水电站自动化继电保护基础

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1、水电站自动化水电站自动化n重庆电力高等专科学校重庆电力高等专科学校第二章第二章 继电保护基础继电保护基础 2-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求2-32-3继继电电保保护护的的工工作作原原理理、构构成成和和发展史发展史第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n电力系统的运行状态电力系统的运行状态n继电保护装置及其基本任务继电保护装置及其基本任务第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-1继电保护的任务和

2、作用继电保护的任务和作用n一、电力系统的运行状态一、电力系统的运行状态n根据不同的运行条件,可以将电力系统的根据不同的运行条件,可以将电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态和故障运行状态分为正常状态、不正常状态和故障状态。状态。n1 1、正常状态:、正常状态:在此状态下,电力系统的在此状态下,电力系统的有功功率和无功功率处于平衡,各发电、输有功功率和无功功率处于平衡,各发电、输电和用电设备均在规定的长期安全工作限额电和用电设备均在规定的长期安全工作限额内运行,电压、频率均在规定的范围内变化,内运行,电压、频率均在规定的范围内变化,电能质量合格。电能质量合格。第二章第二章第二章第二章 继电保

3、护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-12-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n一、电力系统的运行状态一、电力系统的运行状态n2 2、不正常状态:、不正常状态:在此状态下,电力系统中的电在此状态下,电力系统中的电气元件的正常工作遭到了破坏,但还没有发生故气元件的正常工作遭到了破坏,但还没有发生故障的情况,其障的情况,其电气参数偏离了额定值电气参数偏离了额定值。n 负荷上升超过了规定值,形成了过负荷负荷上升超过了规定值,形成了过负荷表现为电流上升。表现为电流上升。n 中性点不直接接地系统发生单相接地时,非中性点不直接接地系统发生

4、单相接地时,非故障相对地电压上升形成了过电压故障相对地电压上升形成了过电压大小为原大小为原来相电压的来相电压的1.731.73倍;倍;n 系统发生振荡系统发生振荡表现为电流、电压幅值作表现为电流、电压幅值作周期性变化,全盘波动等。周期性变化,全盘波动等。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n一、电力系统的运行状态一、电力系统的运行状态n3 3、不正常状态:、不正常状态:电力系统的所有一次设电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、误操备在运行过程中由于外力、绝缘老化、误操作、设计制造缺陷等原因

5、而形成的。包括各作、设计制造缺陷等原因而形成的。包括各种形式的种形式的短路短路( (最常见、危害最严重)最常见、危害最严重)和断和断线。线。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-12-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n一、电力系统的运行状态一、电力系统的运行状态n4 4、短路的类型和危害、短路的类型和危害n短路:短路:是指电力系统中一切相与相或相与地之间的短接。是指电力系统中一切相与相或相与地之间的短接。其基本类型有:三相短路、两相短路、单相接地短路、两其基本类型有:三相短路、两相短路、单相接

6、地短路、两相接地短路四种。相接地短路四种。n危害危害: :(1 1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧,使故障元件损坏。(弧,使故障元件损坏。(2 2)短路电流通过系统中非故障)短路电流通过系统中非故障元件时,由于发热和电动力作用引起它们的损坏或缩短使元件时,由于发热和电动力作用引起它们的损坏或缩短使用寿命。(用寿命。(3 3)部分电力系统的电压大幅度下降,使大量)部分电力系统的电压大幅度下降,使大量电力用户的正常工作和生活遭到破坏或产生废品。(电力用户的正常工作和生活遭到破坏或产生废品。(4 4)破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性,引起系

7、破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使整个系统瓦解。(统振荡,甚至使整个系统瓦解。(5 5)接地短路引起的零)接地短路引起的零序电流还会干扰通讯设备的工作。序电流还会干扰通讯设备的工作。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-12-12-1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n二、继电保护装置及其基本任务二、继电保护装置及其基本任务n1 1、电力系统继电保护的内容、电力系统继电保护的内容第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-12-12-12-

8、1继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用继电保护的任务和作用n二、继电保护装置及其基本任务二、继电保护装置及其基本任务n2 2、继电保护装置、继电保护装置n反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。n3 3、继电保护装置基本任务、继电保护装置基本任务n(1 1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遭到破坏,保证其他无故障部切除,使故障元件免于继续遭到破坏,

9、保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。分迅速恢复正常运行。n(2 2)反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护)反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件,而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不的条件,而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求迅速动作要求迅速动作, ,而是根据对电力系统及其元件的危害程度而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定规定一定的延时一定的延时, ,以免短暂的运行波动造成不必要的动作以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。和干扰引起的误动。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本

