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变电站二次保护知识
浅谈三线圈变压器差动保护的正确接线方法
差动保护是变压器的主保护,其接线正确与否,将对安全运行造成较大的影响。
随着农业用电的不断发展。
目前大多数的县先后新建了110千伏或更高的电压等级变电所,随之而来的是较大容量的三线圈变压器的出现,但由于一些县供电单位的继电保护人员,不能熟练掌握新出现的三线圈变压器差动保护的接线方法,以致经常发生错误接线,导致保护误动。
本文旨在对三线圈变压器差动保护的接线方法进行讨论,以供参考。
一般的说,差动保护的错接线,主要表现为电流互感器回路的接线错误,故下面就着重讨论这个问题,我们知道,在进行差动保护电流互感器回路接线时,一个重要的一切就是确定电流互感器二次侧的极性。
但二次侧极性是对应一次侧极性而言的,因此要确定二次侧极性就必须先假定一次侧极性。
如何假定一次侧极性,各地有不同的习惯做法。
而能否恰到好处地假定一次侧极性,将对电流互感器回路的接线方法带来一定的影响。
一种习惯做法是,在确定电流互感器极性时,三侧均取主电源侧为正。
如变压器高压侧视母线侧为主电源侧,取母线侧为正,而中、低压侧则以变压器测为主电源侧,均取变压器测为正,然后再根据以上的假定,来确定对应的二次侧极性。
这样一来,差动保护电流互感器回路就应按以下方式连接(本文讨论的三线圈变压器的接线组别均为常见的Y/Y/△一12一11接线):
图1画出了当三侧均取主电源侧为正时的差动保护电流互感器四路接线原理图。
图中箭头所示的方向,为电流的正方向。
,电流互感器一次侧电流所表示的方向,即为正常运行情况下变压器负荷电流的方向。
另外,图中注有“☆”者为电流互感器一次侧的正极性端,注有“*”者为电流互感器二次侧的正极性端。
为便于讨论,下面将分高、中、低三侧分别进行介绍:
1、从图1可知,高压侧差动保护电流互感器回路的连接顺序是a+→b-→b+→c-→c+→a-,并为正极性出线。
为便于记忆,我们说以上电流互感器二次侧连接方式,对应于变压器高压线圈的接线来说,相当于Y/△一11接线组别。
如我们取高压侧一次A相电流的反向值-IAl为基准向量,并根据图1所示的电流流向,
即可画出如图2所示的高压侧差动保护回路电流向量图。
其中:
I`a1、I`b1、I`C1为电流互感器回路相电流
Ia1、Ib1、IC1为电流互欧器回路线电流。
2、见图1中压侧差动保护电流互感器回路的接线可知,其连接顺序是a-→b+→b-→c+→c-→a+,并为负极性出线。
以上电流互感器二次侧连接方式对应于变压器高压线圈的接线来说,相当于Y/△一5接线。
同样如果我们取高压侧一次A根电流的反向值-IA1为基准向量(以下均同),并根据图1所示的电流流向,即可画出如图3所示的中压侧差动保护回路电流向量图。
比较图3和图2可知,此时中压侧电流互感器回路二次侧线电流(即差动回路电流,以下同。
)和高压侧电流互感器四路二次侧线电流,两者正好是反向的。
这对我们假设一次电流为正常运行情况下的负荷电流的情况来说,出现差动回路电流相抵消的结果,说明以上差动保护电流互感器四路的接线是完全正确的。
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其中。
I`a2、I`b2、I`c2为中压侧电流互感器回路相电流;
Ia2、Ib2、Ic2为中压侧电流互感器回路线电流。
常见的错误接线多发生在中压侧,造成接线错误的主要原因是,为了取得一个反向电流(对应高压侧而言),误认为在进行中压侧电流互感器接线时,只要采用将高压侧的接线方式改为负极性出线即可,于是就出现了如图4所示的错误接线情况。
通过对上图分的析可知,此时中压侧电流互感器二次侧连接方式,对应于变压器高压线圈的接线来说,相当于Y/△-11接线而不是Y/△一5接线。
