500KV微机线路保护教材.docx
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500KV微机线路保护教材
第一部分微机线路保护
兆光电厂二期工程新建2×600MW机组,2回500KV线路至霍州500KV变电站,线路长度约14km。
新建机组(3#,4#)与500KV线路组成2个完整串,主接线为一个半断路器接线形式。
具体间隔排列顺序如下:
I母II母
第一串霍州I3#发变组
第二串4#发变组霍州II
第一章线路保护
一.概述
兆光电厂至霍州变电站I回500KV线路采用一期运行设备,即:
两套完全独立的光纤电流差动主保护,一套为上海继电器厂提供的MCD-H1光纤电流差动保护,一套为北京光耀提供的L90型光纤电流差动保护,两套主保护都有独立的选相功能。
两套完全独立的后备保护均为太原南瑞公司生产的RCS-902A微机距离保护。
远方跳闸和就地判别由两套RCS-925A就地判别保护装置实现,构成500KV保护双重“一取一”经就地判别的方式。
II回500KV线路保护配置为北京众合瑞及南瑞公司生产的7SD522及RCS-931AM(含后备保护功能)型总联电流差动保护装置各一套、国电南自公司生产的PSL602GA型后备保护装置与SSR530远方就地判别装置各一套、南瑞公司生产的RCS-925A型远方就地判别装置一套。
二.两回线路保柜护具体配置
I回500KV线路保护由MXH-903/B光纤分相电流纵差保护柜,L90型分相电流差动保护柜和RCS-902A-54微机距离保护柜三个柜共同组成。
MXH-903/B光纤分相电流纵差保护柜包括:
MCD-H1型光纤电流差动保护装置,RCS-902A型微机距离保护装置,RCS-925A型就地判别装置和打印机。
L90型分相电流差动保护柜包括:
L90型光纤电流差动保护装置。
RCS-902A-54微机距离保护柜包括:
RCS-902A型微机距离保护装置和RCS-925A型就地判别装置。
II回500KV线路保护由PSL-800型分相电流差动保护柜和PRC31AM-54型分相电流差动保护柜两柜共同组成。
PSL-800型分相电流差动保护柜包括:
7SD522型光纤电流差动保护装置,PSL602GA型微机距离保护装置及SSR530远方就地判别装置。
PRC31AM-54型分相电流差动保护柜包括:
PRC931AM型光纤电流差动保护装置,RCS-925A型就地判别装置和交流打印机。
三.各装原理及特点介绍
于第一套各保护装置及PSL602GA型微机距离保护装置在一期记得《电气二次培训教材》中已经进行过详细说明,这里就不再重复。
第一节931AM型光纤电流差动保护装置
1.简介
1.1应用范围
本系列装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置,可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。
1.2性能特征
设有分相电流差动和零序电流差动继电器全线速跳功能。
后缀带字母Z的保护装置还设有纵联距离和纵联零序保护实现全线速动,可作为分相电流差动保护的补充。
采用最新算法对暂态和稳态电容电流进行补偿,提高了差动保护的灵敏度。
更加完善的同步处理,对侧电流、差动电流、补偿后差动电流在线显示。
通道状态自动检测,通道故障时自动记录当时通道状况,每个通道均有详细的通道状态量显示。
每天定时形成通道状态统计报告,便于监视通道质量的变化情况。
通道自动监测,通道接收状态在线显示,通道故障自动闭锁差动保护。
动作速度快,线路近处故障跳闸时间小于10ms,线路中间故障跳闸时间小于
15ms,线路远处故障跳闸时间小于25ms。
反应工频变化量的测量元件采用了具有自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。
先进可靠的振荡闭锁功能,保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁,而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。
