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电力系统继电保护毕业设计

 

毕业设计(论文)

 

题目35KV变压器差动保护差动动作的原因分析

 

完成日期年月日

 

目录

摘要:

2

前言2

一.35KV变压器差动保护介绍2

1.135KV变压器差动保护简述3

1.235KV变压器差动保护的特点3

1.335KV变压器差动保护的动作原理4

1.435KV变压器差动保护的保护范围及优缺点4

二.35KV变压器差动保护误动作分析及处理5

2.1不平衡电流增大引起的误动作5

2.1.1受电流互感器变流比影响5

2.1.2受电流互感器接线方式的影响5

2.1.3各侧电流互感器型号不同5

2.1.4电流互感器饱和5

2.1.5电流互感器断线5

2.1.6电流互感器变流比不配套或接线错误6

2.1.7整定值不合理或者差动继电器接线不正确6

2.1.8变压器带负荷调整分接头产生不平衡电流6

2.2变压器励磁涌流引起误动作6

2.3电磁干扰的因素引起的误动作6

2.4差动保护电流互感器二次回路接触不良或开路6

2.5变压器差动保护二次回路接地问题7

2.6电流互感器二次电缆绝缘问题7

2.7变压器差动保护用电流互感器的选择7

三.变压器差动保护提高可靠性的措施8

3.1提高安装质量,加强基建管理8

3.2新投设备应做躲涌流实验8

3.3变压器投运后,必须利用负荷电流来检查CT回路接线正确8

3.4减小CT误差9

3.5加强运行管理9

3.635KV变压器投运前,差动回路正确性的检查方法9

四.35KV变压器差动保护误动作案例分析10

致谢13

参考文献14

35KV变压器差动保护差动动作的原因分析

学生:

夏羿

指导老师:

何安国

(三峡电力职业学院)

摘要:

电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务。

因此,变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。

随着大容量机组、新建变电站陆续投入电网运行,电力系统不断增大,继电保护的原理结构也越来越复杂。

差动保护具有其独特的优点,它是通过比较变压器两侧电流的大小与相位来区分是内部故障还是外部故障,主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障,同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

所以被广泛应用于变压器的主保护。

作为主设备主保护的微机型纵联差动(简称纵差或差动)保护,虽然经过不断的改进,但是还存在一些误动作的情况,由于自然灾害或人为的因素,如保护定值整定错误、二次回路接线不规范、电流互感器极性接反等,造成变压器差动保护误动作的情况时有发生。

这将造成变压器的非正常停运,会影响系统的安全稳定运行,影响对用户的供电,造成很大的经济损失。

为了保证差动保护正确动作,本文阐述了35KV变压器差动保护原理,分析了可能引起差动保护继电器误动作的原因,提出了切实可行的防范措施,以及差动保护误动作的解决方法。

关键词:

变压器,差动保护,主保护,误动作,防范措施,解决方法

前言:

在国内35KV及以下的变电所中,普遍采用的保护是以分立式继电器构成的。

其最大的特点是二次回路构成简单、直观明了、经济、可靠、灵敏。

当电力系统发生故障时,就会伴随着电流突增、电压突降以及电流与电压间相位差角发生变化,这些基本特点就构成了各种不同原理的继电保护装置。

作为变压器主保护的纵联差动(简称差动)保护,正确动作率始终在百分之五十到百分之六十徘徊,这对变压器的安全和系统的稳定运行很不利。

造成变压器差动保护不正确动作是多方面的,与设计研究、制造、安装调试和运行维护部门都有关系,虽然实际工作中各个相关的制造厂家都在不断的改进技术,提高差动保护动作的可靠性和稳定性,但是变压器差动保护错误动作的事例仍然很多。

所以,本论文研究了35KV变压器差动保护的原理,以及差动保护的错误动作的情况,并分析了差动保护错误动作的原因,并研究出了解决方法以及防范措施,希望能提高35KV变压器差动保护装置运行稳定性和可靠性。

一.35KV变压器差动保护介绍

1.135KV变压器差动保护简述

变压器的差动保护是变压器的主保护,是按照循环电流原理装设的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障,同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