通过对图4接线的向量分析也可看出(如图5所示),此时在正常运行情况下,中压侧电流互感器回路二次测线电流和高压侧电流互感器回路二次测线电流,两者夹角为60O,故以上接线是错误的。
3、从图1还可见,低压侧差动保护电流互感器四路的连接方式为负极性出线的星形接线,故对应于变压器高压线圈的接线来说,相当于Y/Y-6接线。
图6画出了以上接线的电流向量图,可见,其在正常运行情况下,差动保护回路低压侧电流和高压侧电流也是反向的。
其中:
I`a3、I`b3、I`c3为低压侧电流互感器回路相电流
Ia3、Ib3、Ic3为低压侧电流互感器回路线电流。
上面介绍了差动保护电流互感器回路接线的一种施工方法,因此只要我们按以上所述的原则进行接线,就可也保证差动保护电流回路的接线正确。
但另一方面我们应该指出的是,由于在假定电流互感器一次侧极性时,采用了以主电源侧为正的施工方法,使得中压和低压侧差动保护电流互感器回路的接线均系非常见的正常连接方式,因此施工人员不易记忆掌握,容易发生差错。
下面将介绍另一种习惯做法,也就是我们所要推荐的一种施工方法。
这种施工方法的特点是,在确定电流互感器一次侧极性时,不是以主电源侧为正而是三侧均政母线侧为正。
这样一来,便可使差动保护的电流回路接线变得简单和易于掌握了。
当三侧均取母线侧为正时变压器差动保护电流互感器回路的接线原理图如图7所示。
应该指出的是,假设电流互感器一次侧的极性,仅仅是为了能确定对应的二次侧的极性,而和如何假定一次侧电流的流向是无关的。
所以我们在图7中所表示的一次电流的流向,仍为正常运行情况下的负荷电流的正方向。
为便于讨论,下面也分高、中、低三侧分别进行介绍。
1、高压侧电流互感器一次侧取母线侧为正,这和前面“1”条中所述的取电源侧(即路为母线侧)为正的情况是完全一样的,故就差动保护电流互感器的连接顺序和差动保护回电流向量图(见图2)来说,两者也是完全相同的;这里不再赘述了。
2、见图7中压侧差动保护电流互感器回路的接线可知,当电流互感器一次机时极性取母线侧为正后,其连接顺序是。
a+→b→b+→c→c+→a-.,并为正极性出线。
显然,这是一种常见的接线方式.其和高压侧差动保护电流互感器回路的接线顺序完全相同,它对应于变压器高压线圈的接线来说,也相当于Y/△一11接线。
但是让我们来比较一下图7和图1所示中压侧差动保护电流互感器回路接线原理图,可发现两者的实际接线情况是完全一样的,所不同的只是电流互感的标定极性不同。
同时再比较一下两者的电流分布情况还可知,由于我们在假定电流正方向时采用的是同一个原则,所以,以上两种情况的电流的实际流向也是完全相同,因此它们的差动回路电流向量分析的结。
“
果也是完全一致的(见图3”),故这里不再重复叙述了。
3、低压侧电流互感器的一次侧极性也同样供母线侧为正后,则从图7所示的接线原理图低压侧部份可知,其为正极性出线的星形连接,它对应于变压器高压线圈的接线来说,相当于Y-Y/12接线,可见,也是一种常见的接线方式。
‘把图7和图1作一比较,同样也可以发现低压侧的实际接线情况也是完全一样的,其电流互感器回路电流的实际流向也是相同的(电流向量分析结果同图6)。
通过以上分析可知,前面所介绍的两种不同的施工做法,其最后结果是完全一样的。
向量分析方法也是相同的。
所不同的只是由于标定极性的做法不同,。
使得端子的极性名称发生了变化,从而出现了不同名称的接线方式。
这样一来,显然后一种施工方法要比前一种为佳。
因为后一种施工方法使得所出现的电流互感器回路的接线方式的名称,变得是常见的和易于被记忆掌握的接线方式了,因此也就不容易发生差错。
所以我们要推荐后一种施工方法。
这一种施工方法和前一种施工方法相比较,其具有以下特点:
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1、变压器三侧差动保护电流互感器回路的接线,均系正常的连接顺序,其对应一次线圈的接线来说,均为常见的典型接线组别。
