电力系统概述
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第一章 供电系统概述
第一节 电力系统与供电系统
一、电力系统的构成 由发电厂的发电机、升压及降压 变电设备、电力网及电能用户（用 电设备）组成的系统统称为电力系 统。
1
2
1．发电厂
（ 1 ）功能：发电厂是生产电能的 场所。把自然界中的一次能源转换为 用户可以直接使用的二次能源——电 能。 （ 2 ）种类：火力发电厂、水利发 电厂、核能发电厂、潮汐发电、地热 发电、太阳能发电、风力发电等。 （3）发电设备：发电机。
4．改善方法
（1）正确设计配电系统的运行方式， 减少电网或变压器电压降。在条件许可时， 对大型企业可采取高压线路深入负载中心 及降压变电所分散设置；在技术经济合理 的条件下，采用多回路并联供电；使用灵 活的联络系统，使系统在不同的运行方式 下，做到合理供电；必要时对户外照明及 事故照明设置专用小型变压器。 （2）按照允许电压降来选择导线截面， 是减少电压降、调节电压的有效措施之一。 例如用电缆代替导线、用低电压母线槽、 用大截面的导线代替小截面导线等方法。 58
正弦波形畸变率 （2）电压、电流总谐波畸变率
Un 2 THDu （ ） 100% n2 U 1
U
n2
2 n
U1
2 I n n2
100%
I1 式中 U n 、 I n ——n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A； I 1 ——基波电压（50Hz）、电流的方均根值， U1 、 kV、A。
65
In 2 THDi （ ） 100% n2 I1
100%
（3）谐波电压的总平均畸变系数
式中
1 t
t t
U（t）dt
t n 2 2 n
——谐波电压的总平均畸变系数；
——n次谐波电压的方均根值，kV；
t ——变化时间， ＝3s； t
Un
66
六、频率偏差
63
五、正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波） 时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于 非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的 电压波，或者具有非正弦形的电流波。 （1）n次谐波电压、电流含有率
Un HRUn 100% U1
In HRIn 100% I1
64
第二节
供配电系统
1．供电电源 配电系统的电源可以取自电力系统的 电力网或企业、用户的自备发电机。 2．配电网 （1）作用：接受电能、变换电压、分配 电能。 （2）组成：由企业或用户的总降压变电 所（或高压配电所）、高压输电线路、车 间降压变电所（或配电所）、低压配电线 路组成。 48
49
50
Байду номын сангаас 51
U max U min U % 100% UN
式中
U max 用电设备端电压的最大 波动值, KV U min 用电设备端电压的最小 波动值, KV
国家规定电压波动的范围在-5%—+5%。
61
2．抑制或减小电压波动的措施： （1）合理的供电方式：给负载变化 剧烈的电气设备以专线单独供电，一个 大工厂不会是仅由一条线路供电，利用 其中一条线路给剧烈变化的负载，此线 路还可以作为工厂中其他负载的备用电 源。 （2）提高供电电压：电压降百分率 与电网额定电压的平方成反比，所以， 提高供电电压无疑会对抑制电网波动电 压值起到良好的效果。
75
<2>若变压器靠近用户，供电半径较 小时，由于线路较短，线路的电压损 失可以忽略不计，这时变压器的二次 绕组的额定电压应高于电网额定电压 5%，用以补偿变压器自身的电压损失。
76
三、变压器分接头调压
1．变压器的分接头的确定 双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变 压器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选 择使用。 容量在6300kVA以下的变压器一般设有三 U N 、0.95 U N ，调节范 个分接头，即1.05U N 、 围为±5％。 容量在8000kVA以上的变压器有五个分接 UN 、 头，分别在1.05 U N 、1.025 U N 、 0.975 U N、0.95 U N 几处引出。调压范围为 77 ±2×2.5％。
55
第三节
电能质量
一、电压偏移 1．定义：电压偏移指用电设备的实 际端电压偏离其额定电压的百分数。用 公式表示为 U UN U% 100% UN
式中 U N——用电设备的额定电压，kV； U ——用电设备的实际端电压，kV。
56
2．原因：是系统滞后的无功负荷所引起 的系统电压损失。 3．用电设备端子处电压偏移允许值（以 额定电压百分数表示）: （1）一般电动机5%，特殊情况下10%～+5%。 （2）电梯电动机7%。 （3）照明：在一般工作场所为5%；在视 觉要求较高的屋内场所为-2.5%～+5%；远离 变电所的小面积一般工作场所,可为-5%～ +10%；应急照明、道路照明和警卫照明为10%～+5%。 （4）其他用电设备，当无特殊要求时为 57 5%。