10、要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n二、对继电保护的基本要求二、对继电保护的基本要求n选择性选择性n速动性速动性n灵敏性灵敏性n可靠性可靠性第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-22-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n利用利用正常运行正常运行与与区内外短路故障区内外短路故障电气参数变化的电气参数变化的特征构成保护的判据,根据不同的判据可构成不特征构成保护的判据,根据不同的判据可构成不同原理的继电保护。同原理的继电

11、保护。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-22-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n1 1、电力系统正常运行时:、电力系统正常运行时:n 每条线路上的电流是每条线路上的电流是负荷电流负荷电流n 各母线上电压在各母线上电压在额定电压的额定电压的5%10%5%10%范围范围内变化内变化n线路始端电压与电流之间的线路始端电压与电流之间的相位角相位角决定于决定于由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。第二章第二章第二

12、章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-22-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n2 2、假定在线路、假定在线路L(BCL(BC)上发生了三相短路)上发生了三相短路n电流电流短路电流(从电源出发,流向短路点)短路电流(从电源出发,流向短路点)n各母线上电压各母线上电压降低,短路点处降低到零降低,短路点处降低到零n短路点到变电站短路点到变电站B B母线之间的阻抗母线之间的阻抗Z ZK K下降。下降。 第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护

13、基础2-22-22-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n3 3、保护的类别、保护的类别n(1 1)利用基本电气参数量的区别)利用基本电气参数量的区别n 过电流保护过电流保护: :反映电流增大而动作的保护反映电流增大而动作的保护; ;n 低电压保护低电压保护: :反映电压降低而动作的保护反映电压降低而动作的保护; ;n 距离保护距离保护: : 反映保护安装处到短路点之间的阻反映保护安装处到短路点之间的阻抗抗. .n(2 2)比较两侧电流相位的变化)比较两侧电流相位的变化n相差高频保护:相差高频保护

14、:线路正常运行或外部短路时线路正常运行或外部短路时, ,被被保护线路两侧电流相位相反保护线路两侧电流相位相反, ,而保护区内部短路时而保护区内部短路时, ,被保护线路两侧电流相位相同被保护线路两侧电流相位相同. .第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n3 3、保护的类别、保护的类别n(3 3)反映序分量或突变量是否出现)反映序分量或突变量是否出现n反映负序分量可构成反映负序分量可构成不对称短路保护不对称短路保护; ;n反映零序分量可构成反映零序分量可构成接地短

15、路保护接地短路保护; ;n根据正序分量是否突变可构成根据正序分量是否突变可构成对称、不对称短路对称、不对称短路保护。保护。n(4 4)反映非电量的保护)反映非电量的保护n反映瓦斯气体的产生可构成瓦斯保护;反映绕组反映瓦斯气体的产生可构成瓦斯保护;反映绕组温度升高可构成过负荷保护温度升高可构成过负荷保护. .第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n4 4、继电保护装置的构成、继电保护装置的构成第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基

16、础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n4 4、继电保护装置的构成、继电保护装置的构成n测量部分:测量部分:对输入量与整定值进行比较对输入量与整定值进行比较, ,根据比较结果,给出根据比较结果,给出“是是”、“非非”性质的性质的逻辑信号,判断保护是否应该起动。逻辑信号,判断保护是否应该起动。n逻辑部分:逻辑部分:根据测量部分逻辑状态,使保根据测量部分逻辑状态,使保护按一定逻辑关系工作。护按一定逻辑关系工作。n执行部分:执行部分:根据逻辑部分传送的信号,最根据逻辑部分传送的信号,最后完成保护装置承担的任务。后完成保护装置承担的任务。第

17、二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n5 5、继电保护回路动作原理、继电保护回路动作原理n测量部分:测量部分:对输入量与整定值进行比较对输入量与整定值进行比较, ,根据比较结果,给出根据比较结果,给出“是是”、“非非”性质的性质的逻辑信号,判断保护是否应该起动。逻辑信号,判断保护是否应该起动。n逻辑部分:逻辑部分:根据测量部分逻辑状态,使保根据测量部分逻辑状态,使保护按一定逻辑关系工作。护按一定逻辑关系工作。n执行部分:执行部分:根据逻辑部分传送的信号,最根据逻

18、辑部分传送的信号,最后完成保护装置承担的任务。后完成保护装置承担的任务。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n一、继电保护的基本原理一、继电保护的基本原理n5 5、继电保护动作原理举例、继电保护动作原理举例第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础正常时,负荷电流不至于引起保护动作。正常时,负荷电流不至于引起保护动作。短路时:短路时:第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n二、对继电保护

