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篇1
随着我国航空航天事业的快速发展，电子设备内部各功能模块之间需要相互通信，所敷设的电缆（线扎）电压不同、电流不同、频率不同，这些电缆的相互位置，以及走向都将对设备整体的电磁兼容性能产生影响。所以，必须对电缆进行合理的分类布局，使之更适合于机载机柜的布线要求。
2.当前机载电子设备布线分析
我所常用的机载电子设备中的电子电路装配设计，通常只有一份接线图和接线表，不能体现电子设备电缆和线扎的电气性能和机械特征。接线图和接线表在生产操作人员布线过程中容易出现一些情况：
（1）没有明确电路图中的电缆是由哪些导线组成的，没有对电缆进行交流电缆、直流电缆、数字信号电缆、模拟信号电缆、高频电缆和高压电缆等进行分类。
（2）没有明确电子设备中电缆布线的空间位置，也没有对电缆之间容易出现信号干扰等问题进行明确注明。
由于这些传统的设计缺陷，因此机载电路布线过程中没有明确的电气设计，根本不可能进行电缆布线设计。此外机载设备较小，集成度高，控制机柜和驱动机柜合而为一，趋于采用标准的一体化控制机柜。这种控制机柜通常采用抽屉推拉的结构，如图1所示。机载方舱空间有限，各机柜并列紧密排在一起，背靠机体，侧面、后面被封死，装配、维修困难。机载方舱机柜由于机体空间而限制了机柜的数量，机体高度的限制又使得机柜高度变低，为了不减少控制单元的功能数量，只有加长抽屉的长度，而抽屉容量的增大，使得机柜的纵深加长。如图1所示，H尺寸变小，L尺寸变大。机柜数量的压缩使得单个机柜的电器单元容量增加，电器之间的互联性增多，导线数量随之加大；抽屉长度的加长，使得抽屉后面的线束随之加长，线束过长给抽屉的推拉增加了不小的困难。
3.机载电子设备布线改进
从以上两种布线上所需的硬件分析，我们可以看出由于电缆和线扎是属于机械电气类的产品，在处理设计问题时，必须兼有电气技术与机械技术两个专业的特点。电缆布线设计需要将电气技术、机械技术、制造技术的有关内容结合起来，综合考虑。
3.1 改进机柜走线
针对机载装备系统中方舱空间窄小、机柜结构复杂、导线数量较多的具体情况，克服传统走线的缺点，从工艺角度考虑设计了一种新的机柜走线方案。
(1)增大机柜抽屉之间的空间，用于布线抽屉面板尺寸不动，抽屉高度缩小，抽屉底板向上抬高30mm，与抽屉上部原有10mm高度合在一起，在两抽屉之间留出40mm的空间，用于布线。
(2)去掉跟线装置，加装布线板去掉抽屉后面的跟线装置，改变走线路径，在抽屉之间留出的布线空间内加装金属布线板；在布线板上走线、布线。图2。
3.2 布线设计优点
(1)布线板上线束固定有依托，不会随飞机的起飞、降落、颠簸、振动、加速、制动而晃荡，始终不受力，插头也不受力，保证整机设备的电气性能。
(2)可满足电气方面的要求。每个抽屉内有强、弱信号控制线，有电源线、有大电流线，信号线与电源线可从机柜两侧分开分别走线，在布线板上可分开一定距离布线，避免电源线干扰信号线。而跟线架是无法满足这一电气要求的。
(3)抽屉后面的线束不需要留过多的余量，缩短了导线长度，降低了信号损耗，节约了线材，且不会再有线束下垂、绞缠的现象。
(4)各抽屉之间线束互不影响，彻底分离，上面抽屉的线束不会影响下面抽屉。
(5)布线板上各插头线束各自分开，条理分明，不会绞在一起，装卸抽屉，人为操作都在机柜前面，能看见，易操作，各插头、插座不易插乱，减少人为误插。
(6)布线板上开有许多长条孔，可用于固定线束，同时利于机柜通风，并减轻重量。
3.3 布线过程应注意的问题
(1)金属布线板一定要把毛刺打磨掉，并对所有棱边打磨，避免毛刺、棱边划伤导线。
(2)线束拐弯不能打死弯，弯曲半径要比线束直径大两倍以上。
(3)插头线束较多可编成辫子形状，以减轻线束弯曲张力。
4.结语
新的机载电子设备机柜布线方法解决了机柜传统的布线弊端，有效地改善了机柜电气设备的电气性能，使之更适合机载机柜的布线要求。同时也使机柜的走线从外观上条理清晰，整齐美观，便于装联、调试和日后的维护、维修。
参考文献
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篇2
1 引言
NASA（美国航天局）一直在开展激光空间传输能量的研究，通过激光在自由空间中传递能量，面临的最大的难题为光电转换效率随着距离的增加而急剧减小。光纤供电技术巧妙的解决了这一难题，它通过光纤的全反射效应为激光的传输提供了损耗较小的通道，不受射频和磁场、雷电、电磁脉冲影响，不产生额外的电磁干扰，比传统电缆更轻、装配灵活，且对系统防热设计要求较低。正是因为这些优点，使其在相关领域得到了广泛的应用。
2 发展现状和趋势
2.1 发展现状
20世纪50年代首次发现GaAs材料具有光伏效应，并首次制成砷化镓太阳能电池，效率有6.5%。70年代，美国采用LPE技术，在砷化镓材料的表面生长一层宽禁带窗口层，大大减少了表面复合，转换效率提高至16%，开创了高效率砷化镓太阳电池的新纪元。20世纪80年代后，国外砷化镓太阳能电池技术逐渐演化到采用MOCVD、异质外延、多结叠层结构等最新技术，材料的供电功率和转换效率不断提高，最高效率已达到29%。同时，随着激光技术的发展，采用激光器驱动光电转换材料的研究开始兴起。从20世纪80年代至今，光纤供电技术取得了长足的发展。目前，美国的JDSU、LaserMotive，德国西门子等公司，能提供功耗在1瓦特左右输出稳定的光供电材料，如图1所示，转换的效率可以到达最高60%，传输距离可以达到10km左右。更大功耗的由于稳定性较差，目前多处于实验室研究阶段。
