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文檔簡介
1、第6章 電力變壓器的繼電保護,第一節(jié) 電力變壓器的故障類型及其保護,一、變壓器的故障:油箱內(nèi)故障和油箱外故障。,內(nèi)部故障:繞組的相間短路、匝間短路、接地短路、鐵芯燒毀等。,外部故障:套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。,不正常運行狀態(tài):外部相間短路、接地短路引起的過電流和零序過電壓,過負荷,油面降低,過電壓,過勵磁等。,1、瓦斯保護(氣體保護):反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部短路故障以及油面降低。,二、變壓器繼電保護的配置,800KVA及以上
2、的油浸式變壓器和400KVA以上的車間內(nèi)油浸式變壓器,應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。,2、縱差保護或電流速斷保護:反應(yīng)變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的短路故障。,6.3MVA及以上并列運行的變壓器、10MVA及以上單獨運行的變壓器、發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中6.3MVA及以上重要的變壓器,應(yīng)裝設(shè)縱差保護。,10MVA及以下的電力變壓器,應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護;對于2MVA以上的變壓器,當(dāng)電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時,也應(yīng)裝設(shè)縱差保護。,3、相間短
3、路的后備保護:反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過電流,同時作為瓦斯保護和縱差保護的后備保護。,4、接地短路的零序保護:反應(yīng)變壓器高壓側(cè)(或中壓側(cè))以及外部元件的接地短路。,變壓器中性點直接接地運行,應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。變壓器中性點可能接地或不接地運行時,應(yīng)裝設(shè)零序電流、電壓保護。,5、過負荷保護,400KVA以上的變壓器,當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其它負荷的備用電源時,應(yīng)裝設(shè)過負荷保護。過負荷保護通常只裝在一相,延時動作于發(fā)信號。,6
4、、其它保護,電壓為500KV及以上的變壓器,應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。對變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高,以及冷卻系統(tǒng)故障,應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置。,第二節(jié) 變壓器的瓦斯保護,反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)各種短路故障,特別是繞組的相間短路和匝間短路,并且是變壓器鐵芯燒損的唯一保護方式,是變壓器油箱內(nèi)部各種故障的主保護。,一、瓦斯保護的構(gòu)成原理:反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生瓦斯氣體的特征構(gòu)成。,二、瓦斯保護的工作原理,1、氣體繼電器的結(jié)構(gòu),1—罩;2—頂針;3—氣