在绕组变压器的两侧均装设的有电流互感器,其二次侧按循环电流法接线,即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧,则将同极性端子相连,并在两接线之间并联接入电流继电器。

在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差,也就是说差动继电器是接在差动回路的。

重理论上来讲,正常运行或外部故障时,差动回路电流为零。

实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因,在正常运行和外部短路时,差动回路中仍然有不平衡电流Iumb流过,此时流过继电器的电流Ik为Ik=I1-I2=Iumb要求不平衡电流应当尽量的小,以确保继电器不会错误动作。

当变压器内部发生相间短路故障时,在差动回路中由于I2改变了方向或等于零(无电源侧),这时流过继电器的电流为I1与I2之和,即Ik=I1+I2=Iumb能使继电器可靠动作。

变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。

由于差动保护对保护区外的故障不会动作,因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合,所以在区内故障时,可以瞬时动作。

1.235KV变压器差动保护的特点

35KV变压器差动保护是用某种通信通道将电气设备两端的保护装置纵向联接起来,并将两端的电气量进行比较,从而判断保护是否动作。

根据基尔霍夫电流定律,保护范围内流入与流出的电流应该相等(变压器应该归算到同侧)。

当保护范围内发生故障时,其流入与流出的电流就不相等了。

差动保护就是根据这个不平衡电流动作的。

因此,这种保护方法有很高的动作选择性和灵敏度,适用于保护大容量、强电流、高电压及对灵敏度要求高的电气设备。

所以,这种方法广泛用于保护大容量、高电压的变压器,并以其优越的保护性能成为大容量、高电压变压器的主要保护方法。

然而值得注意的是,由于变压器在结构和运行上具有一些特点,因此在实际运行中保护范围内无故障时,差动保护装置也具有较大的不平衡电流,这种不平衡电流可能引起差动保护装置的错误动作。

另外,即使考虑了变压器差动保护的这些特点并加以修正,由于这种保护装置的复杂性在有些情况下也常出现一些误动作现象。

1.335KV变压器差动保护的动作原理

差动保护被称为具有绝对选择性的快速保护。

其原理基于基尔霍夫电流定律。

根据基尔霍夫电流定律,电路中任一结点流入与流出的电流相量和为零。

将流入元件的电流与流出元件的电流的相量和称为差动电流。

如图1所示,当变压器正常运行或发生区外故障时,差动电流为零,差动保护不动作。

当发生区内故障时,差动电流不为零,差动保护动作。

差动保护由于电流互感器饱和、变压器变比等因素影响,会产生不平衡电流。

针对各种因素引起的不平衡电流,采取引入制动电流,使差动保护不误动作。

根据差动电流与制动电流比值大小来判断保护是否动作,称为比率差动。

由于主变各侧额定电流大小不等,以及各侧电流互感器变比不相同,差动保护要根据变压器变比及各侧电流互感器变比将各侧二次电流进行折算,使差动电流能真实反应实际一次差动电流。

1.435KV变压器差动保护的保护范围及优缺点

差动保护作为35KV变压器的主保护,它的保护范围为主变各侧差动TA之间的一次电气部分,即:

①主变引出线及变压器线圈发生多相短路。

②单相严重的匝间短路。

③在大电流接地系统中保护线圈及引出线上的接地故障。

35KV变压器差动保护的优点是能够迅速的有选择性的切除保护范围的故障,当接线正确调试得当的时候,不会发生误动。

其缺点是对变压器内部不严重的匝间短路反应不够灵敏。

差动保护和瓦斯保护一般是相互配合来完成保护主变任务的。

 

二.35KV变压器差动保护错误动作分析及处理

2.1不平衡电流增大引起误动作:

2.1.1受电流互感器变流比的影响

由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同,为了保证纵差动保护的可靠工作,就必须适当选择两侧电流互感器的变流比,使得在正常运行和外部故障时两侧二次电流相等.所以变压器差动保护不但要比较两侧电流的幅值和相位,还必须考虑电流互感器变流比的影响。

根据差动保护整定计算过程,差动保护高、低压侧互感器变流比原则

是:

高压侧互感器的一次额定电流要稍大于主变压器高压侧额定电流的1.732倍,低压侧互感器的一次额定电流稍大于主变压器低压侧额定电流。

差动保护用高、低压侧电流互感器变流比配置若不合适,会引起差流增大。

综合自动化变电站的微机差动保护配有制动装置,不会产生误动。

但是常规站的电磁型继电器差动保护装置。

在区外大故障电流的影响下就易发生保护误动作事故。

2.1.2受电流互感器接线方式的影响

例如,对于Y,dl1接线的变压器.其两侧电流的相位差30°,这时,应该将变压器星形侧的3只电流互感器接成三角形,而将变压器三角形侧的3只电流互感器接成星形,

从而使二次电流移相,把二次电流的相位校正过来。

2.1.3各侧电流互感器型号不同

由于变压器各侧电流互感器型号不同。

即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同会引起不平衡电流.该不平衡电流必须满足电流互感器的1O%误差曲线的要求。

2.1.4电流互感器饱

从电流互感器的暂态传变特性可知。

在外部故障、空载合闸或故障切除电压恢复的暂态过程中,伴随工频电流的非周期分量和谐波分量电流,将使变压器差动保护两侧不同型号的电流互感器因严重的非线性饱和而不一致.从而造成差动电流增大,致使差动保护误动作。

2.1.5电流互感器断线

如果电流互感器二次回路断线,必然造成断线相电流降低,从而引起差流增大。

这时,区外故障的故障电流或者空载合闸的励磁涌流就可能造成差动保护误动作。

2.1.6电流互感器变流比不配套或接线错误

1.电流互感器三相变流比不一致

三相变流比不一致,差动继电器内就有大的环流存在,差流就大,躲过外部故障引起的不平衡电流的能力就差。

导致保护误动作。

比如:

某变电站2号主变压器差动用高压

侧U相电流互感器变流比为75/5.而V.W两相电流互感器变流比为100/5.此差动保护装置就存在误动作隐患。

2.高、低压侧电流互感器极性相序不一致

低压侧电流互感器如果极性接反,那么流入差动继电器的差流就是高、低压侧电流的迭加。

此迭加电流极易造成差动-N护躲不过外部故障引起的不平衡电流而频繁误动;而高压侧互感器如果极性接反(或者相序接错),会引起相序混乱,在低压侧接线正确的情况下。

差流等于两侧电流相量组成长方形的对角线.这个电流也会造成差动保护躲不过外部故障引起的不平衡电流而频繁误动。

2.1.7整定值不合理或者差动继电器接线不正确

例如.差动继电器的低压侧接线绕过平衡II绕组,这样整定值就与理论计算不一致,致使不平衡电流增大,也会引起差动保护误动作。

另外.差动继电器短路线圈匝数也要选择适当,一般选择在C-C位置。

2.1.8变压器带负荷调整分接头产生不平衡电流

带负荷调整变压器的分接头实际上就是改变变压器的变压比。

如果差动保护已按照某一变压比调整好.则当分接头改换时,就会产生一个新的不平衡电流流人差动回路。

此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流,因为变压器的分接头经常改变,而差动保护的电流回路在带电的情况下是不能进行操作的,只能在差动保护的整定值计算中予以考虑。