在应用领域，国外光纤供电技术研究起步较早，目前低功耗的应用相对成熟，从20世纪90年代开始，相关技术开始应用于高压输电、军用及航天航空、工业传感器和医疗设备等领域。
2005年，霍尼韦尔公司在国际航空传感器大会上，提出了一种基于光纤供电的传感器网络，可以应用在对噪音、电磁和射频的干扰要求苛刻的场合。2006年，德国KIT公司，成功实现在单根光纤中传输数据和供电。2013年，美国LaserMotive公司在SPIE国际防务安全展览上，展示了光纤供电驱动的小型无人机。这种小型无人机飞行高度可以达到2km，用来进行区域目标监视、通信中继等。
2.2 发展趋势[1]
目前，国外光纤供电技术研究主要集中在790～850nm、900～1000nm和1200～1600nm三个波段。790～850nm波段一般采用铝镓铟或砷化镓光电池材料，可以提供稳定的500mw的1～2km远程输出功耗；900～1000nm波段一般采用铟砷化镓或者砷化镓光电池材料，能够提供稳定的2W以上的1～2km远程输出功耗；长距离的光纤供电一般采用1200～1600nm波段铟砷化镓或者磷化铟光供电材料，可以提供500mw左右10km以上的稳定功率输出。目前，美国JDSU公司在实验室内已经成功实现了10W功耗1km距离的光纤供电演示。
3 应用特点
3.1 电力领域[2]
在电力领域，激光供能系统是解决电力系统测量中绝缘问题的安全可靠方案，通过光纤隔离高、低电压侧，给高压侧数据采集电路提供稳定电源，并且可以通过与能量光纤共用的信号光纤将采集到的信号送到低压侧的数据采集系统，不受高压母线附近的强电磁干扰的影响。同时，光纤不导电、重量轻、集成度高的特点取代了传统电磁式互感器的填油等复杂绝缘结构，体积小，造价低，安装维护成本也大大降低。
3.2 工业传感器
国外的工业传感器也经常采用光纤供电的形式。光纤提供了一种抗噪声，抗火花，绝缘的特殊电源，因此光电转换是传感器应用的理想选择，如电磁干扰测试与测量传感器。
电路会产生辐射无线电频率（RF）能量的电磁场，从而增加了电子超过规定EMI（电磁干扰）限制的可能性。磁场或电场探测器用于EMI测试以量化放射水平，并帮助确定电磁干扰的来源。在该测试中使用的探测器的电源一般由电池提供。当电池需要充电时，测试停止，电池充电或更换。电池充电破坏了试验的连续性，增大了测试周期。光电电源可以作为一个孤立的电源来驱动的EMI探针，从而提供一个单一的电源，从而除去了对电池的需要。全光纤转换可以向探头提供动力，使探头以较高的速率发回采样数据，以方便测量。因此，EMI测试可以更有效率和更经济地在较少的时间里完成。
3.3 医疗设备
磁共振成像（MRI）技术可以通过检测核磁共振信号显示人体图像。这些信号用射频线圈检测，这种线圈可以将信号放大到足够电子处理器可以读出的水平。通常情况下，是由一个非常僵硬、笨重、隐蔽的铜电缆向线圈放大器提供电源。在MRI检查过程中所采用的高转换领域，共模信号和接地回路对保持信号的完整性提出了挑战，并且可能导致因电缆过热发生的烫伤。使用非导电纤维可以消除这些风险，并且改进信号的信噪比。由于纤维需要的横截面面积更小，因此在相同的可用空间内可以使用更多的线圈提供动力以改善成像质量。同样，其他电子故障监测设备在强磁场和射频场内也可使用独立的光子电源，以确保无干扰测量。
4 启示与建议
（一）紧密跟踪光纤供电领域技术发展，充分重视其对于航天领域的意义。目前，国外光纤供电技术在航空航天传感器测量领域有广泛的应用，在国内工业领域也有相关的应用，但在我国航天型号研制方面还未涉足，有较大的应用空间。
未来的航天电气系统将会趋向于重量轻、功耗低、内部通信快速灵活的方向发展。采用光纤供电的方式，可以利用光纤作为能力传递和信息交换的介质，大大降低设备重量，避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的带宽限制，降低系统电磁兼容和防热设计的难度，对于我国航天技术发展具有推动意义。
（二）结合航天领域电气系统特点，推动电气系统电缆光纤化。目前箭上、弹上系统、地面测试设备和导弹指挥通信设备电气系统普遍使用电缆，然而，一贯使用的以电缆为媒介进行供电和通信的方式存在着许多弊端。箭、弹上存在着许多不同类型的干扰源，对电缆通信造成很大的电磁干扰。特别是对于武器系统而言，在遇到敌方施加电子干扰时，传统的电缆通信方式可能因电磁兼容的缺陷而导致崩溃。光纤供电技术可以彻底避免电磁干扰，降低电气系统防热设计难度，提高信号传输的安全性和可靠性。光纤还具有转弯半径小方便铺设、传输信号容量大、速率高、衰减小、误码率低等常规电缆无法比拟的优点，有利于提高系统的集成化、小型化和安全性水平。
（三）加强顶层牵引，梳理电缆光纤化研制体系。电缆光纤化涉及系统广泛，工程化工作较为复杂。需要充分发挥总体的顶层牵引作用，通过总体技术论证，统筹策划、分步开展、逐步完善，建立完善的研制体系。同时，加强系统性培训，建立面向型号的光纤化技术专业队伍。在研制过程中，可以先对部分对电磁干扰、噪声、防热要求苛刻的电气设备进行光纤化改造，后续再逐步推广到其它设备，最终实现系统光纤化的最优解决方案。
篇3