5、塞;4—永久磁鐵;5—開口杯;6—重捶;7—探針;8—開口銷;9—彈簧;10—擋板;11—永久磁鐵;12—螺桿;13—干簧觸點(重);14—調(diào)節(jié)桿;15—干簧觸點(輕);16—套管;17—排氣口,2、氣體繼電器的工作原理,a)變壓器正常運行時,上下兩對觸點都斷開,不發(fā)出信號,b)變壓器油箱內(nèi)部發(fā) 生輕微故障,上觸點接通信號回路,發(fā)出音響和燈光信號,為“輕瓦斯動作”。,c)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障,下觸點接通跳閘回
6、路,使斷路器跳閘,同時發(fā)出音響和燈光信號,為“重瓦斯動作”。,d)變壓器油箱漏油,上觸點接通,發(fā)出報警信號;下觸點接通,使斷路器跳閘,同時發(fā)出跳閘信號。,3、氣體繼電器的安裝,為什么變壓器是斜著的?,為了不妨礙氣體的流通,變壓器安裝時應(yīng)使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有1%~1.5%的升高坡度,通往繼電器的連接管具有2%~4%的升高坡度。,安裝在油箱與油枕之間的連接管道上。,三、瓦斯保護的原理接線圖,主要優(yōu)點:,動作迅速、靈敏度高
7、、安裝接線簡單、能反應(yīng)油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。,四、對瓦斯保護的評價:,不能反應(yīng)油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。,主要缺點:,第三節(jié) 變壓器的電流速斷保護,對于容量較小的變壓器,當(dāng)靈敏系數(shù)滿足要求時,可在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護,與瓦斯保護配合作為變壓器油箱內(nèi)部故障和套管及引出線上故障的主保護。,一、變壓器電流速斷保護原理接線圖,,,,,安裝在電源側(cè),二、電流速斷保護的整定計算:,(1)按躲過變壓器負荷側(cè)母線短路時流過保護裝置
8、的最大短路電流整定:,,(2)躲過變壓器空載投入時的勵磁涌流。,選擇其中的較大者作為保護的動作值。,,1、動作電流,2、靈敏度,式中 —系統(tǒng)最小運行方式下,保護安裝處(圖中K2點)發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護裝置的最小短路電流。,第四節(jié) 變壓器縱聯(lián)差動保護,一、變壓器縱聯(lián)差動保護的原理,1、縱聯(lián)差動保護動作的理想判據(jù):,2、變壓器縱聯(lián)差動保護單相原理圖,3、期望:變壓器正常運行和外部故障時,則:兩側(cè)電流互感器的變比關(guān)系,二、
9、變壓器縱聯(lián)差動保護的穩(wěn)態(tài)不平衡電流及對策,穩(wěn)態(tài)不平衡電流:在正常運行及保護范圍外部穩(wěn)態(tài)短路情況下流入縱差保護差動回路中的電流。,為了保證動作的選擇性,必須保證:,1、變壓器正常運行時的勵磁電流產(chǎn)生的不平 衡電流(影響可忽略)。,2、由變壓器各側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。,,注意TA極性連接,3、TA實選變比與計算變比不等而產(chǎn)生的不平衡電流。,變壓器星形側(cè)電流互感器的變比:,變壓器三角形側(cè)電流互感器的變比:,變壓器變比:,兩側(cè)電流
10、互感器變比關(guān)系:,當(dāng)該不平衡電流大于額定值的5%時,必須進行補償,常用的補償措施有以下幾種:,,—由于所選電流互感器或平衡繞組匝數(shù)與計算值不同而產(chǎn)生的相對誤差系數(shù)。,按以上方法計算,根據(jù)產(chǎn)品目錄選取與之相鄰且較大的標(biāo)準(zhǔn)變比。由于實選變比與計算變比不可能完全相同,在差動回路中引起不平衡電流的最大值為:,1)將自耦變流器(或稱自耦變壓器)UT接于電流較小的差動臂中變換其電流進行補償。,,,4、由各側(cè)電流互感器型號不同而引起的不平衡電流。,
