毕业设计-110kV变电站设计.doc

*大学毕业设计（论文）题 目 110kV变电站一次系统设计 函 授 站 学生姓名 专 业 自动化 层 次 本 科 年 级 指导教师 *大学年 月 日摘 要本毕业设计为110kV变电站一次系统设计，主要内容包括：变压器容量和主接线方式的选择；最大短路电流计算；一次设备的选择与校验。变电站作为电力生产的关键环节，起着电压变换和电能分配的枢纽作用，其电气一次主接线形式直接决定着电力网的电压变换和电能分配。本论文较好的应用了变电站设计基本理论知识，针对110kV高压配电变电站的基本特征，在仔细分析原始资料的基础上，确定了该站的一次主接线形式，能够充分保证电力系统安全稳定运行。短路电流计算及设备选择校验保证了变电设备应用的安全稳定性及经济性。关键词：变电站，电力系统，设计AbstractThe contents of this project is about the 110kV substation. The main programmers have the electrical main lines choice , the short-circuits calculation and one-dimension equipmentss verification selection.The substation is the electrical productions crucial sector , its impact is to transform the voltage and allocate the electric power. The substations one-dimension electrical main line directly determine the voltages transform and the electric powers allocation. This article takes the 110kV substations basic feature as pedestal and apply the theory learning of substations design to assay primitive datum and undertake the electric systems secure and equable operation.The short-circuits calculation and the equipmentss verification undertake the security, stability and economics for the transforming electric power facilitiess applyment.KEYWORDS: Substation, Electrical power system ,Design目 录摘 要1Abstract2目 录3第1章设计基础资料及设计内容51.1设计基础资料51.2设计内容5第2章电气主接线设计62.1主变压器的选择62.2断路器的选择62.3一次主接线选择6第3章短路电流计算93.1计算说明93.2计算条件93.3计算等值电抗93.4绘制系统等值阻抗图103.5计算变电站110kV设备承受最大短路电流103.6计算10kV系统承受最大短路电流10第4章一次设备选择与校验124.1选择的主要原则124.2断路器的选择与校验124.3隔离开关的选择与校验144.4硬母线的选择与校验154.510kV支持绝缘子选择与校验174.610kV穿墙套管选择与校验174.7其它设备参数选择17第5章屋内外配电装置的确定195.1对配电装置的基本要求195.2屋外配电装置的确定195.3屋内配电装置的确定20第6章变电站防雷保护216.1防雷保护的必要性216.2避雷针的设置216.3防雷保护范围计算216.4避雷器保护22结 论24致 谢25参考文献26附录1（译文）27附录2（原文）29第1章 设计基础资料及设计内容1.1 设计基础资料变电站建设规模：110kV 地区变电站（低压侧为10kV）该 地 区 负 荷：夏季 Smax=90MVA cos=0.75 Smin=75MVA cos=0.8冬季 Smax=70MVA cos=0.85 Smin=50MVA cos=0.9利 用 小 时 数：5400小时/年进 线 回 路 数：110kV四回环 境 条 件：海 拔： 60米年雷暴日数： 25个月均最高温度： 32历史最高温度： 42历史最低温度：191.2 设计内容本设计只作电气部分一次系统初步设计，不作施工设计和土建设计，主要设计范围包括：确定电气一次主接线、确定电气布置原则、短路电流计算、主导体和电气设备的选择及校验、防雷保护系统。第2章 电气主接线设计变电站电气一次主接线是整个电力系统接线的主要组成部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式。电气一次主接线的形式，直接关系到全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，主接线设计形式的合理与否还关系到整个电力系统能否安全、稳定、灵活和经济的运行。2.1 主变压器的选择为了保证供电的可靠性，变电站一般装设两台主变压器，当其中一台检修或故障停运时，另一台变压器可以保证70%重要用户的供电。在负荷较轻时，可以一台变压器处于热备用状态，另一台变压器带全部负荷。