通信系统让作为航空事业发展的必要基础设施，其质量的高低对于航空工作质量以及航空领域的长期发展都具有较强的影响力。而随着航空事业的发展，也间接使得其对科学技术水平要求更高。因此，电子通信系统必要做出对应的调整，才能有效地推动航空事业的整体发展。DSP即数字信号技术，是随着科学发展所产生的一种新型技术，其对于信号的接受以及处理，有着较好的效果。当前，已经逐步出现在人们的生产与生活之中。基于DSP所创建的航空电子通信系统，能够有效地保障其信号的可靠性与稳定性，同时，还会为信号提供一个新的通道，使得其整体性能得到保障。然而，由于我国航空事业发展有限，新型技术的使用还不能达到对应的熟练度。目前，DSP应用下，创建航空电子通信系统还不能对其的整体设计以及后续效果加以保障。故而，需要针对该条件下的电子通信系统加以研究，并且就其各个设计方面进行调整，希望能够使得其达到对应的使用效果，推动航空事业的持续发展。
1 DSP的内涵
DSP，英文全称为Digital Singnal Processing ，即数字信号处理，是面向电子信息学科的专业基础课程。简单来说，数字信号处理也就是使用数值计算的方式来对信号进行加工的理论与技术。在日常使用中，是将其作为一项实际存在的基础，将事物的运动变化，都转化为对应的数字，使用计算的方式，从中提取对应的消息，并对这些信息加以运用，实现人类生产发展中的某个运用活动。目前，已经有对应的处理芯片，也就是数字信号处理器，一般来说，这是集成计算机所特有的一种芯片，相对较小。其实际运用，也就是该芯片的工作过程。相对传统的信号传输来说，该种技术的信号获取与分析能力更强，稳定性较高，能够在较短的时间内，对信息进行准确的处理。因此，目前很多领域都将其运用于自身的通信系统之中。航空电子通信系统对于信号的稳定性与可靠性要求更高，尤其是在当前社会发展的背景下，人们对于航空领域的认知不断深化，对其应用也相对扩展。保证航空领域发展的稳定性与应用的安全性，成为当前航空领域的主要目标。自然，对其电子通信系统的要求也达到了一个相对的高度。航空电子通信系统要求提高，DSP技术的信号处理优势不断突出，这就使得航空电子通信对其运用的重视提高，对应的通信系统建设，成为当前的主要方向。
2 航空电子通信系统的总体设计
基于DSP的航空电子通信系统，一般来说，其主要结构为：软件、硬件、调试。
2.1 软件也就是整个系统的核心部分
其对系统中的所有程序都会产生一个控制作用，通常来说，软件发出命令后，硬件就会按照其之前的设定，去执行这个命令，从而使得整个系统运行正常化。在实际的运行中，硬件本身没有生命，而软件则是赋予其生命的重要内容。可以说，软件是硬件适应外部环境的重要保障。
2.2 硬件是整个系统的物理基础
在可科学技术不断先进化的今天，人们越来越追求软件所能够赋予硬件的内容。然而，在软件不断的发展下，硬件必须要具有一定的发展，才能使得两者契合。从某种程度上来说，软件是硬件的的核心，而硬件则是软件的必要基础。如果没有硬件或者硬件的性能缺乏，那么将无法满足系统运行的必然要求。而如果是航空电子通信系统中的硬件仍旧没有进行更新，其软件的发展也不过是空谈。可以说，软件必须要配合对应的硬件，才能实现其操作效果，达到对应的性能高度。
2.3 系统调试部分是保证软件与硬件可靠运行的重要保障
对于DSP技术的使用来说，其主要针对系统架构设计中应该具备的简单、灵活等特征，从而在软件、硬件都没有瑕疵的基础上，来使得其信号的处理更加有效化。然而，DSP技术本身就是近年出现的一种新型技术，将其运用在航空电子信息系统上，也当是属于一个整体的进步，还没有对应的经验。因此，对于DSP背景下，所设计出来的航空电子通信系统，其性能的好坏，运行的实际，都没有人可以加以保障。系统调试的存在，就是为了针对其中的不足，来进行必然的调整，从而使得其更加符合运行的原理，保证航空电子系统运行的稳定性与可靠性。
3 基于DSP的航空电子通信系统的硬件设计
硬件作为电子通信系统运作的基础，其设计的合理性直接影响软件的性能实现。尤其是在科学技术不断发展的今天，各种硬件的精致性与准确性不断深化，从而使得其实用性更强。而在DSP的引导下，航空电子通信系统硬件的要求也就更高。笔者认为，其硬件的设计需要注意如下几个部分：
3.1 控制模块设计
控制模块是整个DSP航空电子通信系统的核心，一般来说，是由DSP芯片与周围功能单元所组成。DSP芯片一般是选用的低功耗、功能性能较好的TMS320系列的TMS320LF2407A，并且配合周围的功能单元，从而实现控制机载总线数据通信、存储以及处理的子系统。 其基本结构如图1。
从图1可以看出，其整个是以中心向四周扩散的模式存在。也就是说，其控制模版联合了周围的功能单元。而且，直接对周围功能单元进行负责。一旦其发出任何指令，周围的功能单元都会在第一时间来对其进行实现。并且，在实现之后，会存在一个反馈，让中心能够对其进行准确的状况了解，实现其控制功能。
3.2 上位机与下位机的通信模块设计
在该处，可以使用RAM技术，从而使得双CPU之间的通信得到保障。一般来说，普通的系统中只会存在一个CPU，从而对系统进行总控制。然而，航空电子通信系统的复杂性较强，其面临的问题较多。在实践中，其可能会存在天空、地面两者的沟通。因此，其必须要保证CPU的运行。而为了使得其运行更加符合自身的状况，双CPU成为其主要的控制模式。采用对应的技术，从而使得两个CPU的信息可以共享，实现数据的交换，从而使得其访问的便捷性更强，在信息的提取上，也可以更加准确。