62
三、电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时三电压 升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到 不适，这种现象称为电压闪变。 四、不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标， 多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比 值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流 正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百 分数表示。
45
电动机
电热炉
46
二、电力系统运行特点和基本要求
1．电能的特点 （1）电能不能储存 电能的生产、输送、分配和使用同时完成。 （2）暂态过程非常迅速 电能以电磁波的形式传播，传播速度为300km／ms。 （3）和国民经济各部门间的关系密切 。 2．对电力系统提出的要求 （1）保证供电可靠性 （2）保证电能质量 （3）提高电力系统运行的经济性 （4）环境保护问题 47
2．电力线路合理输送功率和输送距离
线路在输送的功率和距离一定的情况下， 电压愈高则电流愈小，导线截面和线路中的功 率损耗愈小。同时，电压愈高线路的绝缘要求 愈高，变压器和开关设备的价格愈高，选择电 压等级要权衡经济效益。
71
各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离
线路电压（ kV ） 0.38 线路类型 架空 电缆 6 架空 电缆 10 架空 电缆 35 110 220 330 500 架空 架空 架空 架空 架空 输送功率（ kW ） 100 175 1200 3000 2000 4000 2000～15000 10000～30000 100000～500000 200000～800000 1000000～1500000 输送距离（ km） 0.25 0.35 4～15 8 6～20 6 20～50 50～150 200～300 200～600 150～850
69
第四节
一、电压的选择
供电电压
1．选择电压的一般原则: （ 1 ）影响的配电电压的因素 ：地区 供电电源的电压、用电设备的总容量、 用电设备的特征、供电距离、供电线路 的回路数量、用电单位的远景规划、当 地公共电网现状和它的发展规划及经济 合理等因素。
70
（2）供电方式：
<1> 用电设备容量在 250kW 或需要变压器容 量在160kVA以上者，应以高压方式供电； <2>用电设备容量在250kW或需要变压器容 量在160kVA以下者，应以低压方式供电，特殊 情况下也可以高压方式供电。
72
二、额定电压 1．电网的额定电压：线路首末端 电压的平均值应等于电网额定电压。 2．用电设备的额定电压：用电设 备的额定电压等于电网额定电压。 3．发电机的额定电压：发电机的 额定电压规定比同级电网电压高5%。 补偿电能在电网传输功率时产生的 电压损失。
73
4．电力变压器的额定电压：
（1）电力变压器的一次绕组的额 定电压根据连接情况不同分为两种： <1>当变压器直接与发电机相连 时，其一次绕组的额定电压与发电机 的额定电压相同，即高出同级电网额 定电压5%； <2>当变压器直接与电网相连时， 其一次绕组的额定电压与电网的额定 电压相同，即等于同级电网额定电压。
68
八、电子计算机供电电源的电能质量
计算机性能在允许的电能参数变动范围表
级别
指标
项目
A级
2
B级
5 0.5 5～ 8
C级
+7～ +13 1 8～ 10
电压波动（ %）
频率变动（ Hz） 0.2 波形失真率 （ %） 允许断电时间 （ ms） 0～ 4 3～ 5
4～ 200
200～ 1500
6
7
8
9
张家口发电厂汽轮机房
10
减压罐
汽轮机
发电机
调相机
升压变压器
11
12
13
14
15
16
17
张发口发电总厂
18
19
水力发电厂
20
21
22
23
24
25
日本核电站
26
秦山核电站
27
28
29
法国朗斯潮汐发电
30
31
32
33
34
35
36
37
38
1 ．定义： 频率偏差是指供电的实际 频率与电网的标准频率的差值。 我国电网的标准频率为50Hz，又叫工 频。 2 ．偏差允许值 ：频率偏差一般不超 过0.25Hz。 当电网容量大于3000MW时，频率偏差 不超过0.2Hz。 3 ．调整 ：调整频率的办法是增大或 减小电力系统发电机有功功率。
67
2．电力网 （1）功能：变换电压、传送电能。 （2）组成：由升压和降压变电所和 与之对应的电力线路组成。
39
40
41
42