主变压器的容量按照未来10年的发展规划，并考虑变压器正常运行和事故时过负荷能力，接照重要用户最大负荷70MVA计算，对装两台变压器的变电站每台变压器额定容量一般选为： Sn=0.7Pm=0.770MVA=49MVA。据此本站主变额定容量选作Sn=50MVA。变压器型式为三相式双绕组自冷变压器。为了提高供电电压质量，采用有载调压变压器。2.2 断路器的选择考虑到变电站的综合自动化程度提高以及无人值班需要，选用质量较高、性能较好、关合故障电流大、维护量少的SF6断路器或真空断路器，本站设计110kV断路器选用SF6型，10kV断路器选用真空型。2.3 一次主接线选择供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估一个主接线的可靠性时，应以长期运行经验为准。主接线的可靠性是由各元件的可靠性综合，要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响，在设备检修和故障情况下，由灵活的运行方式，保持正常运行。主接线的灵活性主要考虑调度灵活、操作方便、检修安全等因素，其次主接线设计还要做到经济合理、占地面积少、电能损耗少。2.3.1 主接线备选方案方案一：110kV侧采用隔离开关分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。方案二：110kV侧采用单母线断路器分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。方案三：110kV侧采用双母线接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。（详见附图一：主接线方案比较图）2.3.2 主接线备选方案比较评 价方案一方案二方案三高压断路器台数六七七占地面积更少少多供电可靠性一般高最高运行方式不灵活灵活更灵活检修方便不方便方便方便保护接线简单简单复杂2.3.3 主接线方案确定设计本变电站主供城网，重要负荷较多；同时本变电站非终端变电站且高压侧对外供电，这就要求本变电站具有较高的供电可靠性。本设计选择较适合本站情况的方案：110kV侧采用单母线断路器分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段的接线形式，即方案二。单母线断路器分段的主接线形式用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线引出电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器快速将正常母线和故障母线分离，保证正常段母线不间断供电。这种接线形式运行方式灵活，供电可靠性较高。考虑到用电峰谷差较大以及供电电能质量的问题，10kV侧装设两台电容器，以便调整力率，提高电压质量。10kV两段母线各设计5条10kV出线和1台站用变，每段母线各装设母线PT一组。（详见附图二：电气一次主接线图）第3章 短路电流计算3.1 计算说明本设计110kV变电站其110kV部分主接线为单母线断路器分段接线，10kV侧也为单母线断路器分段。短路电流计算应计算最大运行方式下、最严重短路故障情况下短路电流。110kV电压等级采用双回电源供电，但考虑上一电压等级的环网运行，正常时单回运行，以防止两级电压的电磁环网。 110kV侧最大运行方式为距离较近且系统母线短路容量较大的220kV变电站供电运行的方式，此方式下发生三相短路故障情况时的短路电流最大。10kV侧正常情况下分段运行，短路电流按110kV侧最大运行方式（两台主变并列运行）下，10kV侧母线发生三相短路故障时的短路电流计算。3.2 计算条件1、220kV变电站110kV母线短路计算电抗Xj=0.1(基准容量Sn=100MVA)2、110kV输电线路长度L=10Km,线路电抗X=0.4/Km （假定已知条件）3、110kV变电站主变压器参数：SN=50MVA,Ud=10.5%说明：变电站110kV开关设备承受的最大短路电流应为主变压器前侧，发生三相短路时，10kV设备承受的最大短路电流应为出线始端或10kV母线发生三相短路时。3.3 计算等值电抗选取系统基准容量Sn=100MVA选取各级电压水平的平均值为作为基准电压，即110kV系统UB=115kV；10kV系统基准电压UB=10.5kV。110kV线路计算电抗：XL=LX=100.4=4XL.J=XL=4=0.03主变压器计算电抗(折算高压侧110kV侧)：XTJ=Xxd=两台主变压器并列运行时计算电抗：XTJ = XTJ=0.21=0.1053.4 绘制系统等值阻抗图见附图三：短路电流计算图3.5 计算变电站110kV设备承受最大短路电流即故障点处最大短路电流：计算电抗：Id=Xj=Xj+XLJ=0.1+0.03=0.13短路容量：短路电流周期分量起始标么值：基准电流：短路电流周期分量有效值：短路电流冲击值：3.6 计算10kV系统承受最大短路电流UB=10.5kV SB=100MVA基准电流：最大短路点短路电抗标么值：Xx=Xj=0.1+0.03+0.105=0.235短路容量：短路电流周期分量起始标么值：最大短路电流周期分量有效值：短路电流冲击值：第4章 一次设备选择与校验4.1 选择的主要原则1、 满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的要求；2、 按当地环境条件校核；3、 力求技术先进和经济合理；4、 选用新产品，均应具体可靠的试验数据，并经过正式鉴定合格，具有入网证明；5、 与本工程建设标准应协调一致；6、 同类设备应尽量减少品种。