3.3 ARINC429总线通信模块设计
通信模块的存在，是为了保证各个部分的信息能够得到准确的传输。一般来说，ARINC429总线通信模块主要由两个部分组成，即接收器与发送器。接收器负责信息的采集与过滤，而发送器则负责将其信息加以传递，从而使得其信息的运用更加便捷化。在电子通信的过程中，其应该表述为：将接收数据串并转化，从而完成其数据发送的并串转换，在某些状况下，也可以及时的对其通信加以阻隔，从而使得通信质量得以保证。可以说，总线通信模块实际上是对通信质量的保障，也是对通信传输度的控制模块。
3.4 LON WORKS数据通信模块设计
在LON WORKS通信模块的设计中，一般选择FT3150智能收发器为主要控制器，从而完成各个采集模块数据采集的同步，并且，还添加了传送采集数据等多种功能。为了保证该模块功能，实现应用的广泛性，当前还对该模块与PC机的串行接口加以延伸，这样就可以使得LON WORKS模块中所采集到的数据，可直接发送到上位机。在传统的电子通信系统中，其获取到的信息一般都是需要经过处理，然后经特殊的通道传送。在这个传输的过程中，可能会使得信息丢失或者不不准确。这就给传输带来了较大的困难。而其直接传输的渠道存在，就可以有效地保证传输质量。其基本结构图如图2。
4 基于DSP的航空电子通信系统软件设计
4.1 设计要求
在硬件设计完成之后，为了使得硬件能够发挥其作用，必须要对其软件加以设计。在这个设计的过程中，必须要保证系统软件具有一定的实时性、可靠性与可维护性等基本特点。
4.1.1 基于DSP的航空电子通信系统需要具有良好的时效性
也就是说，系统的处理器需要在较短的时间内，完成一系列的软件处理工作。例如，在其接收到对应信号后，快速对信号进行分析与处理，并且做出逻辑判断，然后输出对应的控制信号，完成正确的动作。在这个过程中，如果存在延误，则可能会使得整个系统的进度受到影响，影响系统的性能实现。
4.1.2 基于DSP的航空电子通信系统需要具备一定的可靠性
这主要是针对系统发生故障而言，一般来说，系统故障会产生一定的问题，在这种状况下，必须要采取一定的措施，来对其进行紧急处理。
4.1.3 基于DSP的航空电子通信系统必须要具备可维护性
一般来说，可维护性也就是说，在其设备软件和硬件存在某种问题时，能够通过简单调控等，达到对应的效果，或者存在故障，能够以维护的方式使之恢复到之前的状况。本身航空电子通信设备都是相对精密的设备，其结构与功能决定了是否能够达到对应的效果。在该种状况下，很难一次性的就能使得整个系统协调化。因此，必须要采取一定的措施，使得整个系统运作效果更好。某些设备的可维护能力较低，其在维护的同时，就会使得设备的性能受到影响，进而降低了使用质量。因此，必须要求设备的可维护性。
4.2 软件的模块划分
在软件设计中，需要将其模块化，从而保证每个模块的设计合理性与适用性，才能间接的保证系统整体软件的有效性。通常来说，软件设计主要包涵：上位机软件设计与下位机软件设计。上位机软件设计主要是为了实现各种相关数据的有效管理，并且实现系统的智能纠错。而下位机软件设计则是执行软件，保证系统指令实施的确切性。而上位机的模块又包涵了四个：系统的初始化模块、通讯模块、控制模块和数据处理模块。
5 基于DSP的航空电子通信系统的调试方案设计
无论是经过多少人或者有多么精密的设备作为基础，其设计出来的系统都会存在一定的瑕疵。而调试的存在，则为系统的运行提供了一定的保障。由于DSP系统本身相对复杂，而适用于电子通信系统后，两者的复杂性有所切合，就会使得整个系统的复杂程度更甚。在系统调试时，需要以系统的基本要求为主，确保调试的全面性。一般 来说，系统调试主要包括8个方面：电路板裸板检测、焊接装配器件、通电前检测、电源输出检查、时钟电路测试、DSP 工作状态检查、RAM 读写测试以及上位机与下位机联机测试。每一个方面调试工作都需要落实，才能够保证系统整个性能的良好。同时，在调试之前，需要对软件硬件等进行多次确认，需要保证其不会影响调试的效果。
调试并不是单纯的包涵调控的内容，对于系统的维护也是有所包涵的。一般来说，系统调试是指系统正式投入使用之前，所需要进行的试行，并在整个试行过程中，去发现系统的不足，并且，对其进行一定的调整。而维护则是在系统运行中，对其进行定期或者不定期的检测与休整。在笔者看来维护也应该是调试的一个部分。也就是使用后调试。在使用过程中，人们对于系统的了解程度不断加强。而对于系统也会存在一定的新构思。因此，在维护的同时对其进行一定的调试，也十分必要。通常来说，维护也指定期维护与临时维护。定期维护是在规定的时间中，对系统进行检测与调整。而临时维护则是需要在发生故障的背景下进行。另外，调试并不是单纯的指整个系统。也可以是系统中的某个部分。因此，调试方案的设计需要具有针对性。
6 结束语
DSP是社会不断发展下，所出现的一种新型信号处理技术。社会各界对于其的使用都具有一定的尝试性，航空领域也是一样。传统的航空领域信号传输质量难以得到保障，其传输处理效率缺乏，从而使得该领域的发展受到了严重的制约。面对该种状况，必须要对其通信系统进行必要的创新，使之符合社会发展的需求。然而，由于技术本身相对运用难度较大，使用经验缺乏。实践中，航空电子通信系统运用DSP技术加以创建，必然会存在一定的问题。这就需要人们加强对其的研究，从软件、硬件两个方面的设计着手，保证其设计出来的适应度与精密度较强。另外，为了保障其正式投入使用后的效果。还需要在使用之前，进行对应的系统调试。在反复调试中发现问题，解决问题。除此之外，维护也具有一定的必要性。本文从多个方面论述了基于DSP的航空电子通信系统设计时，需要注意的问题，从而对系统兼容性与通用性的保证，提供了一定的可能性。并且，还赋予了一定的扩展能力，希望能够为我国航空事业的发展提供参考。