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2、变压器高、中压倒电流互感器回路的接线方式相同。
3、均为正极性出线。
变压器差动保护电流互感器接线方式分析
差动保护是变压器的主要保护,它的工作情况的好坏对变压器的正常运行关系极大。
要想使变压器在正常运行或在变压器外部故障时,差动保护可靠不动,就要设法使变压器的电源侧和负荷侧的CT二次线电流相位相差
,及电流产生的动作安匝相等。
只要满足这两个条件变压器的差动保护在变压器内部正常时就不会动作。
为使变压器电源侧和负荷侧CT二次电流相位差
,现介绍以下几种接线方式:
第一种接线方式:
以我县110kV变电站1#主变为例。
它的容量为2万千伏安。
接线组别为丫O/丫O/A—12—11。
ll0kV侧为电源侧,压侧和低压侧为负荷侧,其接线图如下所示因为变压器的接线组别为丫o/丫O/A—12—11其低压测线电流Ia、Ib、Ic分别超前高压侧线电流
高压侧CT二次相电流在减极性时与一次电流同相位。
要想使变压器电源侧和负荷侧CT二次线电流相位相差
。
就设法使变压器低压侧的CT二次线电流落后于相电流
,这样低压侧CT的连接顺序是a相的头连C相的尾;b相的头连a相
第二种接线方式:
我们把CT的接线组别同样用钟表的12个钟头来表示,那么第一种接线方式,高压侧的CT为6点接线,中压侧为12点接线.低压侧为1点接线。
第二种接线方式就是把高压侧的CT接成12点,中压侧接成6点.低压侧接成7点。
第三种接线方式:
把高压侧的CT二次接成11点,中压倒为5点,低压侧接成6点。
第四种接线方式,把高压侧的CT二次接成5点,中压侧为11点,低压侧为12点。
变压器差动保护的接线方式有四种,选CT变比时每侧就有两种;一种是星型接线,一种是三角型接线。
如果用第一种接线方式接,对三卷变压器来说,高中低三侧CT中有两侧的CT接成星型,只有一侧接成三角型。
接线较为简单。
在特定条件下,采用此种接线方式能解决差流回路中无法解决的不平衡电流。
当然无论采用那种接线方式,效果都一样,但因各地区的技术水平不一,为使差动保护不致因CT接线错误造成保护跨动,最好选其中一种接线做为典设。
第二种接线方式:
我们把CT的接线组别同样用钟表的12个钟头来表示,那么第一种接线方式,高压侧的CT为6点接线,中压侧为12点接线.低压侧为1点接线。
第二种接线方式就是把高压侧的CT接成12点,中压侧接成6点.低压侧接成7点。
第三种接线方式:
把高压侧的CT二次接成11点,中压倒为5点,低压侧接成6点。
第四种接线方式,把高压侧的CT二次接成5点,中压侧为11点,低压侧为12点。
变压器差动保护的接线方式有四种,选CT变比时每侧就有两种;一种是星型接线,一种是三角型接线。
如果用第一种接线方式接,对三卷变压器来说,高中低三侧CT中有两侧的CT接成星型,只有一侧接成三角型。
接线较为简单。
在特定条件下,采用此种接线方式能解决差流回路中无法解决的不平衡电流。
当然无论采用那种接线方式,效果都一样,但因各地区的技术水平不一,为使差动保护不致因CT接线错误造成保护跨动,最好选其中一种接线做为典设。
解析高压断路器拒分故障的隐含原因与微机差动保护
摘要:
本文结合高压断路器拒分故障统计及造成电网火烧连营事故和大面积长时间停电,解析了拒分故障中隐含有继电保护整定与原理误区的原因。
针对保护方式/保护整定的时间/电流/选择性/灵敏度等因素,定量分析了其误症细节,理出并归纳了继电保护整定原理的更新要点。
简单经济实用。
1高压断路器拒分故障与原因分解
高压断路器的拒分故障影响电网的控制和保护,特别是对电网短路保护的失效给电网带来的损失是很大的,严重的甚至引起火烧连营事故造成大面积长时间停电。
短路保护性能的好坏很难实地实战演习验证,容易造成麻痹侥幸思维,平时很少短路都认为安然无事,一旦短路失保就会出大事。
电力部门在事故统计中一般都习惯将拒分故障的原因归结为断路器,有时还以拒动故障来归类包括拒分与拒合故障。