4.2 断路器的选择与校验4.2.1 110kV断路的选择与校验1、 系统电压Un=110kV，最高工作电压Ug=126kV2、 最大工作电流：Igmax=最大持续工作电流变压器额定电流，考虑系统电压降低5%，出力保持不变，故其相应回路的最大持续工作电流Igmax=Ie1.05Ie=变压器额定电流Igmax=Ie1.05=276A由于本站非终端变电站，有其它110kV线路，线路端电流比较大按Igma3=2763=828A3、开断短路容量：由短路电流计算知，110kV断路器实际开断短路电流周期分量有效值I=3.86KA4、最大开断容量：根据上述参数、考虑断路器在全站的作用地位以及设备长期运行，选用110kV SF6型断路器，型号为LTB145D1型，参数如下：额定工作电流：IN=3150A额定工作电压：UN=126kV额定开断电流：IekG=40KA额定关合电流：Ieg=100KA3秒短路电流热效应Qd=4800KA2S极限通过电流峰值：Imax=100KA热稳定校验：实际安装位置3秒短路电流热效应最大值Qmax=tI2=33.862=44.74800 KA2S动稳定校验：实际安装位置三相短路电流冲击值ich=2.55I=2.553.86=9.8KA断路器极限通过电流峰值imax=100KA ichimax所以，热稳定和动稳定均满足要求.4.2.2 10kV断路器的选择与校验主变10kV进线最大工作电流：正常电压额定负荷即断路器最大工作电流Imax=2887A、额定工作电压UN=10.5kV.10kV出线额定工作电流设计IN=300A考虑过负荷：额定工作电压：UN=10.5kV.设备选择：主变10kV侧选择：ZN28A-10/3150-40 真空断路器。10kV出线侧选择：ZN28A-10/1250-31.5断路器。ZN28A-10/3150-40 真空断路器参数为：额定电压：UN=10kV额定电流：ZN=3150A3S短路电流热效应值：Qd1=4800KA2S极限通过电流峰值：imax=100KAZN28A-10/1250-31.5断路器参数：额定电压：UN=10kV额定电流：IN=1250A3S短路电流热效应值：Qd1=2977KA2S极限通过电流峰值：imax=80KA校验：由短路电流计算知10kV母线短路电流值：I=23.43KA3S短路电流热稳定值：Ddj=tZ=323.432=1647 KA2S短路电流冲击值：ichj=2.55I=23.432.55=59.7KA所以3秒短路电流热稳定计算值：QdjQd1 QdjQd2短路电流冲击值：ichji1max=100KAichji2max=80KA所以，所选用两种真空断路器均满足动稳定和热稳定的要求。4.3 隔离开关的选择与校验4.3.1 110kV隔离开关的选择与校验主变110kV进线最大工作电流Igmax=276A，选择GW4-110DW型户外高压隔离开关参数为：额定电压：UN=110kV额定电流：IN=1250A4S短路电流热效应值：Qd1=1600KA2S极限通过电流峰值：imax=50KA校验：短路电流热效应：Qdj=59.6QN =1600 KA2S短路电流冲击值： ichmax=9.8KA ich=50KA所以，动稳定、热稳定性均满足要求。4.3.2 10kV隔离开关的选择与校验主变10kV侧最大工作电流Igmax=2887A10kV出线侧最大工作电流Igmax=315A设备选择：主变10kV出线侧选择GN-10/3150-40型户内隔离开关参数：额定电压：UN=10kV；额定电流：IN=3150A；4S短路电流热效应值：Qd1=6400KA2S极限通过电流峰值：imax=100KA10kV出线选择GN-10/630-20型户内高压隔离开关参数：额定电压：UN=10kV；额定电流：IN=630A；4S短路电流热效应值：Qd2=3969KA2S极限通过电流峰值：imax=50KA校验： 短路电流热效应：Qdj=2195 KA2SQd2Qd1 =3969 KA2S极限通过峰值电流计算值： ichmax=23.43KA ich2 Zgmax=2887A4.4.5 动稳定校验固定形式：三相同一平面且水平固定相间距离：a=0.25m；固定点跨距l=1.2m短路冲击电流峰值计算：ich=23.43KA； a a b截面系统计算b=1cm；h=10cm h截面系统计算：W=0.167bh=0.1671107=16.7cm3=1.65105m3最大情况下母线承受最大应力：max=1.73ich10-8(Pa)其中B：抗振系数B=1；iCH：短路电流冲击值max =10-8=3.8106Pa=137106Pa 所以，动稳定性满足要求.。4.5 10kV支持绝缘子选择与校验选用设备型号：ZN-10/8型额定电压：UN=10kV；抗弯破坏力：F允=8000N 最大冲击电流对应破坏力：选取最大受力绝缘子最大可能间距：L1=1.2m；L2=1.2m；相间距离a=0.25m则：Fmax=10-7=80.4N8000N所以满足动稳定需求.4.6 10kV穿墙套管选择与校验根据计算电流：主变10kV进线穿墙套管选用CC-10/3000型，f1允=12500N10kV出线穿墙套管选用CC-10/600型，f2允=7500N校验：短路冲击电流最大机械力：fmax =1.73icj210-1 =1.7323.43210-1 =332.4N f2允=7500N所以满足动稳定要求。