做这个事的时候，“第一它有产业前景，第二个有公共安全价值和社会效益，所以我反正其他就不管了，我就专心做这个事情。”没想到这一做就是13年。
从实验室到千家万户
用电安全带来幸福
“这个课题虽然不高大上，其实真的也还不太容易，许多世界500强，比如西门子，到现在为止也没有做成熟。“这是一个芯片、电器、算法的交叉学科的技术，最核心的是那些算法。”
王秋华说，“竺教授是我见过的创业者当中最勤奋的一位。他除了吃饭睡觉，其他时间基本都是在工作。据他家里人讲，过年过节，团队聚会，家庭聚会，他基本也是独自在房间里，从事自己的工作。”
令王秋华印象深刻的是，有次公司新来了成员，在竺教授前面的工位上坐了一天。快下班时，王秋华对竺教授说，“人家已经来入职了，就坐你对面，你是不是要跟他聊一聊啊？”竺教授抬起头，“啊，这个人已经来了，我怎么没看见啊?”王秋华这才明白，竺教授心无旁骛起来简直是脸盲。“他走路都在想技术有关的事情。”
研发过程中需要收集大量的故障电弧数据，其中大部分都是在实验室完成，另一部分和厂商合作在实际运用中收集。竺红卫每次做实验时，都会消耗一段15cm的电线，这个线圈每次都是几百米一大卷的买，在实验室山一样堆着。“不知道用了多少圈。”
虽然竺红卫已经记不清做过多少次实验，不过在一篇2017年发表署名有他的文章中，有一段对直流电弧故障检测实验的描述。“通过实验对正常状态和电弧故障状态下的电路数据进行采样……选择100000个正例样本和110000个负例样本组成训练数据集……结果表明：在100000个测试数据中，正确分类的有94483个样本，分类准确率较高，说明本文提出的检测方法可以较好地识别直流故障电弧。”这庞大的数据，也只是这13年实验的一部分。
“在冥王星轨道之外的柯伊伯带，阳光难以抵达的地方，有大量悬浮的冰封石头。”竺红卫说，“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。”这也是凌石名字的由来。
在没有被更多人看见之前，竺红卫的13年主动防火芯片的研发工作，就像凌石一样，在实验室默默转动着。走向市场后，它前进的步伐不断加快。
凌石信息的团队日益壮大，研发团队主要来自于电路设计、算法设计、芯片方面、芯片设计方面的顶尖专业人才。既有浙大强大的技术开发背景，还有相关重要人员来自阿里平头哥，团队互补性强。研发团队对产品进行不断迭代，目前可检测低至0.02A电流，远低于3A的国家标准，其产品在市场表现良好，客户皆来自家电、低压电气、电力等头部企业，总出货量超8万套。目前，团队正在寻求融资，以用于二代SOC芯片研发和市场拓展。
对于凌石信息的未来发展，王秋华表示，“凌石信息的发展可分为三个阶段。第一，验证阶段。主要是完善技术，迭代优化，得到头部企业认可。在放量之前都属于验证阶段，大致在半年内结束。第二阶段属于基于原有逻辑的发展阶段，比如芯片出货量超过两千万片，这个时间大概需要从现在开始两到三年左右。第三阶段会基于原有逻辑的再创造，基于边缘、基于云，基于应用的一个平台型的呈现。”
“圣人不治已病治未病，不治已乱治未乱，此之谓也。”我们在日常的琐碎中踽踽前行，谁也不知道实验室发生过什么，谁也不知道有多少火灾消弭于无形。对于把青春用于防火产品研发的所有工作人员来说，商业价值只是这种技术延伸出来的一种副产品，它本质上提升了我们对生命尊重的能力。没有不会老的电路，但有守护生命安全的团队一直在向前。
895创业营系张江高科（股票代码600895）打造的创新创业服务品牌。以聚焦产业、优化资源、赋能创新为初心，通过资本、技术、媒体等合作方的共同助力，打造强有力的创业集群。
凌石信息是895创业营(第十季)集成电路专场的优质项目之一。
联系方式
凌石信息正在进行新一轮融资，有意向的投资机构，可以直接扫描下方二维码，联系张通社郑先生。
作者：滕淳悠
编辑：孟竺