灵活的自动重合闸方式。
装置采用整体面板、全封闭机箱,强弱电严格分开,取消传统背板配线方式,
同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施,装置的抗干扰能力大大提高,对
外的电磁辐射也满足相关标准。
完善的事件报文处理,可保存最新256次动作报告,24次故障录波报告。
友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。
后台通信方式灵活,配有RS-485通信接口(可选双绞线、光纤)或以太网。
支持三种对时方式:
秒脉冲对时、分脉冲对时、IRIGB码对时。
支持电力行业标准DL/T667-1999(IEC60870-5-103标准)的通信规约。
与COMTRADE兼容的故障录波。
2技术参数
2.1机械及环境参数
机箱结构尺寸:
482mm×177mm×291mm;嵌入式安装
正常工作温度:
0~40℃
极限工作温度:
-10~50℃
贮存及运输:
-25~70℃
2.2额定电气参数
直流电源:
220V,110V允许偏差:
+15%,-20%
交流电压:
1003V(额定电压Un)
交流电流:
5A,1A(额定电流In)
频率:
50Hz/60Hz
过载能力:
电流回路:
2倍额定电流,连续工作
10倍额定电流,允许10S
40倍额定电流,允许1S
电压回路:
1.5倍额定电压,连续工作
功耗:
交流电流:
<1VA/相(In=5A)
<0.5VA/相(In=1A)
交流电压:
<0.5VA/相
直流:
正常时<35W
跳闸时<50W
2.3主要技术指标
2.3.1整组动作时间
工频变化量距离元件:
近处3~10ms末端<20ms
差动保护全线路跳闸时间:
<25ms(差流>1.5倍差动电流高定值)
距离保护Ⅰ段:
≈20ms
2.3.2起动元件
电流变化量起动元件,整定范围0.1In~0.5In
零序过流起动元件,整定范围0.1In~0.5In
2.3.3工频变化量距离
动作速度:
<10ms(OPZΔU>2U时)
整定范围:
0.1~7.5Ω(In=5A)0.5~37.5Ω(In=1A)
2.3.4距离保护
整定范围:
0.01~40Ω(In=5A)0.05~200Ω(In=1A)
距离元件定值误差:
<5%
精确工作电压:
<0.25V
NARI-RELAYSRCS-931AM(Z)_SC型超高压线路成套保护装置
3软件工作原理
3.1装置总起动元件
起动元件的主体以反应相间工频变化量的过流继电器实现,同时又配以反应全电流的零序过流继电器互相补充。
反应工频变化量的起动元件采用浮动门坎,正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎,浮动门坎始终略高于不平衡输出。
在正常运行时由于不平衡分量很小,装置有很高的灵敏度,当系统振荡时,自动抬高浮动门坎而降低灵敏度,不需要设置专门的振荡闭锁回路。
因此,起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动,装置有很高的安全性。
3.1.1电流变化量起动
ΔIΦΦMAX是相间电流的半波积分的最大值;
ΔIzd为可整定的固定门坎;
ΔIt为浮动门坎;
该元件动作并展宽7秒,去开放出口继电器正电源。
3.1.2零序过流元件起动
当外接零序电流和自产零序电流均大于整定值时,零序起动元件动作并展宽7秒,去开放出口继电器正电源。
3.1.3位置不对应起动
这一部分的起动由用户选择投入。
当控制字“不对应起动重合”整定为“1”,重合闸充电完成的情况下,如有开关偷跳,则总起动元件动作并展宽15秒,去开放出口继电器正电源。
3.1.4低电压或远跳起动
发生区内三相故障,弱电源侧电流起动元件可能不动作,此时若收到对侧的差动保护允许信号,则判别差动继电器动作相关相、相间电压,若小于65%额定电压,则辅助电压起动元件动作,去开放出口继电器正电源7秒。
当本侧收到对侧的远跳信号且定值中“远跳受本侧控制”置“0”时,去开放出口继电器正电源500ms。
3.2保护起动元件