对短路保护来说拒分影响最大,应该分开统计拒分、拒合,是断路器故障拒分,还是继电装置主保护拒动或后备保护都拒动造成的拒分。
后备保护还有低电压闭锁拒动、差动保护拒动、距离保护拒动,有无火烧连营事故,等等。
各占比例是多少,才便于分析真正原因。
在高压电网保护中,高压断路器与继电保护装置是分开制造选配安装的,最后由电力部门来组合整定,形成一个完整的保护系统。
这两个部分都有可能造成拒分故障。
从现在的统计中看不出继保装置拒动造成的拒分故障和火烧连营故障的比例,也就找不出高压电网火烧连营事故上升的真正元凶。
或许另有内部统计,通过仔细分析都应该能得出问题所在。
执行开断任务的断路器拒分和拒合是开关制造厂的问题,可由继保信号继电器有无发出动作信号来判断。
有动作信号发出,就是断路器拒分;没有动作信号发出,就是继保装置整定失保拒动,造成断路器无法执行分断的拒分。
二者是有本质区别的,不能混为一谈。
继保装置拒动有主保护拒动和后备保护拒动,是继保装置和电站整定的问题,与断路器制造厂无关。
主/后备保护拒动和保护时间过长往往带来火烧连营事故。
而由断路器拒分造成火烧连营事故的机率很小,因为断路器的开断时间<0.1s,一般为0.06s,上下级断路器同时都出现故障拒分的可能性不大。
第三级断路器远后备保护的动作时间应该为0.5~0.7s时才不至于火烧连营。
所以出现火烧连营事故,一般都是继保装置拒动和保护动作时间太长引起的,应该都是电站的装置整定问题和责任。
这一点或许连统计拒分故障的电站和部门都不会想到,问题竟然会出在自己的继保系统。
断路器的开断性能应该由厂家的型式试验和出厂试验来保证,并出具试验报告;继电保护装置及整定的各种主/后备保护时间电流安秒动作特性,应当在安装整定调试时进行二次回路通电验证,出具验证数据报告。
严格具体地讲必须保证主保护能在末端为最小单相短路电流时0.1s内动作,后备保护应在同样电流时0.3~0.5s内动作。
国际电工IEC62271-200:
2003内部故障电弧试验标准推荐的开关设备燃弧时间优选值为1s/0.1s[4],即远后备保护的动作时间都不能超过1s,最好控制在0.7s以内。
否则极易造成烧毁开关设备和火烧连营事故!
事实上,我国和世界上包括一些发达国家的许多电站目前都达不到这个要求。
这就是继电保护整定原理之误区带来的结果。
国外资料显示开关设备的燃弧时间从0.1s每提高0.1s,开关柜的成本要增加10%。
提高到1s时,将增加开关柜的成本100%。
如果电网短路保护时间按现在的4s来要求,开关柜的成本将无法承受,用户也接受不了。
如果保护时间再延长,那造价将是个天文数字!
是不可能实现的。
所以继电保护原理中用长延时来作短路主保护,那根本就是一个主观的误导和天真的臆想!
短路保护的原则应当尽量减少动作时间,故障电弧的烧损就小,供电的恢复时间也就短,利国利民利业。
过去的短路保护原理缺乏与实际制造相结合的系统经济观念。
低压断路器由于是和继保装置整体制造整定,才由制造厂实事求是地找到了一个解决途径:
整定简单实用的三段式保护,避免了低压系统火烧连营事故。
而高压断路器与继保装置是分开制造,致使电力部门过于拘泥信赖继电保护整定原理的误区,其保护方式繁琐复杂又不实用,整定值宽泛不精,才造成了火烧连营事故居高不下。
发达国家目前也没有走出这个怪圈,这从国际电工标准IEC60255-3、英国标准BS142和美国标准ANSIC37.112以及中国国家标准GB/T14598.7-3的长延时转盘仿真特性还在应用于微机控制的短路保护,就能说明这一点。
这样的微机保护只能叫作“危机”保护。
不要以为有了微机保护就万事大吉、高枕无忧了,微机控制又不是万能的神仙,它的原理也是由人来设计的,也还是要由人去整定的好,才能起到应有的保护作用。
客观现实是冷酷的火烧连营事故和造成大面积长时间停电,应当认真坚决地去杜绝它。
是什么问题就解决什么问题,观念的转变才是最根本的转变。
对洋技术应当分析消化和扬弃。
