野外应急供电理论与技术

第1章绪论

电能在现代社会中发挥着重要的作用，固定场合的用电主要靠固定电网和备用发电机组供电。本书主要讨论野外应急供电。

1.1野外应急供电的相关概念

供电依托电力系统来完成，包括发电、输电、变电、配电、用电等几个主要环节。野外应急供电需要根据实际情况，完成从发电到用电的过程。

1.1.1野外应急供电

应急供电也称为紧急供电，是指在使用地域内没有固定电网，或者由于某种原因固定电网停电时，为了减少损失而进行的供电行为。这里有三种情况：第一种是发生故障的设备具有备用电源，如果主电源故障，会启动备用电源供电；第二种是发生故障的设备无备用电源，或者自身无供电能力，则需要外部应急电源进行供电；第三种是没有固定供电设施时采取的供电行为。

野外应急供电是指在野外条件下，没有固定供电设施，为保障野外环境下的相关工作持续正常开展而进行的一种供电行为。

1.1.2发电

发电是利用发电装置将水能、化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）燃烧产生的热能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的过程。野外条件下的发电，也称为应急发电。

在野外条件下，由于原始的可用能源如火能、地热能等并不是随处可得的，故常采用一些容易获得的、对电能转换装置要求较低的能源作为原始能源，比如采用发动机轴输出力作为动力源的发电机或者发电机组发电，采用太阳能、风能等作为能源的太阳能发电、风力发电等，由此导致野外应急发电动力装置与传统意义上的发电设备相比，环境适应性强、运输方便、展开迅速、可靠性高。

野外应急供电系统发出的电能必须经过一系列过程，才能到达终端用电设备。这个过程是由配电系统来完成的，涉及输电、配电环节。

1.1.3输电与配电

输电，是指将发出的电能经传输线路输送到终端用电设备的环节。配电，是指在野外应急供电系统中直接与用电设备相连并向用电设备分配电能的环节。由于传输距离有限，野外应急供电系统常把输电和配电集成在一起，由配电环节完成。

野外应急供电系统的配电环节主要由配电控制器、变压器、配电网和保护设备构成，按照向终端用电设备提供的电流不同，可分为交流配电和直流配电两种。

交流配电方式是指配电系统向终端设备提供的电能为随时间变化的正弦交流电。交流配电主要有以下几种形式。

（1）三相三线制：分为三角形接线和星形接线。

（2）三相四线制：用于低压动力与照明混合配电。

（3）三相二线一地制：多用于农村配电，因为存在安全问题，故早已淘汰。

（4）单相单线制：常用于电气铁路牵引供电。

(5)单相二线制：由三相四线制获得，主要供应居民用电。

直流配电是指配电系统向终端设备提供的电能为直流电。常用的直流配电方式有以下两种。

（1）二线制：用于城市无轨电车、地铁机车、矿山牵引机车等的供电。

（2）三线制：供应发电厂、变电所、配电所自用电和二次设备用电，发电厂发出的是高压电，在输电、配电过程中，常经过多次变换，这就有了二次配电网络的概念。

1.2野外应急供电系统概述

1.2.1野外应急供电系统与常规电力系统的区别与联系

与生活用电和工业用电相关的固定电网供电系统是一种常规的电力系统。常规电力系统就是由发电、输电、变电、配电和用电设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。野外应急供电系统则是由发电、输电、配电和用电设备以及测量、继电保护、控制装置和能量管理系统所组成的统一整体。两者的区别与联系主要体现在以下几点：

（1）从电力系统环节来看，由于野外应急供电所供电的对象的电压等级一般为市电220V/380V及以下用电设备，因此，变电不再是一个主要环节。

(2）从电能来源来看，常规电力系统中，煤电、风电、水电等是主要电能来源；野外应急供电系统多采用电池、燃油、新型能源（如太阳能、风能等）作为电能来源，能源供给更加灵活、多样、小型、便携。

(3）从系统规模看，常规电力系统具有跨距远、电压等级高且级别多的特点，动辄几千公里甚至上万公里的输电、变电网络，从高压、特高压最终变换为市电；野外应急供电系统则具有网络简单、等级单一、输送范围小的特点，发电后甚至可以直接供用户使用。

基于上述特点，野外应急供电系统更突出了应急供电的特征，相比于常规电力系统，这恰恰能够充分发挥它的应急供电保障优势。

本书共分为4章。第1章为绪论，主要对野外应急供电的相关概念、野外应急供电系统的基本组成及特点等作了简要介绍；第2章为野外应急供电基本理论，概括地介绍了与野外应急供电相关的基本理论，涉及电工技术、模拟电子技术、数字电子技术、数字控制技术、电力电子技术、电机技术、发动机技术、噪声控制技术和燃料电池技术等；第3章为野外应急供电设备实例及设计原则，全面总结了野外应急供电设备的一般设计原则及方法，给出了小型高原柴油发电机组、小型低噪声发电机组、中型发电机组、并联供电发电机组、燃料电池发电系统、光伏发电系统的设计实例，并对新型稀土永磁发电机、系统噪声、热控制等进行了分析设计；第4章为野外应急供电的发展方向，对野外应急供电新能源、新技术、新材料进行了展望。