11、電流互感器輸出的二次電流為,,同理:,電流互感器等效電路,,變壓器正常運行或保護區(qū)外部故障時,歸算至TA二次 側(cè)的電流相等:,則流入差動回路的不平衡電流為:,引入電流互感器的同型系數(shù),兩側(cè)電流互感器型號相同時,,對于變壓器的縱聯(lián)差動保護,各側(cè)電流互感器的變比不相等,因此電流互感器的型號肯定不同,故:,兩側(cè)電流互感器型號不同時,,,對策:,1)選用具有高飽和倍數(shù)差動保護專用的D級TA,并在流過T的外部短路電流為最大的條件下按TA10
12、%誤差曲線選擇其型號;,2)合理選擇TA二次連接導(dǎo)線的截面積以減小二次負載阻抗,并盡量使差動保護各側(cè)差動臂的阻抗相等,以減小不平衡電流;,3)采用鐵芯氣隙小的TA,以減小鐵芯剩磁對不平衡電流的影響。,變壓器縱聯(lián)差動保護中,由于各側(cè)TA型號不同而引起的穩(wěn)態(tài)不平衡電流最大值:,—電流互感器10%誤差系數(shù),取0.1;,—電流互感器同型系數(shù),對于變壓器縱聯(lián)差動保護取1;,—外部短路時流過變壓器的最大短路電流。,5、由變壓器帶負荷調(diào)整分接頭(
13、改變KT)而引起的 不平衡電流。,—由變壓器分接頭調(diào)整而引起的相對誤差,取變壓器調(diào)壓范圍的一半。比如變壓器的電壓為110±2×2.5%/11KV,則,這一不平衡電流的最大值為:,穩(wěn)態(tài)情況下變壓器差動保護的不平衡電流為:,,三、暫態(tài)情況下的不平衡電流及對策,1、暫態(tài)過程中短路電流非周期分量的影響及對策,導(dǎo)致外部故障時TA二次側(cè)不平衡電流的瞬時值比穩(wěn)態(tài)時大,因此差動保護要躲過外部短路暫態(tài)過程中的不平衡電流。,,
14、對策:在差動回路中接入速飽和變流器。,(非周期分量影響系數(shù)Knp),綜合考慮暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的不平衡電流,其最大值為,,2、變壓器空載合閘的勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流及對策。,勵磁涌流具有以下特點:(1)包含有很大成分的非周期分量,涌流偏向時間軸的一側(cè);(2)包含有大量的高次諧波,且以二次諧波為主;(3)波形之間出現(xiàn)間斷。,對策:,(1)采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器;(2)利用二次諧波制動;(3)利用間斷角鑒別內(nèi)部短路電流和勵
15、磁涌流 波形的差別來構(gòu)成差動保護。,四、變壓器縱差動保護的整定原則(具有磁力制動 的差動保護),,1、BCH-1型差動繼電器結(jié)構(gòu),制動電流的作用:使兩個邊柱的鐵芯飽和,加大繼電器的動作安匝(區(qū)外故障時)。,2、帶有制動繞組的變壓器差動保護原理接線,制動繞組的接入原則:保護區(qū)外短路時制動作用最大,而保護區(qū)內(nèi)部短路時制動作用最小。,(A側(cè)有電源,B側(cè)無電源時:制動繞組接在B側(cè)。),區(qū)外:制動最大區(qū)內(nèi):無制動,繼電器的最小動作電流
16、 :制動繞組中無電流 時,為使差動繼電器動作,需要在差動繞組中通 入的最小電流。,制動特性曲線:動作電流 與制動電流 的關(guān) 系曲線。,差動繼電器的制動特性曲線,3、具有磁力制動的差動繼電器的整定,a、當(dāng)無制動作用時,差動繼電器的動作電流整定:,(2)躲開電流互感器二次側(cè)斷線產(chǎn)生的不平衡電流:,(3)躲開外部短路時的最大不平衡電流:,—可靠系數(shù),取1.3;,取以上結(jié)果中的最大值作為 。
17、,,,,,,,當(dāng)無制動作用時,按(3)整定的差動繼電器動作動作電流圖解法:,區(qū)內(nèi)故障時提高保護靈敏度的作用機理:,,僅A側(cè)有電源A、B側(cè)均有電源僅B側(cè)有電源,結(jié)論:,,,在變壓器差動保護區(qū)內(nèi)部故障時,帶制動特性差動繼電器的動作電流在 ~ 之間變化。比無制動特性差動繼電器的動作電流 小得多,所以制動特性差動保護的靈敏度比無制動特性差動保護高。,4、BCH-1型差動保護整定計算步驟,(1)確定變壓