4.7 其它设备参数选择1、主变110kV侧进线软导线，最大持续工作电流：Zgmax=276A，选用LGJ-240/30，钢芯铜导线即满足要求；2、主变高压侧CT选用LB6-110W-300/5型户外SF6电流互感器；3、主变10kV侧CT，选用LDJ-10，3000/5型户内干式电流互感器；4、10kV出线选用LZZBJ-10，400/5型干式电流互感器；5、110kV电压互感器选用：YJD/10 电容式电压互感器；6、10kV电压互感器选用：JDF-10。第5章 屋内外配电装置的确定配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制订布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。5.1 对配电装置的基本要求1、配电装置的设计、建造必须贯彻执行国家基本建设方针，在满足技术条件下，因地制宜，经济合理；2、保证运行的可靠性。首先应当正确选择设备，使选用的设备具有合理的参数。其次应加强维护、检修、预防性试验以及其它运行操作的安全措施，并且符合防火要求；3、保证工作人员的安全，除工作人员要严格执行安全操作规程外，配电装置的布置也应力求整齐、清晰，具有足够的安全距离。另外，还须采取完善的安全用电措施；4、便于检修和巡视维护；5、便于施工、安装和扩建。5.2 屋外配电装置的确定5.2.1 110kV屋外配电装置布置位置的确定110kV配电装置采用普通户外软母线中型布置，配电装置位于所区的北侧，线路进线间隔分别位于主母线的外侧和内侧，且在一条中心线上，配电区的四周设环形道路，这样可使全站总平面布置更加紧凑合理；进站道路与公路相连，站内设环形道路，便于设备运输、安装、检修及运行巡视。主变压器的位置位于110kV配电装置和10kV配电装置之间，变压器的高压侧套管和低压侧的分别于高压侧和低压侧方向一致，便于进出线的连接。5.2.2 110kV屋外配电装置安全距离整个配电装置的外形尺寸是综合考虑了电气设备的外形尺寸、检修维护和搬运的安全距离、电气绝缘距离因素后确定的。在各种间隔距离中，最基本的是空气中不同相的带电部分之间或带电部分之间的最小安全空间净距，此距离无论是在长期额定电压下或各种短时过电压作用下，都不致发生空气绝缘的电击穿。按照电力工程电气设计手册中的有关规定和标准通用设计样图进行设计，下面分别加以介绍：110kV SF6断路器、电流互感器和隔离开关之间的距离不小于2.5米；110kV母线相与相之间的距离不小于2.2米；110kV线路相与相之间的距离不小于2米；110kV变压器之间无防火墙时，其防火净距不得小于8米，所以本设计不用设防火墙；详见附图四、五5.3 屋内配电装置的确定10kV屋内配电装置采用单层式设计，选用成套配电装置中置式开关柜，单列布置，向南出线，位于所区的南侧。10kV开关室配电装置各种通道的最小宽度维护通0.8米，操作通道1.5米。随着电力工业的迅速发展，大容量机组的广泛应用，加上城市高层建筑用电的迅猛需求，要求配电装置具有体积小、供电可靠性高、维护和检修方便等特点。故选用紧凑高压开关柜。详见附图六第6章 变电站防雷保护6.1 防雷保护的必要性发电厂、变电站是电力系统的中心环节，如果发生雷击事故，将造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此发电厂、变电站的防雷保护是十分必要的。为了防止电气设备、建筑物免受直接雷击，通常采用装设避雷针（或避雷线）的措施，避雷针高于被保护物，其作用是将雷电吸引到避雷针本身上来并安全地将雷电引入大地，从而保护了设备。6.2 避雷针的设置本站设置4支独立的避雷针，高度h均为25米，#1、#2针和#3、#4针分别在同一条水平线上。所有架构和建筑物全部在保护范围内。避雷针的位置选择在不影响进出线，并满足与建筑物和电气设备安全距离。所以#1、#2、#3、#4分别选在站内东、南、西、北角是最佳的选择。6.3 防雷保护范围计算计算如下：被保护物的高度：hx=12米1/2 h0时#1-#2针间水平面上保护范围的一侧最小宽度为Bx= h0hx=5.5米#2-#3、#3-#4、#4-#2各#4-#1针间的保护最低点高度计算同#1-#2的计算方法相同，结果分别为7.6、8.9、3.3、7.6米。详见图七。6.4 避雷器保护变电站内除有防止设备免受直接雷击的避雷针外,还必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压。本站设计选用金属氧化锌避雷器。随着金属氧化物避雷器的推广，我国绝大多数变电站已逐步用氧化物避雷器。6.4.1 金属氧化物避雷器的优点1、金属氧化物避雷器有较理想的非线性伏安特性；2、无间隙。在工作电压下，金属氧化物避雷器实际上相当一绝缘体，因而工作电压不会使氧化锌阀片烧坏，同时，无间隙大大善了陡波下的响应特性；3、电气设备所受过电压可以降低，金属氧化物避雷器在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压；4、通流容量大，可以用来限制内部过电压；5、金属氧化物避雷器体积小，重量轻、结构简单，运行维护方便，使用寿命长。6.4.2 金属氧化物避雷器的参数选择1、避雷器的持续运行电压由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压长期施加在金属氧化物的电阻片上。为了保证一定的使用寿命，长期施加于避雷器的运行电压不得超过避雷器的持续运行电压；2、避雷器的额定电压大于或等于系统出现的最高二频过电压；3、避雷器最大雷电冲击残压应与设备绝缘的全波雷电冲击耐压配合，满足绝缘配合要求；4、避雷器操作冲击残压应与一分钟工频试验电压配合，满足绝缘配合要求；5、避雷器长持续时间电流冲击放电能力满足绝缘配合要求。