参考文献
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篇4
篇5
1.太阳能项目
(1)与美国联合太阳能公司合作投资太阳能电池项目
2007年，天津市津能投资公司与美国联合太阳能公司（United solarovonic）在津签署合资合同，共同投资建设年产25兆瓦柔性薄膜太阳电池项目。该项目总投资3，500万美元，设计生产能力为25兆瓦，实际年产可达30兆瓦，是此种工艺路线国内规模最大项目，计划2008年6月底建成投产，并扩展到三条生产线，最终达到90兆瓦规模。该项目落户天津并列入天津市重点建设项目，将填补产品空白，进一步提升天津市太阳电池技术水平。
(2)太阳能电池研发转化项目在保税区建设
由南开大学研究开发的国家863重点项目―――铜铟硒薄膜太阳能电池项目在保税区空港加工建设。该项目由南开大学光电研究所研究开发，其产品广泛应用于大型太阳能发电站、节能楼宇玻璃及航空航天等，对新能源企业聚集和形成高新技术产业化承接平台具有积极的作用。
(3)非晶硅薄膜太阳能电池产业化项目研发成功
该项目由津能电池科技有限公司承担，被列为国家高新技术产业发展项目计划和天津市重大高新技术产业化项目，以南开大学技术力量为支撑，引进美国EPV公司先进的单室、大容量生产设备，生产双结非晶硅太阳电池产品，具有高产率、低成本的特点，是目前国际上生产效率最高的生产技术。该项目总投资为19779万元，建有两条太阳电池板和组件生产线，建筑面积达7000平方米，达产后，可实现年销售收入12500万元，利润总额3763万元。该项目的投产，填补了国内非晶硅电池产品的空白，打破了国外少数国家对该产品的垄断。同时，这个作为绿色电源的高科技产业化项目，可用于太阳源发电，同时在节能、环保及提高西部地区人民生活质量方面，具有明显的社会效益。
(4)全球最大太阳能空调安装就位
全球最大的太阳能空调在天津市华苑软件园海泰信息广场安装就位，于2006年正式启用。太阳能空调，夏季可降低制冷耗费的电量，减少二氧化硫排放量；冬季采暖可减少烧煤供热或燃气供热比率，同样对环境保护具有重要意义。此太阳能空调启用后，辐射制冷供热建筑面积12万平方米，与电制冷和燃气采暖对比，每年制冷节电约400万千瓦时，采暖节省燃气约50万立方米。
2.绿色电池项目
天津市目前形成了以力神电池、蓝天电源、和平海湾、蓝天高科和巴莫科技等公司为依托的绿色电池产业集群。"十一五"期间，各企业将打通产业链中从技术研发到电池材料、电池产品、应用产品、配套产品生产和服务的各个重要结点，提高国际分工地位，提升综合竞争能力，形成以绿色储能电池、光伏电池、燃料电池及关键电池材料为主导，集研发、生产、经营为一体的优势产业集群。
3.风电项目
苏司兰能源(天津)有限公司于2006在高新区华苑产业园注册，一期投资6000万美元，工厂占地25万平方米，主要生产风力发电设备。2007年2月，该公司在新技术产业园区举行新厂落成暨开工仪式，此次落成开工的新厂建筑面积5.85万平方米，包括叶片厂、机舱外壳厂、风力涡轮发电机厂、控制面板厂、发电机厂等，总装机容量600兆瓦，年产值达24亿元，新厂的落成将进一步巩固苏司兰能源在全球领先的市场地位。
4.水处理项目
在水处理产业方面，整合创业环保集团、国际机械公司、膜天膜科技公司等企业在设计、产品制造、项目建设和运营服务方面的既有优势，突出工程总承包中的设备、产品成龙配套，通过加强联合与合作进行优势整合，形成整体上的竞争优势。主要建设天津国际机械集团有限公司污水处理成套设备项目、天津甘泉集团有限公司高压潜水轴流泵、污水泵研制项目。
5.海水淡化项目
以建设海水淡化示范城市为契机，整合海水淡化研究所、天津化工研究设计院、天津市化工设计院、天津大学、膜天膜公司以及宝成集团、爱甘霖集团等企业的技术和设备优势，发挥化工、机械制造等传统产业优势，形成从海水预处理、淡化到淡化后浓海水综合利用的系统集成。
6.再生新能源基地项目
该项目是进行废旧物品的回收、拆解、再利用的一个再生资源的能源基地，总占地面积200亩，预计规划建设在汉沽区杨家泊镇物流园区。该项目具有资源再生和资源再利用的特点，可解决环渤海地区的环境污染，使废旧物资资源进行有效地再利用，对促进资源产业和循环经济的发展具有重要的作用。
7.沼气池项目
2007年，天津市在文明生态村推广户用沼气池7000座。通过4年努力，到2010年本市在农村将总共建设户用沼气池2万户，使广大农户采用新能源用以照明、做饭，改善农民生活条件，提高农村现代化水平。
8.秸秆制气站项目
从2006年开始，天津市大力实施农村新能源建设，兴建100多座秸秆制气站，使全市每年500多万吨的秸秆，逐步变废为宝成为全市农村清洁能源。自此，天津每年将有近万户农民用上秸秆“气化”新能源。一个三口之家用秸秆气做饭和取暖，平均每天费用仅为一元左右。
9.清洁汽车动力项目