18、器各側(cè)TA接線,計算變壓器各側(cè)額定電流,確定TA變比,選擇基本側(cè)。,,b:計算變壓器各側(cè)額定電流。,c:計算變壓器各側(cè)TA一次側(cè)額定電流。,選擇比計算值大并且最接近的實際值最為實選結(jié)果。,d:確定變壓器各側(cè)TA變比,選擇基本側(cè)。,各TA二次側(cè)電流:,選TA二次電流最大的一側(cè)作為基本側(cè)。,(2)計算變壓器各側(cè)外部短路時歸算到基本側(cè)的 最大短路電流。,(3)確定BCH-1型差動繼電器制動繞組的接入方式:保證保護區(qū)外部短路時制動作用最大
19、,保護區(qū)內(nèi)部短路時制動作用最小(P138)。,(4)按以下條件確定保護裝置在無制動情況下的一 次動作電流(各參數(shù)都歸算到基本側(cè)電壓級):,,2)躲開電流互感器二次側(cè)斷線產(chǎn)生的不平衡流:,3)躲開外部短路時的最大不平衡電流:,取以上結(jié)果中的最大值作為 。,(5)確定基本側(cè)差動繞組和平衡繞組的匝數(shù):,1)基本側(cè)差動繼電器動作電流計算值為:,,2)工作繞組匝數(shù):,選擇比計算值小而接近的匝數(shù)作為工作繞組實用匝數(shù)WW;由WW= WD+
20、Wb選擇差動繞組實際匝數(shù)WD和平衡繞組實際匝數(shù)Wb。,,3)根據(jù)實際選擇匝數(shù),計算出差動繼電器對應(yīng)基本側(cè)的實際動作電流:,(6)其它側(cè)平衡繞組計算匝數(shù):,,四舍五入取整選擇實際的平衡繞組匝數(shù)。,,,(9)計算制動繞組匝數(shù) :,應(yīng)該按躲過外部故障最不利的曲線1選擇制動繞組匝數(shù)(制動最?。?。,則:,選用與計算值相近且較大的匝數(shù)作為制動繞組實選匝數(shù),(10)靈敏度校驗,1)計算最小運行方式下保護區(qū)內(nèi)故障時流入繼電器的最小短路電流;
21、,2)計算繼電器的工作安匝:,3)計算繼電器的制動安匝(要考慮通過接制動繞組側(cè)的負荷電流和短路電流) :,,,5)計算最小靈敏系數(shù),。,,例6-1 對一臺容量為40.5MVA的三相三繞組降壓變壓器進行差動保護整定計算(采用BCH-1型差動繼電器)。變壓器的接線及各側(cè)的短路電流如下圖所示。電壓:110±2×2.5%kV/38.5±2×2.5%kV/11kV,接線方式為:Y,d11,d11,變壓器
22、的額定電流:213A/608A/2130A。圖中標(biāo)出了最大運行方式下歸算到110kV側(cè)的三相短路電流值,括號內(nèi)的數(shù)值為最小運行方式下歸算到110kV側(cè)的兩相短路電流值。dl點單相接地時, 。,解:(1)確定基本側(cè)。,(110KV側(cè)為基本側(cè)),(2)制動繞組的接入方式:將制動繞組接在35KV側(cè)。,(3)差動保護無制動情況下的一次動作電流計算:,,1)躲過勵磁涌流,,2)躲開電流互感器二次側(cè)斷線產(chǎn)生的不平衡電流:,,
23、3)躲過外部短路時的最大不平衡電流 (10KV側(cè)d2點):,,(4) 確定基本側(cè)差動繞組和平衡繞組的接法、差動繞組匝數(shù):,1)對于三繞組變壓器,基本側(cè)接差動繞組,其余兩側(cè)接相應(yīng)的平衡繞組。,2)差動繼電器基本側(cè)動作電流計算:,,3)差動線圈匝數(shù),:,,差動繞組計算匝數(shù):,:,實選匝數(shù)取為 匝。,4)基本側(cè)差動繼電器實際動作電流為:,(5)計算非基本側(cè)平衡繞組的匝數(shù):,1)35KV側(cè)平衡繞組匝數(shù):,,
