110KV单电源环形网络继电保护课程设计

2. 电网各个元件参数计算及短路电流计算 2.1基准值选择

基准功率：SB=100MV·A，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；电压标幺值：E=E(2)=1.05 2.2电网各元件等值电抗计算 2.2.1输电线路等值电抗计算 (1) 线路AB等值电抗计算

正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.4×40=16Ω

XL1*= XL1/ ZB=16/132.25=0.121

零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=3×0.4×40=48Ω

XL10*= XL10/ ZB=48/132.25=0.363

(2) 线路BC等值电抗计算

正序以及负序电抗：XL2= X1L2=0.4×40=16Ω

XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121

零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=3×0.4×40=48Ω

..

.

XL20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363

(3) 线路CA等值电抗计算

正序以及负序电抗：XL3= X1L3=0.4×50=20Ω

XL3*= XL3/ ZB=20/132.25=0.1512

零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=3×0.4×50=60Ω

XL30*= XL30/ ZB=50/132.25=0.4537

2.2.2变压器等值电抗计算 (1) 变压器T1、T2等值电抗计算

XT1= XT2=UK%/100×UN2/ SN=1O.5/100×110×110/60≈21.175Ω XT1*= XT2*=XT1/ ZB=31.7625/132.25=0.1601 (2) 变压器T3等值电抗计算

XT3= UK%/100×UN2/ SN≈21.175Ω XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601 (3) 变压器T4、T5、T6等值电抗计算

XT4= XT5=XT6= XT7= UK%/100×UN2/ SN≈63.525Ω XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=63.525/132.25=0.4803 2.2.3发电机等值电抗计算

(1)发电机G1、G2、G3电抗标幺值计算

XG1* = XG2*= XG3*=XdSB/ SG= XdSB COSφ/ PG=0.129×100×0.85/50=0.2193 2.2.4 各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流

(1) 保护1的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，继开线路AC；通过保护1的负荷电流最大；保护1的最小运行方式：发电机G3停，线路全部运行。 (2) 保护3的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，继开线路BC；通过保护4的负荷电流最大。保护4的最小运行方式：G3停，线路全部运行。

(3) 保护6的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AB；通过保护6的负荷电流最大。保护6的最小运行方式：G3停，线路全部运行。 2.2.5 短路计算

电路图等值图

..

.

BC线路是最大运行方式 正序

负序

零序

BC最小运行方式 正序

..

.

X10.2

零序

X00.2

CA线路最大运行方式

正序零序

X10.131

..

.

X00.055

CA线路最小运行方式

正序

X10.197

零序

AB线路最大运行方式 正序

X00.075

X10.251

零序

..

.

X00.161

AB线路最小运行方式

正序零序

X10.28

X00.148

故障点C：最大运行方式

三相短路：

I（3）k112.695

X10.371有名值 ：Ik（3）2.695150404.25A 132.334

X1232.379

0.3720.521（2）两相短路：kI有名值： Ik（2）2.334150350.15A

单相接地： I（1）k（1）I有名值 ：k2.379150356.85A

..

.

两相接地：

（1,1）Ik310.3710.5210.3710.3710.52110.3710.5210.371.5212 = 2.5

有名值：Ik（1,1）384.60A

13.46 X1

最小运行方式 三相短路： I（3）k（3）I 有名值： k3.46150519.03A

两相短路： I 有名值: Ik（2）（2）k132.997 X122.997150449.49A

（1）I 单相接地： k34.243

0.220.129（1）I 有名值： k4.243150636.49A

两相接地 ：

（1,1）Ik310.20.1290.20.20.12910.20.1290.20.1292= 4.062

（1,1）I609.28A 有名值：k

短路点A：最大运行方式

（3）三相短路： Ik17.634 X1（3）I有名值： k7.6342301755.82A

（2）I两相短路： k136.61

X12..

.

有名值 ：Ik（2）6.612301520.5A

39.4 0.13120.055单相接地： I有名值： Ik（1）k（1）9.42302176.7A

10.1310.055两相接地 ：

I（1,1）k130.1310.0550.1310.1310.0550.1310.0552= 9.08A

（1,1）I2088.29A 有名值：k零序：Kfz0.17530.052 0.1751.07253流过安装处电流： 单相接地： Ik两相接地：Ik

最小运行方式 三相短路： I有名值： Ik（3）k0.0522176.7113.2A

0.0522088.29108.59A

15.076 X1（3）5.0762301167.5A 134.396 X12 两相短路： I（2）k 有名值： Ik（2）4.3962301011.1A 36.397 0.19720.075 单相短路： I 有名值： Ik（1）k（1）9.42301470.2A

6.165A

两相接地 ：Ik（1,1）..

.

有名值： Ik（1,1）1417.99A

零序：Kfz0.17520.146 0.1750.511732 流过安装处电流： 单相接地： Ik两相短路：Ik214.80A

207.03A

短路点B ：

1.最大运行方式下：

（3） 三相短路：IK=3.984 A；有名值 IK=916.33 A；

（3） 两相短路：IK 单相短路：

（2） =

3错误！未找到引用源。，有名值2（2）I=793.57 A； K（1）（1）II=错误！未找到引用源。，有名值KK=1040.72 A；

（‘11） 两相接地：IK=4.33 A，有名值IK（‘11）=996.10A；

流过安装处电流：Kfz错误！未找到引用源。=0.3； 单相：两相：

（1）IK=0.3错误！未找到引用源。1040.72=565.11A；

（2）I=0.3错误！未找到引用源。996.10=0.88A K2.最小运行方式下：

三相短路：IK=3.571A；有名值IK=821.43A； 两相短路：IK 单相短路：

（2）（3）（3）=3.093；有名值

（2）I=711.40A； K（1）（1）IK=错误！未找到引用源。=4.237，有名值IK=974.58A

（‘11） 两相接地：IK=4.043A，有名值

（‘11）I=929.92A； K 流过安装处电流：Kfz0.562；

单相：IK=0.562错误！未找到引用源。974.58=7.71A； 两相：IK..