房山-昌平紧凑型输电线路
大同-房山串补站
43
44
3．电力用户（用电设备） 消耗电能的场所，将电能通过用 电设备转换为满足用户需求的其他形 式的能量 例如：电动机将电能转换为机械能、 电热设备将电能转换为热能、照明设 备将电能转换为光能等。
59
（4）尽量使三相负载平衡。三相负 载分布不均将产生不平衡电压，从而 加大了电压降。故合理的调整三相负 载，将提高供电电压水平。 （5）对无功功率进行合理的补偿， 改善功率因数。 （6）电动机采用合理的起动方式。
60
二、电压波动
1．定义：是指电压在短时间内的快速变动 情况，通常以电压幅度波动值和波动频率来衡 量电压波动的程度。波动的幅值为 :
52
53
3．用电设备
（ 1 ）作用：用电设备是指专门消耗电能 的电气设备。据统计用电设备中70%是电动机 类设备，20%左右是照明用电设备。 （ 2 ）结构：与电力系统是极其相似的， 所不同的是配电系统的电源是电力系统中的 电力网，电力系统的用户实际上就是配电系 统。 （3）分类： 高压用电设备：额定电压在1kV以上。 低压用电设备：额定电压在1kV以下。 54
74
（ 2 ）电力变压器的二次绕组的额定电 压是指一次绕组在额定电压作用下，二次 绕组的空载电压。 <1>变压器满载时，变压器的一、二次 绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降 （相当于电网额定电压的 5% ），从而使二 次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补 线路中的电压损失，变压器的二次绕组的 额定电压应高于电网额定电压 5% ，因此变 压器二次绕组的额定电压规定比同级电网 额定电压高10%；
（3）合理选择变压器，利用设备自身特性 减少电压降损耗。 选择变压器的分接头。一般降压变压器 的一次侧，根据容量不同都设有若干个分接 头。小容量变压器有5％，0％；大容量变压 器有5％、2.5％、0％，这些分接头可以改 善工厂中的配电电压。例如供电电压增高时 应将变压器的分接头接在 5 ％或 2.5 ％，以降 低设备的端电压。 选用有载调压变压器。使之在电压变动 情况下自动调节电压，保证设备端电压稳定。
3
4
火力发电厂
火力发电
火力发电一般是指利用石油、 煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的 热能来加热水，使水变成高温、高 压水蒸气，然后再由水蒸气推动发 电机来发电的方式的总称。 火力发电根据使用的燃料不同， 可分为石油火力发电、煤炭火力发 电和液化天然气火力发电等种类。
5
火力发电的组成
火力发电站的主要设备系统包括： 燃料共给系统 给水系统 蒸汽系统 冷却系统 电气系统及其他一些辅助处理设备。
七、供电可靠性
1 ．定义： 供电可靠性指标是根据用 电负荷的等级要求制定的。衡量供电可 靠性的指标，用全年平均供电时间占全 年时间百分数表示。 例如，全年时间 8760 小时，用户全 年停电时间为 87.6 小时，即停电时间占 全年的1%，供电可靠性为99%。 2．可靠性标准：城市供电可靠率达 到99.9%；大中城市中心市区供电可靠率 达到99.99%。
第一节 电力系统与供电系统
一、电力系统的构成 由发电厂的发电机、升压及降压 变电设备、电力网及电能用户（用 电设备）组成的系统统称为电力系 统。
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2
1．发电厂
（ 1 ）功能：发电厂是生产电能的 场所。把自然界中的一次能源转换为 用户可以直接使用的二次能源——电 能。 （ 2 ）种类：火力发电厂、水利发 电厂、核能发电厂、潮汐发电、地热 发电、太阳能发电、风力发电等。 （3）发电设备：发电机。
4．改善方法
（1）正确设计配电系统的运行方式， 减少电网或变压器电压降。在条件许可时， 对大型企业可采取高压线路深入负载中心 及降压变电所分散设置；在技术经济合理 的条件下，采用多回路并联供电；使用灵 活的联络系统，使系统在不同的运行方式 下，做到合理供电；必要时对户外照明及 事故照明设置专用小型变压器。 （2）按照允许电压降来选择导线截面， 是减少电压降、调节电压的有效措施之一。 例如用电缆代替导线、用低电压母线槽、 用大截面的导线代替小截面导线等方法。 58
正弦波形畸变率 （2）电压、电流总谐波畸变率
Un 2 THDu （ ） 100% n2 U 1
U
n2
2 n
U1
2 I n n2
100%
I1 式中 U n 、 I n ——n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A； I 1 ——基波电压（50Hz）、电流的方均根值， U1 、 kV、A。
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In 2 THDi （ ） 100% n2 I1
100%
（3）谐波电压的总平均畸变系数
式中