24、實選匝數(shù)為 匝。,2)10KV側(cè)平衡繞組匝數(shù):,實選匝數(shù)為 匝。,(6)實選匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差 :,,1)35KV側(cè):,,2)10KV側(cè):,(7)計算制動繞組匝數(shù)(35KV側(cè)):,2)制動繞組匝數(shù):,制動繞組的實選匝數(shù):,(8)靈敏度校驗(10KV側(cè)出口處):,1)相間短路的最小靈敏度:,,工作安匝:,,,制動安匝:,,查BCH-1型差動繼電器制動特性曲線,求出校驗最小靈敏度所用的動作安
25、匝為:,,相間短路最小靈敏系數(shù):,2)單相接地短路的靈敏度校驗:,,,第五節(jié) 變壓器的電流和電壓保護,過電流保護低壓啟動的過電流保護復(fù)合電壓啟動的過電流保護負序過電流保護阻抗保護。,變壓器相間短路的后備保護:,一、變壓器相間短路的過電流保護,1、使用條件:宜用于降壓變壓器。,2、安裝地點:電源側(cè)。,4、單相原理接線圖,3、動作:經(jīng)整定延時動作于變壓器各側(cè)QF跳閘。,5、保護的整定計算:,變壓器的最大負荷電流應(yīng)考慮下述情況
26、:,(1)動作電流 :按躲開變壓器的最大負荷電流整定。,1)對并列運行的變壓器:,2)對降壓變壓器:,(2)保護的靈敏度,二、低電壓啟動的過電流保護,1、保護原理接線圖,2、保護的整定計算:,(1)KA的動作電流:按躲開變壓器額定電流整定:,按躲開正常運行時母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓,且在外部故障切除后電動機自啟動的過程中,低電壓元件必須可靠返回。根據(jù)運行經(jīng)驗,一般取,(2)低電壓繼電器KV的動作電壓,,(3)保護的靈敏度,1)電流元
27、件的靈敏系度校驗,,2)電壓元件的靈敏度校驗,,最大運行方式下,后備保護范圍末端金屬性三相短路時,保護安裝處的最大線電壓。,三、復(fù)合電壓起動的過電流保護,1、保護原理接線圖,2、保護的整定計算,火電廠升壓變壓器:,(3)負序電壓元件:,(1)KA的動作電流:按躲開變壓器額定電流整定:,(2)低電壓繼電器KV的動作電壓:,動作值:,靈敏度:,,—保護末端金屬性兩相短路時,保護安裝處的最小負序電壓。,四、負序電流及單相式低壓起動的過電流
28、保護,1、保護原理接線圖,2、保護的整定計算,負序電流元件(1)躲過變壓器正常運行時負序電流濾過器輸出的最大不平衡電流;,(2)躲過變壓器相鄰線路發(fā)生一相斷線時出現(xiàn)的負序電流; (3)與相鄰元件的負序電流保護在靈敏系數(shù)上相配合。,五、三繞組變壓器后備保護的配置原則,六、變壓器的過負荷保護,過負荷保護:反應(yīng)變壓器對稱過負荷引起的過電流。過負荷保護只需接于一相電流上,裝于各側(cè)的過負荷保護均經(jīng)過同一時間繼電器經(jīng)整定延時(一般取
29、9~10s)作用于信號。,過負荷保護的安裝側(cè):,(1)對雙側(cè)電源的三繞組升壓變壓器,裝于發(fā)電機電壓側(cè)和無電源側(cè)。,(2)對三側(cè)有電源的三繞組變壓器,三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)。,(3)僅一側(cè)電源的三繞組降壓變壓器,若三側(cè)的容量相等,只裝于電源側(cè);若三側(cè)的容量不等,則裝于電源側(cè)及容量較小側(cè)。,(4)對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器,三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)。,(5)對雙繞組變壓器,裝于電源側(cè)。,第六節(jié) 變壓器的零序保護,變壓器高壓繞組中性點是否接地運行與變壓器絕緣水
30、平有關(guān):220kV及以上的大型變壓器,高壓繞組采用分級絕緣,若其中性點絕緣水平較低(如500kV系統(tǒng)中,中性點絕緣水平為38kV的變壓器),則中性點必須接地運行;若其絕緣水平高(如 220kV變壓器中性點絕緣水平為110kV的情況),則中性點可直接接地運行,也可在系統(tǒng)不失去接地中性點的條件下不接地運行。,1、中性點直接接地變壓器的零序保護,(1)中性點直接接地變壓器零序電流保護原理框圖,(2)中性點直接接地變壓器零序電流保護原理圖,