2.2变压器励磁涌流引起误动作

空投变压器或者外部故障切除后电压恢复的过程中。

由于变压器铁心中的磁通不能变,会在变压器一次绕组中产生很大的励磁涌流,通常为其额定电流的2-6倍,最大可达8倍以上。

由于励磁涌流只在充电侧流入变压器,会在差动回路中产生很大的不平衡电流引起差动保护误动。

目前运行的微机保护装置一般采用比率制动或者二次谐波制动装置,可有效躲开励磁涌流的影响。

电磁型差动继电器中一般装有速饱和变流器,也能提高保护装置躲避变压器励磁涌流的能力。

运行中要避免大的空投励磁涌流的产生.在空投前应该检查变压器挡位选择是否合适。

如果所在挡位线圈的额定电压比电网电压小太多,使变压器铁心深度饱和,将进一步增大励磁涌流。

2.3电磁干扰的因素引起的误动作

随着微机保护技术的逐步成熟,微机保护装置在电力系统中的应用越来越广泛,电力系统保护装置的全面微机化已经是一个不可逆转的潮流。

然而由于变电站开关场内的电磁环境比控制室恶劣的多,变压器差动保护装置不可避免受到外部干扰的影响。

例如一些强的电磁干扰进入装置,将使装置采样异常,都将在变压器差动保护的差动回路中形成不平衡电流,造成变压器差动保护误动。

为防止电磁干扰,微机保护常采用光电隔离技术,屏蔽措施来解决这一问题。

2.4差动保护电流互感器二次回路接触不良或开路

因互感器二次回路接触不良或开路而使纵差保护误动作的现象,年年都有发生。

因此,应该加强对差回路差流的运行监视及对保护装置维护,在保护装置安装调试之后,或变压器大修后投运之前,应仔细检查电流互感器二次回路,拧紧二次回路中各接线端子的螺丝,且螺丝上应有弹簧垫或防振片。

也可以采用两根电缆并联作为纵差保护的二次引线,来防止发生二次回路开路。

2.5变压器差动保护二次回路的接地问题

电流回路存在两点接地现象,一个接地点在保护柜内,另一个在开关端子箱内。

这样两个接地点之间的地电位相差较大,在雷雨天气或附近有电焊作业时,易在差动元件中产生差流使保护误动作。

因此应该认真执行反措要求,在纵差保护二次电流回路中只设一个可靠接地点,该接地点宜选在保护柜内。

2.6电流互感器二次电缆绝缘问题

在工程中,因电流互感器二次电缆绝缘降低,造成纵差保护误动作的现象也时有发生。

这多是因施工单位在施工过程中,不按照规定施工,在铺设电缆时将电缆外壳划破,电缆长度不够时用两根电缆对接,在焊接电缆护管时带着电缆焊接,将电缆烫伤,这种种现象在工程中都有发生,给保护安全运行埋下了隐患。

因此,在主设备检修时,定期检查电流回路二次电缆各芯线对地及各芯线之间的绝缘。

用1000V绝缘电阻表测量,各绝缘电阻值应满足规程要求。

另外,接端子线的外露部分尽量要短,以免因振动等原因而造成接地或相间短路。

2.7变压器差动保护用电流互感器的选择

变压器差动保护所用的电流互感器涉及不同电压等级、不同变比、各侧型号不同,这就造成了各互感器的传变暂态特性不一致,有可能造成保护的误动或拒动。

通常500kV~怕电流互感器选用考虑暂态特性的TP级,220kV及以下各侧的电流互感器一般选用P级。

TP级互感器的铁心均有气隙,它们使铁心剩磁减少到饱和磁密的lO%以下,大大改善了互感器的暂态传变性能。

P级互感器的铁心没有气隙,剩磁大,易饱和,其暂态传变性能较差。

变压器差动保护用的电流互感器选型要考虑经济性与实用性,TP级互感器在技术上是最好的,但是价格昂贵,而且低压侧TP级互感器体积大,在封闭结构母线中很难安装。

因此,在选型时如无特殊要求,且P级互感器能满足实际需要,首先考虑选用P级互感器,避免了经济上的浪费和安装上的困难。

另外,选择二次电缆时,电流互感器二次回路电缆芯线的截面应足够大,对于长电缆,其芯线截面应不小于4mm。

 

三.变压器差动保护提高可靠性的措施

3.1提高安装质量、加强基建管理

运行经验证明·差动保护的不正确动作大多发生在新设备投运后,或二次回路变动后。

固此必须在新设备投运时,认真验收,详细试验,做到图纸正确,符合运行实际;定值正确;做到定值通知单、试验报告和继电器及CT的实际位置三一致{试验项目齐全,特别是负荷电流的检剩正确;二次回路正确、完整;各部位螺丝紧固,总之,使新设备处于健康状态下投运。