保护起动元件与总起动元件一致。
3.3工频变化量距离继电器
电力系统发生短路故障时,其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量,反应工频变化量的继电器只考虑故障分量,不受负荷状态的影响。
正、反方向故障时,工频变化量距离继电器动作特性如下图;
正方向故障时,测量阻抗K−Z在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量S−Z为圆心,以SZDZ+Z为半径的圆,如上左图所示,当KZ矢量末端落于圆内时动作,可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻能力。
当过渡电阻受对侧电源助增时,不存在超越问题。
对反方向短路,测量阻抗K−Z在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量SZ'为圆心,以SZDZ'−Z为半径的圆,动作圆在第一象限,而因为K−Z总是在第三象限,因此,阻抗元件有明确的方向性。
工频变化量阻抗元件由距离保护压板投退。
3.4电流差动继电器电流差动继电器由三部分组成:
变化量相差动继电器、稳态相差动继电器和零序差动继电器。
3.4.1变化量相差动继电器动作方程:
IH为“1.5倍差动电流起动值”(整定值)和1.5倍实测电容电流的大值;实测电容电流由正常运行时未经补偿的差流获得;
3.4.3稳态Ⅱ段相差动继电器
动作方程:
3.4.4零序差动继电器
对于经高过渡电阻接地故障,采用零序差动继电器具有较高的灵敏度,由零序差动继电器,通过低比率制动系数的稳态差动元件选相,构成零序差动继电器,经45ms延时动作。
其动作方程:
3.4.5电容电流补偿
对于较长的输电线路,电容电流较大,为提高经过渡电阻故障时的灵敏度,需进行电容电流补偿。
传统的电容电流补偿法只能补偿稳态电容电流,在空载合闸、区外故障切除等暂态过程中,线路暂态电容电流很大,此时稳态补偿就不能将此时的电容电流补偿。
931采用暂态电容电流补偿方法,对电容电流的暂态分量也进行补偿。
对于不带并联电抗器的输电线路,用π型等效电路求得线路各相的电容电流,对于正常运行、空载合闸和区外故障切除等情况下的电容电流稳态分量和暂态分量都能给予较好的补偿,提高了差动保护的灵敏度。
对于安装有并联电抗器的输电线路,由于并联电抗器已经补偿了部分电容电流,因此在做差动保护时,需补偿的电容电流为上述计算的电容电流减去并联电抗器电流Li。
对于较短的输电线路,电容电流很小,差动保护无需电容电流补偿功能即可满足灵敏度的要求。
可通过控制字“投电容电流补偿”将电容电流补偿功能退出。
3.4.6TA断线
TA断线瞬间,断线侧的起动元件和差动继电器可能动作,但对侧的起动元件不动作,不会向本侧发差动保护动作信号,从而保证纵联差动不会误动。
非断线侧经延时后报“长期有差流”,与TA断线作同样处理。
TA断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作,若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“1”,则闭锁电流差动保护;若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“0”,且该相差流大于“TA断线差流定值”(整定值),仍开放电流差动保护。
3.4.7TA饱和
当发生区外故障时,TA可能会暂态饱和,装置中由于采用了较高的制动系数和自适应浮动制动门槛,从而保证了在较严重的饱和情况下不会误动。
3.4.8采样同步
两侧装置一侧作为参考端(纵联码大的一侧),另一侧作为同步端(纵联码小的一侧)。
以同步方式交换两侧信息,参考端采样间隔固定,并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。
同步端随时调整采样间隔,直到满足同步条件为止。
两侧装置采样同步的前提条件为:
1、通道单向最大传输时延≤15ms。
2、通道的收发路由一致(即:
两个方向的传输延时相等)。
3.4.9通道连接方式