6.4.3 避雷器的设置在进线上要装避雷器，架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，使设备上的过电压不超过其冲击耐压值，所以在进线上要装避雷器。一般只在变电站母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此应尽可能的靠近变压器。本设计是中性点接地系统，在这些系统中变压器是分级绝缘的，需在中性点上加装避雷器。结 论本毕业设计本着提高安全性、灵活性以及尽量节省投资的原则，进行优化比较，确定出适合本变电站的主接线形式：高、低压侧均采用单母线断路器分段的接线形式。这种接线形式结构简单，操作明析、保护接线方便，较适合于110kV变电站。本设计以详实的参数为依据，计算出110kV变电站高、低压侧的短路电流值，并据此选取相应设备，保证了系统的安全稳定运行。同时，考虑到无人值班变电站的要求，所以所选设备均为免维护性能比较好的SF6设备或真空设备，提高整个变电站的技术含量，满足当代变电站综合自动化及无人值班的要求，使该变电站投运即可实现无人值班。防雷保护部分充分考虑到了直击雷、直击雷过电压、感应雷过电压等情况，保护措施完善，能够保证本变电站的安全运行。总之，本设计紧扣原始资料，认真分析了变电站的作用及所处地位，所选主接线形式符合电力系统经济性、可靠性和安全性的要求；电气设备的选择以短路电流计算结果为依据，并紧跟当今电力发展的新趋向，在满足安全性的同时也很好地满足了电力市场发展的需求。致 谢衷心感谢学校老师的关心和指导，老师们授渊博的学识、敏捷的思维、民主而严谨的作风使我受益匪浅。在毕业设计期间，我的同学们也给予了大力的支持和帮助，在此一并向他（她）们表示衷心的感谢！参考文献1发电厂电气部分，范锡普主编，水利电力出版社，1993年2电力工程电气设计手册（电气一次部分），钟大文主编，水利电力出版社，1989年3发电厂电气部分课程设计参考资料，天津大学，黄纯华4电力系统课程设计及毕业设计参考资料，曹绳敏5发电厂及变电站二次接线，陈景惠主编，水利电力出版社，1992年6电力系统设计手册，电力工业部电力规划设计总院735-110kV变电站设计规程8工厂常用电气设备手册（上册，下册，补充册），谢承鑫、王立昌主编，水利电力出版社，1993年9GB/T17468-1998电力变压器选用导则10电器学，张冠生主编，机械工业出版社，198911Paul B.Brown et al.Electronics for the Modern Scientists Prentice-Hall Inc.198512R.J.Higgens Electronics With Digital and Analog Integrated Circuits,N.J.Prentice-Hall Inc,198313R.A.Colclaser et al.Electronic Circuit Analysis,New York, John Willey Sons,198414SQUIRE D.ELECTRICAL CONTROL EQUIPMENT,198415I.L.KONSOW,CONTROL OF ELECTRCMACHINES,198316Electric Power Applications IEE Conference Publication J.T Boys January 1989附录1（译文）电磁感应一些进行电磁实验的科学家发现，电流的磁效应可通过让电流流过线圈而得到强化，线圈就是绕成螺线型的导线，围绕的线圈数越多，磁性就会越强，电流也就越强。绕有铁芯的线圈会进一步增大电磁感应，因为铁自身会被磁化。所有这些发现使人们找到了把电磁能转变成动能的途径。这种能量转换的最大优点就是：基于电磁感应原理的这些装置可很容易地通过开闭电流而得到控制。电动机就是这些装置之一，里面有一个叫转子的轴安放在一块马蹄铁的中间。让电流通过环绕转子的线圈，转子中的磁极就会得到感应，随后磁力使转子以同极相吸的方向转动。当然，如果转子的两极直接相对着马蹄形磁铁的两个异极处，转子就会定住而不再转动，因此，有必要阻止不同极成一直线。在直流电机中，这可由叫做整流子的装置来完成，它可以改变电流方向，每半圈转换转子的磁极。这使转子朝着相吸的新极方向运动，完成一个完整的循环，或叫“一个周期”。在交流电机中，不动部分叫定子，旋转部分叫转子。随着电流的变化，电子流以很高的速度不断换向，换向间隔时间固定，目的是同时改变定、转子的极以使转子不断旋转。在美国，交流电机定时为每秒60周（缩写为60cps），而在欧洲则是每秒50周。电磁感应的这种特性对于生产电能也是至关重要的。化学反应产生的电干电池或蓄电池仅适用于特定的有限的范围。而根据电磁感应原理制成的发电机则能生产出大量便宜的电能以满足世界上大部分的需求。在发现电流能够产生出磁场后不久，英国科学家迈克尔法拉第发现反过来也行磁场也能产生电流。当一个闭合环路通过磁场时，会产生电动势，使电流流过导线，这就是发电的基本原理。由于电动势由此而产生，发电机的功率以伏特计算，这是电动势的度量单位。要产生电动势，导线必须切割磁力线，如果导线与磁力线平行移动，就不会产生电动势。当然，导线移动速度越快，产生的电动势就越强。正因为如此，旋转（或圆周）运动应用在发电机中而不是往复（上下或来回）运动高速时旋转运动更容易保持。一台发电机中包括一个定子，即一块不动的磁铁，而转子被置于磁铁的南北极之间。