继续做大电动自行车市场的同时，以电动车辆研究中心--清源电动车辆有限公司为龙头，优化和集成汽车、发动机、电池、电机等方面的优势力量，在清洁汽车领域做强“清源”品牌，形成混合动力公交车、家庭轿车和纯电动轿车的多品种竞争优势，参与国际市场竞争。
二、天津市新能源产业SWOT分析
天津市新能源产业发展有政策、技术、人才供给、地域环境等方面的优势，适逢国家扶持滨海新区发展的新机遇，跨过公司投资不断增加，自身技术力量也不断增强，但也应看到在核心技术持有、投资经费、研发水平等方面的不足。本文将天津市新能源产业发展的SWOT分析矩阵总结为下表。
表 天津市新能源产业SWOT分析矩阵
三、促进天津市新能源产业发展的对策
1.贯彻落实国家新能源产业发展的政策方针
2006年，我国开始实施《可再生能源法》，以立法的方式保证了发展新能源和可再生能源的地位。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年～2020年）》已明确能源作为重点领域。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《可再生能源中长期发展规划》等一系列指导性文件都将新能源产业列入重点产业发展方向。节约能源，降低能耗，是我国国民经济持续发展的关键，开源与节约并举将是我国能源战略的核心。鉴于此，天津市需加大对新能源产业发展的支持力度，积极引导和支持以企业为主体、产学研相结合进行新能源的技术开发及产业化，开展重大技术装备的研制，加强重点骨干企业的自主创新能力建设，研究促进新能源发展的政策措施，通过技术创新，推进新能源产业的健康发展。
2.积极培育和规范市场
(1)加快新能源标准体系建设。继续组织制定和修订有关产品和零部件的国家标准，包括产品性能、试验方法和能效标准以及系统的安装、设计等国家标准。
(2)建立新能源质量保证体系。逐步建立国家级产品质量检测中心和质量控制体系。组织开展大型风力发电设备及零部件的检测、认证工作；建立与国际接轨的太阳光伏系统及部件的质量检测体系。
(3)建立产业化技术服务体系，实施项目招投标制度、工程质量监理和评审制度，鼓励发展工程建设、技术咨询、信息服务、人才培训为主的中介服务。
3.组织实施示范工程
(1)组织实施太阳能与建筑一体化示范工程。积极引导太阳热水器生产企业参与示范工程建设，推动太阳热水器作为建筑构件制造技术的开发和推广，扩大应用领域。
(2)实施风电设备国产化示范工程。选择资源条件好，经济实力强的风电场，建设10万千瓦级示范风电场；支持风力发电设备制造企业开发生产具有自主知识产权的风力发电设备及零部件。通过国产化示范工程降低设备造价，使风电场初始投资有较大幅度的下降。
(3)组织实施蔗渣热电联产技术商业化示范工程和生物质发电上网商业化示范工程。
4.加大宣传、培训和信息传播的力度
采取多种形式，宣传发展新能源对经济社会可持续发展的重要战略意义以及党和政府对开发利用新能源的方针、政策。对从事新能源利用的技术和管理人员有计划地组织培训。加强信息交流，支持建立一些全国性和区域性的新能源信息网站，通过信息传播，引导产业发展。
5.广泛开展国际交流与合作
篇6
Key words： circuit breaker；condition monitoring；online monitoring；fault diagnosis
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0226-04
0 引言
电力系统的稳定性对于人们的生产生活至关重要，断路器作为电力系统中最重要的保护和控制设备，承担着关合、开断电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等的重要作用。当电力系统发生故障时，断路器能够将故障部分迅速从电网中隔离出去，断路器的故障将带来线路和设备受损甚至可能影响到居民生活和社会生产，因此，断路器的状态好坏直接影响到电力系统的可靠性，断路器的运行维护是保障电力系统安全稳定运行的前提和基础。由于断路器的寿命一般为20-40年，一些部件会随着使用时间的增加而不断老化，因此及时对其进行维护和检修是十分必要的。
当前电力设备的维护方式主要有定期检修、故障维修以及状态检修三种。定期检修就是根据预先规定的时间周期对设备进行检修，故障维修是在故障发生后才对设备进行修理，这两种方式作为目前最常用的检修方式，存在着针对性较差、效率低下、维护成本较大的问题。为了提高设备运行可靠性及运维效率，状态检修开始得到了关注。
状态检修是基于设备状态监测和故障诊断的检修方式，它能够根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，并做出针对性的检修计划。对断路器的重要参数进行长期连续的状态监测，不仅能够及时判断出故障的位置和严重程度，而且可以对故障设备进行原因诊断。这不仅对于提高设备的利用率、降低维修费用、增大设备的维护保养周期十分有效，而且可以提高电力系统的坚强性、可靠性及自动化程度。作为主动性和预见性的检修方式，状态检修更能适应现代智能电网对于安全性和经济性的要求，真正做到防患于未然。断路器的在线检测及故障诊断已经成为电力行业的热点问题并受到国内外研究机构的持续关注。
1 国内外研究现状
断路器一般包括操动机构、开断元件、绝缘支柱、基座、二次回路和中间传动机构等等。断路器的故障即为某部分元件丧失其规定动作的现象。国内外的故障统计显示，断路器常见的故障表现见表1。