装置可采用“专用光纤”或“复用通道”。
在纤芯数量及传输距离允许范围内,优先采用“专用光纤”作为传输通道。
当功率不满足条件,可采用“复用通道”。
专用光纤的连接方式如图3.4.1所示
双通道差动保护也可以两个通道都采用专用光纤;或一个通道复用,另外一个通道采取专用光纤,这种情况下,建议通道A选用专用光纤。
3.4.10通信时钟
数字差动保护的关键是线路两侧装置之间的数据交换。
RCS-931系列装置采用同步通信方式(装置型号中带有字母M的通信速率为2048kbit/s,不带有字母M的通信速率为64kbit/s,如:
RCS-931A通信速率为64kbit/s,RCS-931AM通信速率2048kbit/s)2。
差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟,分别为发送时钟和接收时钟。
保护装置的接收时钟固定从接收码流中提取,保证接收过程中没有误码和滑码产生。
发送时钟可以有两种方式,1、采用内部晶振时钟;2、采用接收时钟作为发送时钟。
采用内部晶振时钟作为发送时钟常称为内时钟(主时钟)方式,采用接收时钟作为发送时钟常称
为外时钟(从时钟)方式。
两侧装置的运行方式可以有三种方式:
1、两侧装置均采用从时钟方式;
2、两侧装置均采用内时钟方式;
3、一侧装置采用内时钟,另一侧装置采用从时钟(这种方式会使整定定值更复杂,故不推荐采用)。
通过整定控制字“内部时钟”来决定通信时钟方式。
控制字“内部时钟”置为1,装置自动采用内时钟方式;反之,自动采用外时钟方式。
对于64kbit/s速率的装置,其“内部时钟”控制字整定如下:
1.保护装置通过专用纤芯通信时,两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成:
1
2.保护装置通过PCM机复用通信时,两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成:
0
对于2048kbit/s速率的装置,其“内部时钟”控制字整定如下:
1.保护装置通过专用纤芯通信时,两侧保护装置的“内部时钟”控制字都整定成:
‘1’;
2.保护装置通过复用通道传输时,两侧保护装置的“内部时钟”控制字按如下原则整定:
a.当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH设备的2048kbit/s板卡,同时SDH设
备中2048kbit/s通道的“重定时”功能关闭时,两侧保护装置的“内部时钟”
控制字置1(推荐采用此方式);
b.当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH设备的2048kbit/s板卡,同时SDH
设备中2048kbit/s通道的“重定时”功能打开时,两侧保护装置的“内部时钟”
控制字置0;
c.当保护信息通过通道切换等装置接入SDH设备的2048kbit/s板卡,两侧保
护装置的“内部时钟”控制字的整定需与其它厂家的设备配合。
注:
对于双通道差动保护装置,两个通道的时钟分别通过“通道A内部时钟”、“通道B内部时钟”来设置。
3.4.11纵联标识码
为提高数字式通道线路保护装置的可靠性,保护装置提供纵联标识码功能,在定值项中分别有“本侧纵联码”和“对侧纵联码”两项用来完成纵联标识码功能。
本侧纵联码和对侧纵联码需在定值项中整定,范围均为0~65535,纵联码的整定应保证全网运行的保护设备具有唯一性,即正常运行时,本侧纵联码与对侧纵联码应不同,且与本线的另一套保护的纵联码不同,也应该和其它线路保护装置的纵联码不同(保护校验时可以整定相同,表示自环方式)。
保护装置根据本装置定值中本侧纵联码和对侧纵联码定值决定本装置的主从机方式,同时决定是否为通道自环试验方式,若本侧纵联码和对侧纵联码整定一样,表示为通道自环试验方式,若本侧纵联码大于等于对侧纵联码,表示本侧为主机,反之为从机。
保护装置将本侧的纵联码定值包含在向对侧发送的数据帧中传送给对侧保护装置,对于双通道保护装置,当通道A接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时,退出通道A的差动保护,报“CHA纵联码错”、“通道A异常”告警。