转子转动时，其中的导线切割定子中的磁力线。每半圈电流就变换一次方向。这就是交流电，其中的电流一次又一次地快速变换方向。转子是由一台涡轮机带动的，它是一种带大叶片一般由水或蒸汽驱动的的机器。发电厂的蒸汽是由煤或油燃烧、或核裂变所提供的热量而获得的。现代发电机的巨大外型和转子的转速向我们表明它能发出高压电，高达五十万伏的电力可通过高压线输送到各个变电站。在那里，电压被降到工厂和家庭适用的强度。在美国，家用电器通用电压为110-120伏，因为人们发现，高压会引起致命的伤害事故。不过220伏电压也还用在象电炉这样的重负荷电器上。附录2（原文）The property of electromagnetismOther scientists experimenting with electromagnetism found that the magnetic effect of an electric current could be strengthened by sending the current through a coila wire conductor twisted into a spiral shapeA greater number of turns of wire in the coil streng thens the magnetism，as does a stronger electric currentWrapping the coil around a core of iron further increases the magnetism，because the iron itself becomes magnetizedAll these discoveries led the way to converting electromagnetic energy into motionThe great advantage of this energy conversion is that devices based on electromagnetism can be controlled simply by switching the current on or offOne such device is an electric motor，In which a bar known as an armature is placed between the two arms of horseshoe magnetMagnetic poles are induced in the armature by sending a current through a coil wrapped around itMagnetic force then causes it to move in the direction in which the unlike poles attract each other, Of course，if the poles of the armature reached a position directly opposite the unlike poles of the horseshoe magnet, the armature would become locked and no further motion would be possibleIt is necessary，therefore，to prevent the unlike poles from becoming alignedIn a direct current electric motor，this is done by a device called a commutator， which reverses the electron flow，changing the magnetic poles of the armature at each half-turnThis causes the armature to move on to the new poles of attraction，completing a full rotation，orcycleIn an alternating current electric motor，the stationary portion is called a stator and the rotating portion，a rotorwith alternating current，the flow of electrons reverses at rapid intervalsThe intervals are timed to change the stator and rotor poles simultaneously so that the rotor continues to move in a circle，or cycleIn the United States，alternating current electric motors are timed to complete 60cycles per second（abbreviated 60cps），but in Europe they are timed for 50cycles per secondThe property of electromagnetism is also vital to