这些故障不单会造成断路器功能的缺失，甚至会危害电力系统的整体安全，因此，进行有效的在线监测和故障诊断至关重要。
1.1 状态监测
对断路器的状态监测最早是通过离线的方式进行，这种测试方法主要对断路器的分合机械参数进行测试。国外在上世纪90年代就有这样的断路器试验设备，代表厂商如德国WEIS公司和美国Doble公司等等都有相关产品，国内如国电南瑞、华天电力后来也有类似的产品。但是这种机械特性测试仪只适合进行出厂检测和故障检修，无法满足状态监测的要求，因此，对断路器检测进行智能化改造成为了新的研究热点。国外在这一领域的研究起步较早，Goto K. 等人在1989年就提出了针对气体绝缘断路器（GIS）的在线监测和故障诊断系统，并在断路器动作时间、气体压力、局部放电、液压系统等多方面进行了监测[1]；McllroyC等人利用录波设备和接口组件实现了对分合闸线圈电压、电流和触点位移的监测[2]；美国德州农工（Texas A&M）大学采用专家系统对断路器进行状态分析，监测对象包括分合闸线圈电流、相电流、触头接触信号等等[3]；Dupraz JP等人开发了对六氟化硫气体，操动机构和断路器机械特性的在线监测系统[4]；Knezev M等人开发的系统主要对断路器控制线圈电流及主回路电流进行监测，并对信号处理和专家系统方面进行了研究[5]。
国内对断路器在线监测技术的研究工作开始于上世纪90年代，清华大学最早对该领域进行了研究实践：单片机作为核心芯片被用来控制整个开关柜智能化状态检测装置，并初步探索了断路器振动信号在监测和故障诊断方面的应用[6-7]；华中科技大学的张永伟等人开发了基于CPLD+CPU结构的在线监测数据采集结构[8]；重庆大学的熊小伏等人利用网络服务器开发了分布式机械特性监测系统[9]；此外，包括西安交通大学、北京航空航天大学、大连理工大学在内的多家研究单位在断路器在线监测与故障诊断方面都有持续的研究[10-12]。
目前市场上已有的高压断路器状态监测产品一般是利用微处理器对断路器设备参数进行连续监测，核心控制芯片包括ARM、FPGA、DSP等多种方式，并且逐渐向更高级的芯片和多核系统发展。
在线监测对象的选择是进行有效故障诊断的前提和基础，随着数据采集技术的发展和完善，监测对象也从最初的简单机械参数向复杂参数发展。目前常见的监测对象包括：①分、合闸线圈电流；②储能电机电流；③振动信号；④位移信号；⑤断路器触头温度；⑥环境温湿度；⑦主回路电压、电流；⑧局部放电；⑨真空断路器的真空度；⑩微水（气体绝缘全封闭组合电器GIS）；？？？气体密度；？？？断路器运行状态、接地状态、储能状态等等，这些监测对象能够从不同角度反应断路器的工作状态，实现手段也各不相同，以下为几种典型信号的具体监测方法。
①分合闸电流信号。
作为高压真空断路器中的重要元件，电磁铁利用线圈中所通电流产生的磁通对断路器的操动机构进行控制来实现分闸和合闸动作。断路器的分、合闸电流波形包含了断路器在此过程中的工作状态信息，通过监测分合闸电流能够判断出多种断路器控制回路的故障类型如线圈铁芯卡涩、电源电压过低、铁芯空行程过长等操动机构故障。同时，线圈电流易于采集的特点使其十分适于对断路器进行故障诊断。实际应用中分合闸线圈电流信息可以通过霍尔电流传感器采集，典型的断路器合闸电流波形如图1所示。
从图1可以看出，铁心的运动主要分为五个阶段，分别对应图1电流曲线的5个区间：①t0-t1，接通电源，电流持续增大，铁心准备运动；②t1-t2，铁心开始运动，电流逐渐减小；③t2-t3，电流明显增大，铁心停止运动；④t3-t4， 延续阶段3，电流趋于稳定；⑤t4-t5，辅助开关断开，触头产生电弧，电弧被拉长且电压升高，电流迅速下降至0。由此划分出的电流特征量I1，I2，I3和时间特征量t1，t2，t3，t4，t5可作为故障分析诊断的特征量。
②储能电机电流信号。
储能弹簧是断路器弹簧操动机构中最核心的部分，一般采用电流传感器测量储能电机的电流信号来间接监测储能弹簧的工作状态。典型的断路器储能电机电流波形如图2所示，从图中可以看出，储能电机电流的变化共分为4个阶段：①t0-t1，接通电源，电流迅速增大，储能电机到t1时刻开始平稳工作；②t1-t2，储能电机稳定工作，电流大小基本不变；③t2-t4，储能弹簧随着电流的增大进行储能；④t4-t5，辅助开关断开，电流减小至0。各个阶段的电流典型值Ia，Im，Ip和时间典型值t1，t2，t3，t4，t5能够反映断路器的运行特性，如Ia能够反映电机转子的状态，Im能够反映弹簧的状态等等。因此，通过对这些特征电流及时间的监测，可以判定储能弹簧是否存在松动、电机转子有无卡涩等故障现象。
③位移信号。
断路器的触头位移信号是表征断路器机械特性最为重要的监测信号之一，它反映了断路器动触头在分合闸过程中的动作信息。对位移信号的分析和处理可以用于计算断路器的分合闸速度、时间和行程等参数。典型的断路器触头位移-时间曲线如图3所示。
断路器的触头位移-时间曲线包含了很多重要的机械参数如合闸时间、合闸不同期、分闸时间、分闸不同期、超程、开距等等，这些参数可以通过对时间特征量t1，t2，t3，t4，t5，t6和位移特征量S1、S2的监测计算得到。
④振动信号。