“CHA纵联码错”延时100ms展宽1S报警;通道B与通道A类似。
对于单通道保护装置,当接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时,退出差动保护,报“纵联码接收错”、“通道异常”告警。
在通道状态中增加对侧纵联码的显示,显示本装置接收到的纵联码,若本装置没有接收到正确的对侧数据,对侧纵联码显示“-”符号。
若通道接收到的纵联码与定值不符,接收到的对侧纵联码会闪烁显示,提示用户纵联码接收错误。
3.5距离继电器
本装置设有三阶段式相间和接地距离继电器,继电器由正序电压极化,因而有较大的测量故障过渡电阻的能力;当用于短线路时,为了进一步扩大测量过渡电阻的能力,还可将Ⅰ、Ⅱ段阻抗特性向第Ⅰ象限偏移;接地距离继电器设有零序电抗特性,可防止接地故障时继电器超越。
正序极化电压较高时,由正序电压极化的距离继电器有很好的方向性;当正序电压下降至10%以下时,进入三相低压程序,由正序电压记忆量极化,Ⅰ、Ⅱ段距离继电器在动作前设置正的门坎,保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性;继电器动作后则改为反门坎,保证正方向三相故障继电器动作后一直保持到故障切除。
Ⅲ段距离继电器始终采用反门坎,因而三相短路Ⅲ段稳态特性包含原点,不存在电压死区。
当用于长距离重负荷线路,常规距离继电器整定困难时,可引入负荷限制继电器,
负荷限制继电器和距离继电器的交集为动作区,这有效地防止了重负荷时测量阻抗进入距离继电器而引起的误动。
3.5.1低压距离继电器
当正序电压小于10%Un时,进入低压距离程序,此时只可能有三相短路和系统振荡二种情况;系统振荡由振荡闭锁回路区分,这里只需考虑三相短路。
三相短路时,因三个相阻抗和三个相间阻抗性能一样,所以仅测量相阻抗。
一般情况下各相阻抗一样,但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切除故障,所以对三相阻抗均进行计算,任一相动作跳闸时选为三相故障。
正方向故障暂态动作特性如图3.5.1,测量阻抗KZ在阻抗复数平面上的动作特性是以ZZD至−ZS连线为直径的圆,动作特性包含原点表明正向出口经或不经过渡电阻故障时都能正确动作,并不表示反方向故障时会误动作;反方向故障时的动作特性必须以反方向故障为前提导出。
反方向故障暂态动作特性如图3.5.2,测量阻抗Zk在阻抗复数平面上的动作特性是以ZZD与Z'S连线为直径的圆,当Zk在圆内时动作,可见,继电器有明确的方向性,不可能误判方向。
以上的结论是在记忆电压消失以前,即继电器的暂态特性,当记忆电压消失后,测量阻抗KZ在阻抗复数平面上的动作特性如图3.5.3,反方向故障时,ZK动作特性也如图3.5.3。
由于动作特性经过原点,因此母线和出口故障时,继电器处于动作边界;
为了保证母线故障,特别是经弧光电阻三相故障时不会误动作,因此,对Ⅰ、Ⅱ段距离继电器设置了门坎电压,其幅值取最大弧光压降。
同时,当Ⅰ、Ⅱ距离继电器暂态动作后,将继电器的门坎倒置,相当于将特性圆包含原点,以保证继电器动作后能保持到故障切除。
为了保证Ⅲ段距离继电器的后备性能,Ⅲ段距离元件的门坎电压总是倒置的,其特性包含原点。
3.5.2接地距离继电器
3.5.2.1Ⅲ段接地距离继电器
Ⅲ段接地距离继电器的特性与低压时的暂态特性完全一致,见图3.5.1、图3.5.2,继电器有很好的方向性。
3.5.2.2Ⅰ、Ⅱ段接地距离继电器
●由正序电压极化的方向阻抗继电器:
Ⅰ、Ⅱ段极化电压引入移相角θ1,其作用是在短线路应用时,将方向阻抗特性向第Ⅰ象限偏移,以扩大允许故障过渡电阻的能力。
其正方向故障时的特性如图3.5.4所示。
θ1取值范围为0°、15°、30°。
由图3.5.4可见,该继电器可测量很大的故障过渡电阻,但在对侧电源助增下可能超越,因而引入了第二部分零序电抗继电器以防止超越。
●零序电抗继电器
零序电抗特性。
如图3.5.4中直线A。