19、的基本要求二、对继电保护的基本要求n对动作于跳闸的继电保护,在技术上一般对动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即应满足四个基本要求,即n选择性选择性n迅速性迅速性n可靠性可靠性n灵敏性灵敏性第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n二、对继电保护的基本要求二、对继电保护的基本要求n1 1、选择性:、选择性:指保护装置动作时,仅将故指保护装置动作时,仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量缩小,以保证系统中的无故障部分仍能继续缩小,以保证系统中的无故障

20、部分仍能继续安全运行。安全运行。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础K1K1K1K1点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护1,21,21,21,2动作,跳开动作,跳开动作,跳开动作,跳开QF1QF1QF1QF1和和和和QF2QF2QF2QF2。K2K2K2K2点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护5 5 5 5动作,跳开动作,跳开动作,跳开动作,跳开QF5QF5QF5QF5。K3K3K3K3点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护点短路时,最近的保护6

21、6 6 6动作,跳开动作,跳开动作,跳开动作,跳开QF6QF6QF6QF6。QF1QF2QF5QF6QF3QF4QF7第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础在在要要求求继继电电保保护护动动作作有有选选择择性性的的同同时时,还还必必须须考考虑虑继继电电保保护护或或断断路路器器有有拒拒绝绝动动作作的的可可能性,因而就需要考虑能性,因而就需要考虑后备保护后备保护的问题的问题。当当k3k3点点短短路路时时,距距短短路路点点最最近近的的保保护护6 6本本应应动动作作切切除除故故障障,但但由由于于某某种种原原因因,该该处处的的继继电电保保护护或或断断路路器器拒拒绝绝动动

22、作作,故故障障便便不不能能消消除除,此此时时如如其其前前面面一一条条线线路路(靠靠近近电电源源侧侧)的的保保护护5 5能能动动作作,故故障障也也可可消消除除。保保护护5 5所所起起这这种种作作用用的的保保护护称称为为相相邻邻元元件件的的后后备备保保护护。同同理理,保保护护1 1 和和3 3 又又应应该该作作为为保保护护5 5和和7 7的的后后备保护。备保护。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础主保护、后备保护、辅助保护主保护、后备保护、辅助保护第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础主保护、后备保护、辅助保护主保护、后备保

23、护、辅助保护主保护、后备保护、辅助保护主保护、后备保护、辅助保护n主保护:主保护:满足系统稳定和设备安全要求,能以最满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。保护。n后备保护:后备保护:当被保护元件的主保护或断路器拒动当被保护元件的主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。时用来切除故障的保护。n近后备近后备当主保护拒动时,由本设备或线路的另当主保护拒动时,由本设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。当断路器拒动时,一套保护来实现的后备保护。当断路器拒动时,由由断路器失灵保护断路器失灵保护来实现的后备保护。来实现的

24、后备保护。n远后备远后备当主保护或断路器拒动时,由相邻设备当主保护或断路器拒动时,由相邻设备或线路的保护来实现的后备保护。或线路的保护来实现的后备保护。n辅助保护辅助保护为补充主保护某种性能的不足(如方为补充主保护某种性能的不足(如方向元件的电压死区)或加速切除某部分故障而装向元件的电压死区)或加速切除某部分故障而装设的简单保护。设的简单保护。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-22-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n二、对继电保护的基本要求二、对继电保护的基本要求n速动性:速动性:快速地切

25、除故障可以提高电力系统并联快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性,减少用户在电压降低的情况下工运行的稳定性,减少用户在电压降低的情况下工作的时间,以及缩小故障元件的损坏程度。因此,作的时间,以及缩小故障元件的损坏程度。因此,在发生故障时,应力求保护装置能迅速动作切除在发生故障时,应力求保护装置能迅速动作切除故障。故障。n切除故障的时间切除故障的时间= = 继保动作时间继保动作时间 + QF+ QF跳闸时间跳闸时间n快速保护的动作时间为快速保护的动作时间为0.04-0.08s0.04-0.08s,最快的可达,最快的可达0.01-0.04s0.01-0.04s。n断路器的动作时间为断路器的