1 t
t t
U（t）dt
t n 2 2 n
——谐波电压的总平均畸变系数；
——n次谐波电压的方均根值，kV；
t ——变化时间， ＝3s； t
Un
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六、频率偏差
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五、正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波） 时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于 非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的 电压波，或者具有非正弦形的电流波。 （1）n次谐波电压、电流含有率
Un HRUn 100% U1
In HRIn 100% I1
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第二节
供配电系统
1．供电电源 配电系统的电源可以取自电力系统的 电力网或企业、用户的自备发电机。 2．配电网 （1）作用：接受电能、变换电压、分配 电能。 （2）组成：由企业或用户的总降压变电 所（或高压配电所）、高压输电线路、车 间降压变电所（或配电所）、低压配电线 路组成。 48
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Байду номын сангаас 51
U max U min U % 100% UN
式中
U max 用电设备端电压的最大 波动值, KV U min 用电设备端电压的最小 波动值, KV
国家规定电压波动的范围在-5%—+5%。
61
2．抑制或减小电压波动的措施： （1）合理的供电方式：给负载变化 剧烈的电气设备以专线单独供电，一个 大工厂不会是仅由一条线路供电，利用 其中一条线路给剧烈变化的负载，此线 路还可以作为工厂中其他负载的备用电 源。 （2）提高供电电压：电压降百分率 与电网额定电压的平方成反比，所以， 提高供电电压无疑会对抑制电网波动电 压值起到良好的效果。
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<2>若变压器靠近用户，供电半径较 小时，由于线路较短，线路的电压损 失可以忽略不计，这时变压器的二次 绕组的额定电压应高于电网额定电压 5%，用以补偿变压器自身的电压损失。
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三、变压器分接头调压
1．变压器的分接头的确定 双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变 压器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选 择使用。 容量在6300kVA以下的变压器一般设有三 U N 、0.95 U N ，调节范 个分接头，即1.05U N 、 围为±5％。 容量在8000kVA以上的变压器有五个分接 UN 、 头，分别在1.05 U N 、1.025 U N 、 0.975 U N、0.95 U N 几处引出。调压范围为 77 ±2×2.5％。
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第三节
电能质量
一、电压偏移 1．定义：电压偏移指用电设备的实 际端电压偏离其额定电压的百分数。用 公式表示为 U UN U% 100% UN
式中 U N——用电设备的额定电压，kV； U ——用电设备的实际端电压，kV。
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2．原因：是系统滞后的无功负荷所引起 的系统电压损失。 3．用电设备端子处电压偏移允许值（以 额定电压百分数表示）: （1）一般电动机5%，特殊情况下10%～+5%。 （2）电梯电动机7%。 （3）照明：在一般工作场所为5%；在视 觉要求较高的屋内场所为-2.5%～+5%；远离 变电所的小面积一般工作场所,可为-5%～ +10%；应急照明、道路照明和警卫照明为10%～+5%。 （4）其他用电设备，当无特殊要求时为 57 5%。
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三、电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时三电压 升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到 不适，这种现象称为电压闪变。 四、不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标， 多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比 值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流 正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百 分数表示。