当I0与IΦ同相位时,直线A平行于R轴,不同相时,直线的倾角恰好等于I0相对于IΦ+K×3I0的相角差。
因此,零序电抗特性对过渡电阻有自适应的特征。
实际的零序电抗特性要下倾12°,所以当实际系统中由于二侧零序阻抗角不一致而使I0与过渡电阻上压降有相位差时,继电器仍不会超越。
由带偏移角θ1的方向阻抗继电器和零序电抗继电器二部分结合,同时动作时,Ⅰ、Ⅱ段距离继电器动作,该距离继电器有很好的方向性,能测量很大的故障过渡电阻且不会超越。
3.5.3相间距离继电器
3.5.3.1Ⅲ段相间距离继电器
继电器的极化电压采用正序电压,不带记忆。
因相间故障其正序电压基本保留了故障前电压的相位;故障相的动作特性见图3.5.1、图3.5.2,继电器有很好的方向性。
三相短路时,由于极化电压无记忆作用,其动作特性为一过原点的圆,如图3.5.3。
由于正序电压较低时,由低压距离继电器测量,因此,这里既不存在死区也不存在母线故障失去方向性问题。
3.5.3.2Ⅰ、Ⅱ段距离继电器
●由正序电压极化的方向阻抗继电器:
这里,极化电压与接地距离Ⅰ、Ⅱ段一样,较Ⅲ段增加了一个偏移角θ2,其作用也同样是为了在短线路使用时增加允许过渡电阻的能力。
θ2的整定可按0°,15°,30°三档选择。
●电抗继电器:
当ZD阻抗角为90°时,该继电器为与R轴平行的电抗继电器特性,实际电抗特性下倾12°,使送电端的保护受对侧助增而过渡电阻呈容性时不致超越。
以上方向阻抗与电抗继电器二部分结合,增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。
3.5.4负荷限制继电器
为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗,本装置设置了接地、相间负荷限制继电器,其特性如下图所示,继电器两边的斜率与正序灵敏角Φ一致,ZDR为负荷限制电阻定值,
直线A和直线B之间为动作区。
当用于短线路不需要负荷限制继电器时,用户可将控制字“投负荷限制距离”置“0”。
3.6选相元件
本装置采用工作电压变化量选相元件、差动选相元件和0I与AI2比相的选相元件进行选相。
3.6.1电流差动选相元件
工频变化量和稳态差动继电器动作时,动作相选为故障相;
3.6.2工作电压变化量选相元件
保护有六个测量选相元件,比较三个相工作电压变化量,取最大相电压工频变化量,与另两相的相间工作电压变化量比较,大于一定的倍数即判为最大相单相故障;若不满足则判为多相故障,取相间电压工频变化量中最大的为多相故障的测量相。
3.7非全相运行
非全相运行流程包括非全相状态和合闸于故障保护,跳闸固定动作或跳闸位置继电器TWJ动作且无流,经30ms延时置非全相状态。
3.7.1单相跳开形成的非全相状态
单相跳闸固定动作或TWJ动作而对应的有流元件不动作判为跳开相;
测量两个健全相和健全相间的工频变化量阻抗;
对健全相求正序电压作为距离保护的极化电压;
测量健全相间电流的工频变化量,作为非全相运行振荡闭锁开放元件;
跳开相有电流或TWJ返回,开放合闸于故障保护200ms。
3.7.2三相跳开形成的非全相状态
三相跳闸固定动作或三相TWJ均动作且三相无电流时,置非全相状态,有电流或三相TWJ返回后开放合闸于故障保护200ms;
进全相运行的流程。
3.7.3非全相运行状态下,相关保护的投退
非全相运行状态下,退出与断开相相关的相、相间变化量距离继电器,RCS-931A系列将零序过流保护Ⅱ段退出,Ⅲ段不经方向元件控制,RCS-931B系列将零序过流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段退出,Ⅳ段不经方向元件控制,RCS-931D系列将零序过流保护Ⅱ段退出,零序反时限过流不经方向元件控制。
3.7.4合闸于故障线路保护
单相重合闸时,零序过流加速经60ms跳闸,距离Ⅱ段受振荡闭锁控制经25ms延时三相跳闸;
三相重合闸或手合时,零序电流大于加速定值时经100ms延时三相跳闸;
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- 500 KV 微机 线路 保护 教材