2高压断路器拒分故障的隐含因素
继电保护装置与整定达不到在末端最小单相短路电流时,主保护<0.1s/后备保护0.3~0.5s/远后备保护0.5~0.7s动作特性要求的原因是:
继电保护整定原理一直采用长延时作短路主保护和后备保护致使时间太长;并按最大短路电流来整定瞬时保护与短延时保护,造成保护死区等于没有瞬时/短延时保护和后备保护。
这就从时间和电流两个参数上都丧失了短路保护的作用[5]。
令人遗憾的是,目前与此有关的大学仍然还在教授这些内容,误人子弟。
国内外的微机保护装置也都不具备这种明确的保护功能。
短路时造成火烧连营事故和大面积长时间停电也就不奇怪了。
例如[6]:
2008.3.21日,北京电网220kV草桥变电站停电事故,导致该站和下属3座110kV变电站全停,另外2座220kV变电站和4座110kV变电站切换电源运行。
涉及16座开闭站和2个重要用户,大面积停电,损失负荷78MW。
事故由并联运行的右电源侧断路器接地闪络引起,由上级A站和N站都是全微机系统保护的距离保护和零序保护来切除故障,动作时间为0.546s+重合闸后加速保护0.061s,重合闸间隔1.117s。
即开关烧损时间为0.607s,致使开关烧损严重只能更换。
为什么距离保护和零序保护首次动作的时间是0.546s(比短延时后备保护的0.3s还长)?
后加速保护时也才达到0.061s?
主保护的时间这么长,后加速还有何意义?
这是否“2套保护均正确动作”?
按理两次动作的时间都应该是瞬时0.06s才对,开关烧损时间应该是0.12s,对比一下0.607s,可减少4/5的烧损!
或许稍加修复还能使用,不必更换。
这对用户自己减小损失恢复供电也是有益的。
虽然事故原因归结给厂家制造安装不当,但烧损的程度应该与电站保护系统整定原理有关。
试想有哪一个厂家的开关设计能耐受0.607s的内部故障电弧不被烧毁?
是否现代微机保护的整定原理就一定没有问题?
值得大家深思细琢。
继电保护整定原理对长延时/短延时/瞬时保护的功能作用即谁管短路保护和过载保护,谁应该是主保护和后备保护都分界不清,对保护灵敏度的取值依据也不明确,对如何解决同线路首尾断路器的保护选择性问题更是手足无策,这些都导致了保护整定原理的扭曲。
长延时保护的时间很长,一般都>1s,根本不适合短路保护,只能用于过载保护,以避开电机的启动时间。
电流整定为1倍额定电流In,动作倍数在1.2~6倍。
它有后备保护的功能,但对短路保护的速断已失去作用。
短延时保护延时0.2/0.4/0.6s的作用就是能上下级配合即保证选择性,只能是用于短路后备保护,不能作主保护。
它应该按额定电流来整定,不能按短路电流整定会造成保护死区。
线路一般按3~4倍In整定,以避开尖峰涌流(一般为2~3倍In)。
上下级电流整定值应错开至少1.1倍才能有选择性,加上短延时来配合后备选择性。
瞬时保护的速断时间<0.1s就决定了它才应该是短路的主保护,它也应按额定电流来整定以消除保护死区。
线路一般按5倍In整定即可,以避开尖峰涌流。
上下级电流整定值应错开至少1.25倍,才能保证上下级和同线路首尾断路器有选择性。
保护的选择性与继电器返回系数(一般0.85)和继保装置元件的精度误差(一般≯5%)有关。
综合取至少错开1.25倍,才能使下级保护动作后,上级保护能返回。
保护灵敏度Sp的取值与继保装置精度误差有关,应当在末端最小单相短路电流时,远后备保护能达到1.1,即总的精度误差<10%,就能保证可靠动作。
主保护的灵敏度自然越大越好。
目前保护原理按最大短路电流来整定是达不到>1.1的,都是<1,即有死区和拒分。
其它的保护如差动保护和低电压闭锁保护,都是由于保护原理的误区导致瞬时保护有死区失效后增加的保护,实属多余。
如果瞬时保护没有死区,它们也就失去了意义。
这从整定值可以看出:
差动保护整定在内部短路0.4~4.5倍In范围,相当于外部加1倍In为1.4~5.5倍In时动作。
我们可以直接用瞬时速断保护,整定5倍In动作不是更简单么。