3.2新投设备应做躲涌流试验

新安装差动保护,在投运时,要作五次的空投变压器试验,以证明是否能躲过励磁涌流。

因为在整定计算时或继电器的原理如二次谐波制动原理、间断角原理,均已计及励磁涌流的影响,但涌流的大小和衰减时间的长短,与外加电压合闸时的相位,铁芯中剩余磁通大小和方向,电源容量的大小、回路的阻抗及变压器的太小、铁芯性质等因素有关,其值可达变压器额定电流的6~8倍,经过变换的勋磁涌流流入差动继电器,将可能造成保护误动作。

所以应通过实际空投变压器试验来检验。

3.3变压器投运后、必须利用负荷电流来检查差动保护CT回路接线正确。

(1)用通灯导通CT二次回路CT极性、开路、组别、相别的交叉综合的错误在新安装时,

我们特别要防止发生这类错误,因为它很容易被误判断为接线正确。

防止的方法,可以用通灯导通该CT二次回路,可于安装就绪后或检修工作完毕后在保护盘的端子上进行,即在变压器投运前试验,如图5所示。

将a、b、c三相的试验端子开路,至其他侧(组)CT的线也从端子上断开。

即可用通灯依次导通a、b、C三相,由于电感元件的过渡过程,稍等一会灯才亮,通灯不亮即表明回路开路,须查清开路相别和具体地点。

通过这一工作,可以减轻在投运后通过六角图及差流、差压数据进行判断的难度,可以避免误判断为接线正确。

(2)根据所测六角图,即可判断差动回路接线是否正确,现将判断方法简述如下:

a各侧电流的Ia、Ib、Ic应当为正相序,证明各侧CT引入线相序正确

b各侧电流的Ia、Ib、Ic各相之间互差120°左右,说明各相电流基本对称。

C各侧电流的Ia、Ib、Ic太小基本一致,说明本侧的各相CT变比相同,误差合乎规定。

d各侧二次电流相量所落的象限,应与表计有功、无功指示的送受方向一致。

e.将各二次电流折合成同一侧的一次电流时、各同名相应基本符合EI=0,即电源侧的合成电流与负荷侧的合成电流大小相等、方向相反,说明各侧CT的极性、变比、接线组别、相别的正确。

在检查高低侧电流相量时,如两侧相量相同,则说明极性接反,如两侧电流相差30°的倍数角时,则可能是接线组别错误。

若两侧相量相差lO°左右时(其中一侧已反转180°),则可能是CT角误差所造成,应深入分析,提出措施,减小其角误差。

f.如对BCH一型根据实际二次电流及实际整定匝数、计算继电器内的磁势应基本平衡。

g.测量继电器内二次线圈上的差流、差压,应符合规程规定的要求。

根据以上各项检查、分析,均符合要求,说明差动回路接线是正确的。

3.4减小CT的误差

CT的误差增大,将使差动回路的不平衡电流增大、发生穿越故障,可能导致差动保护误动。

为此、应测差动CT的伏安时性、二次负担、录制10%误差曲线,保证在最大穿越性短路电流时,误差不超过10%,如CT误差超出规定,可采取以下措施:

a.采用高饱和特性的CT

b.加大二次电缆截面,来降低CT二次负担

c.采用较大变比的CT

d.采用两组CT串联使用,这样变比未变,CT每组的负担将减小一半。

3.5加强运行管理

在正常运行中,要按规定的周期和项目进行定期检验,发现缺陷要及时处理,对每次不正确动作,均要做好分析,提出针对性的措施}当系统参数发生较大变化时要及时核算定值,予以更改,同时要搞好技术培训、提高继保人员、运行、安装人员业务水平等。

3.635KV变压器投运前,差动回路正确性的检查方法

如果当变压器投运后,负荷电流过小,又不能倒负荷时、无法利用六角图的测试来分析判断差动保护接线的正确性,应在投运前做下列之一的试验,以替代负荷检查。

(1)外加电源试验:

在主变高压侧施加电源将主变低压侧短路、测量各侧CT二次电流相

量,进行分析比较,判断CT接线是否正确,外加电源可以有以下两种办法:

a.用一条专用线路

b.用一台足够容量的低压变压器

无论用哪种方法,应注意合理选择外加电源的容量及电压,以防通电损坏设备。

(2)用单相越流法来检查各侧CT接线

此法较外加电源法简单,虽不够实际,但通过仔细分析,也可判断回路接线的正确性。

试验方法简述如下将主变高低压侧引线用I临时跨接线连接,在差动CT的外侧高压侧装短路接地线一组,在低压侧外加试验电源,按相分别加电流,测量各恻各试验端子间的电流的太小和相位,以及继电器的差流、差压等。

综合分析判断,确认差动回路接线的正确性。

四.35KV变压器差动保护误动作案例分析

4.1案例现象

某新投运的35kV变电站,站内配置有两台主变压器,#1主变运行期间发生两侧断路器跳闸的事故,事故发生前该站运行方式是#1主变在空载运行状态、主变在冷备用状态。

事故发生后变电站运行人员到现场检查,现场#1主变的两侧断路器在分闸位置,查看主变保护装置,发现#1主变保护装置差动保护动作,装置显示报文“差动保护动作”,显示故障电流A相0.32A,B相0.35A,C相0.41A;查看#2主变保护装置,装置同样显示“差动保护动作”,故障电流A相0.39A,B相0.35A,C相0.38A;检查故障录波及其它监控装置无故障信息。

4.2检查情况及原因分析

针对保护动作情况对现场进行全面检查分析,初步分析有以下几种原因可能会引起差动保护动作:

①差动保护范围内的一次设备发生异常;②差动保护装置误动;③电流回路误接线。

根据分析结果进行逐一检查,并结合保护动作前后的系统运行情况分析判断如下:

①对差动保护范围内的一次设备进行全面的检查未发现异常,绝缘测试合格,相关试验项目合格,且故障录波及其他监控装置无故障信息,从而可以确认一次设备无异常;②用继电保护测试仪对差动保护装置进行全面的校验,并带断路器传动试验,保护装置正确动作;③检查差动保护CT二次接线、极性正确。

以上检查项目均未发现

异常。

最后将变压器高压侧接线端子箱CT接地点拆除后测量绝缘电阻,结果绝缘值显示为零,从而确定差动电流回路存在两点接地的情况。

检查发现差动保护屏柜里处有第二个接地点。

图2为CT两点接地示意图,图3为两点接地一次接地电流流经差动保护示意图。

按照“继电保护反事故措施”要求电流互感器的二次回路必须分别并且只能有一点接地。

独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路,宜在断路器场地实现一点接地。

如图3所示。

从差动保护两点接地电流流向图看,当电力系统发生接地故障时,有较大的接地电流流人变电站地网,两点间会产生较大的电位差,因为即使接地点处在同一接地网络,也并非是绝对等电位,所以在两点之间会出现电位差。

差动保护电流二次回路两点接地时,因电位差产生的电流南高地电势通过差动继电器流向低地电势。

当此电流值大于差动继电器设定的定值时,无论变压器在何种状态(运行、空载、冷备用、热备用),都会引起差动保护误动作。

所以差动保护电流的二次回路必须只能有一点接地。

从以上分析可以看出本次1主变空载运行及#2主变在冷备用状态下,差动保护误动作原因是由于电流二次回路出现两点接地,同时由于系统发生接地故障,故障电流流过该变电站地网造成的。

4.3防范措施

造成此次事故的直接原因,是由于#1、#2主变差动电流二次回路出现两点地接,在工程施工及验收过程中没有严格按照继电保护反事故措施要求执行,存在非常大的安全隐患,最后造成投运后变压器差动保护的误动作,针对以上的问题,结合分析情况,提出如下防范措施。

1新建或扩、改建工程中对用于差动保护的电流二次回路必须认真把好图纸设计及图纸审查关,包括图纸的初设、会审等每一个环节都要认真审查,马虎不得。

特别在保护改造或设备更换的工程中,应注意做好相关保护二次回路的更改设计,这是杜绝留下安全隐患的前提和基础。

②施工调试过程中,应严格按照反事故措施、相关规程规定,做好施工人员的技术交底,对有错误的地方应及时提交工程联系单,杜绝“随意施工,野蛮施工”现象。

③一、二次设备的接地必须分开,电流互感器的

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