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电动机
电热炉
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二、电力系统运行特点和基本要求
1．电能的特点 （1）电能不能储存 电能的生产、输送、分配和使用同时完成。 （2）暂态过程非常迅速 电能以电磁波的形式传播，传播速度为300km／ms。 （3）和国民经济各部门间的关系密切 。 2．对电力系统提出的要求 （1）保证供电可靠性 （2）保证电能质量 （3）提高电力系统运行的经济性 （4）环境保护问题 47
2．电力线路合理输送功率和输送距离
线路在输送的功率和距离一定的情况下， 电压愈高则电流愈小，导线截面和线路中的功 率损耗愈小。同时，电压愈高线路的绝缘要求 愈高，变压器和开关设备的价格愈高，选择电 压等级要权衡经济效益。
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各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离
线路电压（ kV ） 0.38 线路类型 架空 电缆 6 架空 电缆 10 架空 电缆 35 110 220 330 500 架空 架空 架空 架空 架空 输送功率（ kW ） 100 175 1200 3000 2000 4000 2000～15000 10000～30000 100000～500000 200000～800000 1000000～1500000 输送距离（ km） 0.25 0.35 4～15 8 6～20 6 20～50 50～150 200～300 200～600 150～850
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第四节
一、电压的选择
供电电压
1．选择电压的一般原则: （ 1 ）影响的配电电压的因素 ：地区 供电电源的电压、用电设备的总容量、 用电设备的特征、供电距离、供电线路 的回路数量、用电单位的远景规划、当 地公共电网现状和它的发展规划及经济 合理等因素。
70
（2）供电方式：
<1> 用电设备容量在 250kW 或需要变压器容 量在160kVA以上者，应以高压方式供电； <2>用电设备容量在250kW或需要变压器容 量在160kVA以下者，应以低压方式供电，特殊 情况下也可以高压方式供电。
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二、额定电压 1．电网的额定电压：线路首末端 电压的平均值应等于电网额定电压。 2．用电设备的额定电压：用电设 备的额定电压等于电网额定电压。 3．发电机的额定电压：发电机的 额定电压规定比同级电网电压高5%。 补偿电能在电网传输功率时产生的 电压损失。
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4．电力变压器的额定电压：
（1）电力变压器的一次绕组的额 定电压根据连接情况不同分为两种： <1>当变压器直接与发电机相连 时，其一次绕组的额定电压与发电机 的额定电压相同，即高出同级电网额 定电压5%； <2>当变压器直接与电网相连时， 其一次绕组的额定电压与电网的额定 电压相同，即等于同级电网额定电压。
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八、电子计算机供电电源的电能质量
计算机性能在允许的电能参数变动范围表
级别
指标
项目
A级
2
B级
5 0.5 5～ 8
C级
+7～ +13 1 8～ 10
电压波动（ %）
频率变动（ Hz） 0.2 波形失真率 （ %） 允许断电时间 （ ms） 0～ 4 3～ 5
4～ 200
200～ 1500
6
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张家口发电厂汽轮机房
10
减压罐
汽轮机
发电机
调相机
升压变压器
11
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张发口发电总厂
18
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水力发电厂
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日本核电站
26
秦山核电站
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法国朗斯潮汐发电