the production of electrical powerElectricity from chemical actionthe cell or batteryis suitable only for special and limited usesGenerators based on electromagnetism，however，produce sufficient cheap electricity to supply most of the world1s needsNot long after the discovery that a magnetic field could be created by an electric current，the English scientist Michael Faraday discovered that the reverse was also true-a current could be created by a magnetic fieldWhen a closed loop of wire moves through a magnetic field，an electromotive force is createdThis causes a current d electrons to flow through the wire and is the basis for generating electricityBecause it is electromotive force that is produced，the power of generators is described in terms of volts，tile units of measurement for emf To generate emf，the wire must cut the lines of force in the magnetic field ;if the wire moves parallel to them，no emf is producedAlso，the faster the wires are made to move，then greater the production of emfFor this reason，a rotary（circular）motion is used in a generator rather than a reciprocating（upanddown or backandforth）motionit is much easier to maintain a rotary motion athigh speedsA generator contains a Stator，a stationary magnet，with a rotor placed between its north and south polesAs the rotor turns，the wires in it cut the lines of force in the magnetic add of the statorWith each halfturn the current flow is reversedThis is what produces alternating current，in which the electron flow rapidly changes direction over and over again.The rotor is turned by a turbine，a machine with huge blades which are generally moved by water or SteamSteam for an electric power plant can be obtained from the heat supplied by burning coal or oil or by nuclear fissionThe enormous size of modern generators and the speed with which the rotor can turn mean that electric power of very high voltage can be producedAs much as half a million volts can be transmitted over high voltage lines to substationsThere the voltage is reduced to Strengths that can be used in factories or homesIn the United States the customary voltage for household use has become 110120v，since it was discovered that higher voltages could cause fatal accidents22Ov is still supplied for some heavyduty uses，however，such as for operating an electric stove袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