差动保护的整定值低于额定电流和尖峰涌流以内时,其鉴别装置很复杂带来误动的风险也随之而来,时有报道差动保护发生误动。
过去瞬时保护整定为额定电流In的30倍左右(短路电流一般是额定电流的几十倍),造成保护死区很大甚至延伸到变压器内部,才发明了差动保护,觉得差动保护有优势。
当保护原理被纠正后,瞬时保护按避开尖峰涌流整定也在5倍In范围,没有保护死区了,差动保护当然就失去了优越性和存在的价值。
只要电流大于正常允许值,瞬时保护就动作,以能避开尖峰涌流为底线,整定值越小越有利,这也是保护的本意所在。
设备线路是按额定电流设计的,短路电流非常大会烧毁设备线路,只能用保护来切除。
如果短路电流或内部短路电流比额定电流还小,那就不需要保护动作。
如果在尖峰涌流以内(一般≯4倍In),可以用短延时保护,整定值应有所区别,如:
瞬时5倍/短延时3~4倍/或第二套短延时1.5~3倍In(0.5~0.7s)。
能用最简单的瞬时保护解决短路问题不是很好么,没有必要去舍简求繁地沿用本来就属于附加多余的差动保护,甚至将原本用于变压器内部短路的差动保护去作母线保护。
母线的阻抗远远小于变压器阻抗,如此小的阻抗范围,整定值如何来依据确定才是合理的?
它相当于用最繁琐复杂的差动保护去保护一个点,有没有必要和实用价值?
而且差动保护的范围仅限一段。
3继电保护整定原理的更新要点
1)、推翻了百年来用长延时作短路保护和按最大短路电流来整定瞬时保护的原理误区。
应以瞬时和短延时为短路的主/后备保护,依据额定电流来整定保护消除死区。
可以避免火烧连营事故,简单经济实用。
2)、提出了依据额定电流来整定短路保护以后,低电压闭锁保护和差动保护都成为多余,线路距离保护的范围会增加几倍甚至全程。
3)、指出依据额定电流整定的另一优点:
受系统运行方式变化的影响小,尤其在最小运行方式时,保护的可靠性高。
4)、指明根据一般上下级额定电流的级差范围来分析,短延时后备保护只能是每两级配合。
整定值要由下级的整定电流折算成上级In的倍数,一般为3~4倍。
建议设第二套短延时保护,整定值1.5~3倍/0.5~0.7s作第三级的远后备保护。
5)、提出保护灵敏度Sp由原来按短路电流整定的1.25~2(还保护不到末端),可以降低到远后备保护为1.1,总的精度误差已为10%。
由此也引定出:
电流互感器不能使用10P的保护精度等级,应该≯5P。
6)、提出短路冲击电流有效值Ish对保护灵敏度的可靠性有利,并计算出在速断动作时间0.08s内的平均值为1.22Ik。
7)、指出返回系数Kre在整定计算公式中有混淆,上级后备保护时要考虑,末端保护整定时不用。
可提高后备保护的灵敏度。
8)、填补推导得出常用的低压TN-S系统最小单相短路电流的计算值为:
IK⑴min≈0.7IK⑶min。
9)、填补保护选择性的电流要求为:
上下级和同线路首尾断路器的整定值应错开至少1.25倍。
短延时保护可为1.1倍,可扩大保护到下级的范围。
10)、填补短路冲击电流有效值Ish达到最大值1.5Ik的时间0.01s影响到选择性的返回时间。
并以此推导计算出上级的返回时间间隔Δt,作为判断依据。
返回时间不充足,应配合重合闸功能。
[5]
以上浅见为引玉之砖,愿望我国高压电网短路瞬时主保护能走在世界的前端。
10kV线路保护整定计算问题及解决办法
摘要:
对10kV线路继电保护的整定计算中存在的特殊问题,提出了解决的方法。
关键词:
10kV线路;继电保护;整定计算
10kV配电线路结构复杂,有的是用户专线,只接一两个用户,类似于输电线路;有的呈放射状,几十台甚至上百台变压器T接于同一条线路的各个分支上;有的线路短到
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- 变电站 二次 保护 知识
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