31、(3)零序電流保護整定計算,1)零序電流保護Ⅰ段:與引出線零序電流保護Ⅰ段在靈敏系數(shù)上相配合。,a、動作電流:,,,b、保護動作時限:,,,,2)零序電流Ⅱ段:與相鄰元件零序保護的后備段相配合。,,a、動作電流:,b、保護動作時限:,2、中性點可能接地或不接地變壓器的接地保護,對于110kV及以上中性點直接接地的系統(tǒng)中,當(dāng)變壓器的中性點可能接地運行或不接地運行時,對應(yīng)外部單相接地短路引起的過電流,以及因失去接地中性點引起的電壓升高,應(yīng)按
32、變壓器絕緣情況裝設(shè)相應(yīng)的保護。,全絕緣變壓器:若因某種原因造成QF3拒絕跳閘,則保護先由零序電流保護動作于QF1跳閘。當(dāng)QF1和QF4 跳閘后,系統(tǒng)成為中性點不接地系統(tǒng),而且T2仍帶著接地故障繼續(xù)運行。T2的中性點對地電壓將升高為相電壓,兩非接地相的對地電壓將升高相間電壓。此時,可利用在其中性點不接地運行時出現(xiàn)的零序電壓,實現(xiàn)零序過電壓保護,作用于斷開QF2。,分級絕緣變壓器:必須先將T2切除,然后切除T1,以防止不接地變壓器在系統(tǒng)失去
33、中性點后產(chǎn)生的中性點過壓將其絕緣擊穿。,中性點有兩種運行方式的變壓器,需要裝設(shè):零序過電流保護─用于中性點接地運行方式;零序過電壓保護─用于中性點不接地運行方式。,分級絕緣變壓器:先切除中性點不接地運行的變壓器,后切除中性點接地運行的變壓器;全絕緣變壓器:先切除中性點接地運行的變壓器,后切除中性點不接地運行的變壓器。,b、保護動作原則:,a、保護設(shè)置原則:,c、全絕緣變壓器零序保護原理框圖,d、全絕緣變壓器零序保護原理圖,e、中性
34、點無放電間隙的分級絕緣變壓器零序保護原理框圖,中性點無放電間隙的分級絕緣變壓器零序保護原理框圖,f、中性點裝有放電間隙的分級絕緣變壓器零序保護原理框圖,第七節(jié) 變壓器的過勵磁保護,一、變壓器過勵磁的危害,變壓器一次側(cè)電壓 可表示為:,,,,即:變壓器工作磁密B與U和f的比值成正比,電壓升高或頻率下降都會使磁通密度增加,使鐵芯飽和。鐵芯飽和后,勵磁電流急劇增大,造成變壓器過勵磁。,二、變壓器過勵磁的原因(1)電力系統(tǒng)由于發(fā)生事故而
35、解列,造成系統(tǒng)中某一部分因大量甩負荷使變壓器電壓升高,或由于發(fā)電機自勵磁引起過電壓;(2)由于發(fā)電機鐵磁諧振過電壓,使變壓器過勵磁;(3)發(fā)電機組啟動過程中,由于誤操作引起過勵磁;(4)在正常運行情況下,突然甩負荷也會引起變壓器過勵磁。因為勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)與原動機調(diào)速系統(tǒng)都是由慣性環(huán)節(jié)組成,突然甩負荷后電壓迅速上升,而頻率上升緩慢,則電壓頻率比增大,從而使變壓器過勵磁。,(1)變壓器鐵損增加,鐵芯溫度升高;(2)使漏磁場增強,使靠近
36、鐵芯的繞組導(dǎo)線、油箱 壁和其它金屬構(gòu)件產(chǎn)生渦流損耗、發(fā)熱、引起高 溫,嚴(yán)重時造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質(zhì)。,三、過勵磁的危害:,500KV及以上電壓級的變壓器,應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。,四、過勵磁的對策:,五、變壓器的過勵磁保護,1、構(gòu)成原理:過勵磁時磁通密度增加,遠大于正常時的數(shù)值。,2、變壓器過勵磁保護原理框圖,,,,的大小反應(yīng)了工作磁通密度 。,因此,可將 的大小作為變壓器過勵磁保護的判據(jù)。過勵磁保護的整定,
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