26、动作时间为0.06-0.15s0.06-0.15s,最快的可达,最快的可达0.02-0.06s0.02-0.06s。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础必必须须指指出出:不不是是在在任任何何情情况况下下都都要要求求这这样样快快速速地地切切除除故故障障。比比如如作作用用于于信信号号的的保保护护装装置置,其其动动作作可可以以带带一一定定的的延时延时。下面列举一些必须快速切除的故障:下面列举一些必须快速切除的故障:根根据据维维持持系系统统稳稳定定的的要要求求,必必须须快快速速切切除除的的高高压压输输电电线线路上发生的故障;路上发生的故障;使使发发电电厂厂或或重重

27、要要用用户户的的母母线线电电压压低低于于允允许许值值(一一般般为为0.70.7倍额定电压)的故障;倍额定电压)的故障;大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障;大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障;1-1OkV 1-1OkV 线线路路导导线线截截面面过过小小,为为避避免免过过热热不不允允许许延延时时切切除的故障等;除的故障等;可可能能危危及及人人身身安安全全、对对通通讯讯系系统统或或铁铁道道信信号号系系统统有有强强烈烈干扰的故障等。干扰的故障等。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n二、对

28、继电保护的基本要求二、对继电保护的基本要求n灵敏性:灵敏性:是指对于其保护范围内发生故障是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。或不正常运行状态的反应能力。n满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时时, ,不论短路点的位置与短路的类型如何不论短路点的位置与短路的类型如何, ,都都能灵敏地正确地反应出来。能灵敏地正确地反应出来。n灵敏性常用灵敏系数来衡量。灵敏性常用灵敏系数来衡量。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础反应故障时参数上升的灵敏度(即过量保护反应故障时参数上升的灵敏度(即过量保护) 反应故障时参数

29、下降的灵敏度(即欠量保护):反应故障时参数下降的灵敏度(即欠量保护):第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础其其中中故故障障时时的的最最小小、最最大大计计算算值值取取决决于于被被保护元件和电力系统的参数和运行方式保护元件和电力系统的参数和运行方式。 电力系统的运行方式电力系统的运行方式: :最大运行方式最大运行方式: :最小运行方式最小运行方式正常运行方式正常运行方式第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础最最大大运运行行方方式式: :指指投投入入运运行行的的机机组组的的容容量量最最大大(如如下下图图中中三三台台发发电电机机

30、全全投投入入),系系统统的的等等值值阻阻抗抗最最小小(线线路路L1L1、L2L2均均投投入入),当当在在K K点点短短路路时时,短路电流最大的运行方式。短路电流最大的运行方式。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础最最小小运运行行方方式式: :投投入入运运行行的的机机组组的的容容量量最最小小(如如只只投投入入一一台台发发电电机机),系系统统的的等等值值阻阻抗抗最最大大(如如线线路路L1L1、L2L2只只运运行行一一条条),当当在在K K点点短短路路时时,短短路路电流最小的运行方式。电流最小的运行方式。(该方式由系统调度决定)(该方式由系统调度决定)第二章第二

31、章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础正正常常运运行行方方式式: :介介于于最最大大运运行行方方式式与与最最小小运运行行方方式式之之间间的的一一切切常常见见的的运运行行方方式式。该该方方式式由由系系统统调调度决定度决定, ,如如发电机投入了两台,线路发电机投入了两台,线路L1L1、L2L2均投入;均投入;发电机投入了两台,线路发电机投入了两台,线路L1L1或或L2L2只投入一条;只投入一条;发电机投入了一台,线路发电机投入了一台,线路L1L1、L2L2均投入等。均投入等。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的

32、基本要求对继电保护的基本要求n二、对继电保护的基本要求二、对继电保护的基本要求n可靠性:可靠性:可靠性是指在保护装置规定的保可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时,保护护范围内发生了它应该反应的故障时,保护装置应可靠地动作(装置应可靠地动作(即不拒动即不拒动)。而在不属)。而在不属于该保护动作的其他任何情况下,则不应该于该保护动作的其他任何情况下,则不应该动作(动作(即不误动即不误动)。)。n可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。安装、运行维护等因素。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础从从以以上上的的介介绍绍可可以以看看出出:这这四四个个基基本本要要求求是是分分析析研研究究继继电电保保护护性性能能的的基基础础,在在它它们们之之间间既既有有矛矛盾盾的的一一面面,又又有有在在一一定定条条件件下下统统一的一面一的一面。 如如定定时时限限过过电电流流保保护护,因因它它是是一一个个后后备备保保护护,所所以以它它满满足足了了选选择择性性,但但不不满满足足快快速速性性。第二章第二章第二章第二章 继电保护基础继电保护基础继电保护基础继电保护基础2-22-2对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求n三、继电保护的发展简史三、继电保护的发展简史

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