振动信号由断路器中的运动部件产生，部件的启动、制动和撞击行为都能够产生一定的振动信号，因此它能够反映断路器运动过程中许多重要的状态信息。很多机械故障如触头磨损、螺丝松动等都能够通过监测振动信号来及时发现。基于其特征明显的性质，振动信号在机械故障诊断中被广泛应用。但是由于受到噪声和随机振动的影响，断路器的振动信号的分析处理比较困难。实际应用中振动信号一般由压电式加速度传感器进行采集。
⑤触头温度信号。
断路器的触头温度反映了电路故障中是否有过载、短路等异常的电流，当设备的接触连接部位或隔离触头等位置由于种种原因电阻明显增大时，热损耗将会造成绝缘击穿或件损坏等严重的事故，因此，及时监测和发现触头温度的异常变化是保证断路器安全稳定工作的一个重要方面。常用的温度监测方法有红外温度传感器、红外测温仪、热电偶间接测温等等，将测量温度与断路器触头等部分的允许温升极限相比较分析便可实现对温度信号的诊断。
1.2 故障诊断
断路器的故障诊断就是对断路器运行参数的监测、分析处理和诊断，它能够分析故障的成因并预测其劣化趋势，并提供针对性的检修计划，是断路器状态监测的最终目标。故障诊断对于提高断路器运行的可靠性具有重要的意义，也是提高断路器工作效率以及运维效率的重要手段，是近年来研究的热点。常见的故障诊断方法总结见表2。
20世纪80年代开始，故障诊断技术引起了越来越多国家的重视，随着传感器技术、信息技术等的持续发展，多种智能诊断系统被相继开发应用，故障诊断技术日渐成熟。将计算机引入故障诊断方法之后，人工智能技术和专家系统、粗糙集理论、模糊数学、人工神经网络等等继续在实际工程中开始被采用并取得了很好的发展。基于之前大量的研究基础，很多发达国家已经开始广泛应用智能故障诊断技术。
国内在断路器故障诊断方面技术的发展虽然也取得了一些进步，但完善的在线监测和故障诊断系统大多数还处于实验室研究阶段，其市场化应用仍需要进一步开发。
断路器的故障诊断通常包括以下几个步骤：
①信号采集：信号采集即采集断路器运行的特征信号，由于信号的变化是断路器工作状态的直接显示，因此，信号采集是断路器评估及故障诊断的基础。
②信号处理：信号处理是从采集到的信号中提取特征量的过程，其目的是消除信号噪声以提取到精确的信号。
③状态识别：状态识别是根据特征量和其他诊断信息来识别检测断路器的工作状态的过程，其原理是将提取到的特征信号与标称信号进行比对。
④故障诊断：当断路器处于故障状态时，故障诊断能够给出诊断对象故障的具置、原因及维修措施。
设备故障诊断技术经历了从传统的物理化学诊断、征兆诊断、阈值诊断等等方式到人工智能诊断技术的发展，传统的故障诊断方法有着诊断快速、操作简单的优势，然而其只对部分故障类型行之有效，且可信度往往与操作人员的经验相关，复杂的故障问题以及大量的监测数据处理则更需要应用智能诊断技术，其对提高诊断准确率及诊断效率都具有明显优势。
断路器实现智能诊断的算法包括三大类型[12]：基于解析模型的算法、基于信号处理的方法以及基于知识的方法。基于解析模型的算法是通过对诊断对象进行较为准确的数学模型仿真，将采集信号与标称值进行比较从而得出系统故障是否存在及严重程度。其又可以分为状态估计诊断法、一致性检验诊断法和参数估计诊断法，一致性检验诊断法通过建立断路器正常情况下的数学模型并将其与故障模型进行对比来确定故障类型，在实际中应用较多。Demjanenko V等人利用振动信号的一致性对比对断路器进行故障诊断[13]；Michael S. 等人利用计算机辅助诊断的概念，将模拟故障信息存入数据库，并与采集的状态数据进行比较以检测故障[14]；基于信号处理的方法通过对数据进行特征值提取来进行故障诊断，实际应用中，多元统计方法、时域频域分析方法等都得了较多应用，文献[15]利用主元分析的方法对原始数据进行降维处理，既提高了诊断效率也确保了诊断精度；基于知识的方法作为断路器故障诊断的主要研究方向，主要涵盖了逻辑推理、机器学习、神经网络、模糊理论等多种人工智能算法，已经得到了越来越多的研究机构的关注。这种方法通过模拟大脑的思维方式来进行故障诊断，能够对大量监测信息进行快速且精确地分析和诊断，是未来智能诊断的主要发展方向。
2 总结与展望
对断路器设备采用状态检测的方式是必然的发展趋势，这种方式不仅解决了传统定期检修和事后故障维修针对性差、效率低的弊端，而且满足现代电力系统对于智能化的要求。目前断路器的在线监测技术在分合闸电流、储能电机电流信号、触头位移-时间信号等等参数方面都有了成熟的应用，故障诊断技术也从传统的诊断方式逐渐向智能诊断方式过渡，随着人工智能算法的发展，故障诊断技术将适用于更多复杂参数的监测并进一步提高故障诊断的可靠性。
断路器的在线监测和故障诊断技术在具体应用中仍存在一些问题：
①在线监测系统的监测参数仍需进一步完善。为了提高故障诊断过程的精确性，监测设备需要增加监测的参数而非采用单一的监测参数。
②部分监测对象还未实现精确有效测量，采集监测数据的传感器仍需进一步提高精确度，这对于故障诊断的精确性提高至关重要。
③虽然人工智能算法用于故障诊断已经有了大量的研究，但是较为可靠地可市场化的智能诊断算法仍在探索中。
虽然断路器检测从定期检修到状态检修的完全过渡仍未完全实现，但是相信随着传感器、人工智能等技术的进一步发展，断路器的在线监测和故障诊断技术也必将更加成熟和稳定，为智能电网的可靠运行提供更优质的保障。
参考文献：
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