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33
34
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1 ．定义： 频率偏差是指供电的实际 频率与电网的标准频率的差值。 我国电网的标准频率为50Hz，又叫工 频。 2 ．偏差允许值 ：频率偏差一般不超 过0.25Hz。 当电网容量大于3000MW时，频率偏差 不超过0.2Hz。 3 ．调整 ：调整频率的办法是增大或 减小电力系统发电机有功功率。
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2．电力网 （1）功能：变换电压、传送电能。 （2）组成：由升压和降压变电所和 与之对应的电力线路组成。
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房山-昌平紧凑型输电线路
大同-房山串补站
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3．电力用户（用电设备） 消耗电能的场所，将电能通过用 电设备转换为满足用户需求的其他形 式的能量 例如：电动机将电能转换为机械能、 电热设备将电能转换为热能、照明设 备将电能转换为光能等。
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（4）尽量使三相负载平衡。三相负 载分布不均将产生不平衡电压，从而 加大了电压降。故合理的调整三相负 载，将提高供电电压水平。 （5）对无功功率进行合理的补偿， 改善功率因数。 （6）电动机采用合理的起动方式。
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二、电压波动
1．定义：是指电压在短时间内的快速变动 情况，通常以电压幅度波动值和波动频率来衡 量电压波动的程度。波动的幅值为 :
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53
3．用电设备
（ 1 ）作用：用电设备是指专门消耗电能 的电气设备。据统计用电设备中70%是电动机 类设备，20%左右是照明用电设备。 （ 2 ）结构：与电力系统是极其相似的， 所不同的是配电系统的电源是电力系统中的 电力网，电力系统的用户实际上就是配电系 统。 （3）分类： 高压用电设备：额定电压在1kV以上。 低压用电设备：额定电压在1kV以下。 54
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（ 2 ）电力变压器的二次绕组的额定电 压是指一次绕组在额定电压作用下，二次 绕组的空载电压。 <1>变压器满载时，变压器的一、二次 绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降 （相当于电网额定电压的 5% ），从而使二 次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补 线路中的电压损失，变压器的二次绕组的 额定电压应高于电网额定电压 5% ，因此变 压器二次绕组的额定电压规定比同级电网 额定电压高10%；
（3）合理选择变压器，利用设备自身特性 减少电压降损耗。 选择变压器的分接头。一般降压变压器 的一次侧，根据容量不同都设有若干个分接 头。小容量变压器有5％，0％；大容量变压 器有5％、2.5％、0％，这些分接头可以改 善工厂中的配电电压。例如供电电压增高时 应将变压器的分接头接在 5 ％或 2.5 ％，以降 低设备的端电压。 选用有载调压变压器。使之在电压变动 情况下自动调节电压，保证设备端电压稳定。
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火力发电厂
火力发电
火力发电一般是指利用石油、 煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的 热能来加热水，使水变成高温、高 压水蒸气，然后再由水蒸气推动发 电机来发电的方式的总称。 火力发电根据使用的燃料不同， 可分为石油火力发电、煤炭火力发 电和液化天然气火力发电等种类。
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火力发电的组成
火力发电站的主要设备系统包括： 燃料共给系统 给水系统 蒸汽系统 冷却系统 电气系统及其他一些辅助处理设备。
七、供电可靠性
1 ．定义： 供电可靠性指标是根据用 电负荷的等级要求制定的。衡量供电可 靠性的指标，用全年平均供电时间占全 年时间百分数表示。 例如，全年时间 8760 小时，用户全 年停电时间为 87.6 小时，即停电时间占 全年的1%，供电可靠性为99%。 2．可靠性标准：城市供电可靠率达 到99.9%；大中城市中心市区供电可靠率 达到99.99%。