（‘11）（1）=0.562错误！未找到引用源。=522.62A

.

最大运行方式 三相短路 两相短路 单相短路 两相接地 三相短路 两相短路 单相短路 两相接地 表2-1 短路电流统计表 A侧短路(A) B侧短路(A) 43.9 38.01 .42 52.21 29.18 25.28 36.755 35.45 22.91 19.84 26.02 24.9 21. 17.775 24.36 23.25 C侧短路(A) 43. 38.015 .418 52.207 29.188 25.288 36.76 35.45 最小运行方式 2.3 距离保护整定计算

2.3.1电力网相间距离保护的整定计算步骤

2.3.1.计算网络参数：

ZABXLAB0.44016Ω

ZBCXLBC0.44016Ω

ZCDXLCD0.45020ΩZT1 XT2２２Ｖ10.5115XT3XT3(N)*Ｂ23.14Ω

SN10060２２Ｖ10.5115XT6XT4(N)*Ｂ69.43Ω

SN10020ZT4 XT5

2.3.2距离保护整定值计算： （1） 1QF距离保护整定值计算：

一段整定阻抗：Zset 1二段整定阻抗：

1)与相邻下级LBC段的一段配合：

ⅠKⅠΩ relZLAB0.852017..

.

ⅠⅠZKΩ set 3relZL30.852420.4KbminXLAB202 1-10.478

XT4269.431ⅡⅠZⅡK（XKZ）0.80（200.47820.4）33.605Ωset 1relLABbminset 3

2)按躲过相邻变压器出口短路整定：

Kbmin1XLAB13 （1-）（1）0.125 2XLBC24ⅡⅠZⅡK（XKZ0.70（180.12569.431）18.675Ωset 1relLABbminT4）ZⅡ 灵敏度校验：要求Ksenset 1>1.25

ZLAB结论：ZⅡset 1=33.605Ω t=0s

2.3.3 3QF距离保护整定值计算：（同理）

ⅠⅠZKΩ set 3relZL30.852420.4ZⅡΩ set 170.2622.3.4 5QF距离保护整定值计算：

ⅠZⅠKΩset 5relZLCD0.851613.6t0s

结论：考虑到6QF仅需要加装一个功率方向继电器或者 方向阻抗继电器，5QF不需 要和6QF的距离保护装置配合，所以5QF仅需要和T6的保护配合。

ZⅡ.203Ω set 5111注意

根据设计要求：“系统允许的最大故障切除时间为 0.85s”系统最低等级的后备保护延时时间都已经超过了了1.5S，如果按照阶梯原则配合，不满足设计要求，所以不需要加装三段保护

..

.

3. 距离保护的综合评价

主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。

主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。

4.电力网零序电流保护配置与整定计算 4.1概述

4.1.1零序电流保护的特点

中性点直接接地系统中发生接地短路，将产生很大的零序电流分量，利用零序电流分量构成保护，可作为一种主要的接地短路保护。因为它不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。另一方面，零序电流保护仍有电流保护的某些弱点，即它受电力系统运行方式变化的影响较大，灵敏度将因此降低；特别是在短距离的线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。 当零序电流保护的保护效果不能满足电力系统要求时，则应装设接地距离保护。接地距离保护因其保护范围比较固定，对本线路和相邻线路的保护效果都会有所改善。

零序电流保护接于电流互感器的零序电流滤过器，接线简单可靠，零序电流保护通常由多段组成，一般是三段式，并可根据运行需要而增减段数。为了适应某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。 4.2 零序电流保护整定计算的运行方式分析 4.2.1 接地短路计算的运行方式选择

计算零序电流大小和分布的运行方式选择，是零序电流保护整定计算的第一步。选择运行方式就是考虑零序电流保护所能适应的发电机、变压器以及线路变化大小的问题。一般可按下述条件考虑。

..

.

（1）总的原则是，不论发电厂或是变电所，首先是按变压器设备的绝缘要求来确定中性点是否接地；其次是以保持对该母线的零序电抗在运行中变化最小为出发点来考虑。当变压器台数较多时，也可采取几台变压器组合的方法，使零序电抗变化最小。 （2）发电厂的母线上至少应有一台变压器中性点接地运行，这是电力系统过电压保护和继电保护功能所需要的。为改善设备过电压的条件，对双母线上接有多台（一般是四台以上）变压器时，可选择两台变压器同时接地运行，并各分占一条母线，这样在双母线母联短路器断开后，也各自保持着接地系统。

（3）变电所的变压器中性点分为两种情况，单侧电源受电的变压器，如果不采用单相重合闸，其中性点因班应不接地运行，以简化零序电流保护的整定计算；双侧电源受电的变压器，则视该母线上连接的线路条数和变压器台数的多少以及变压器容量的大小，按变压器零序电抗变化最小的原则进行组合。 4.2.2 流过保护最大零序电流的运行方式选择

(1) 单侧电源辐射形电网，一般取最大运行方式，线路末端的变压器中性点不接地运行。

(2) 多电源的辐射形电网及环状电网，应考虑到相临线路的停运或保护的相继动作，并考虑在最大开机方式下对侧接地方式最小，而本侧（保护的背后）接地方式最大。

(3) 计算各类短路电流值。

4.3 最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择

(1) 辐射形电网中线路保护的分之系数与短路的位置无关。

(2) 环状电网中线路的分支系数随短路点的移远而逐渐减小 。但实际上整定需要最大分支系数，故还是选择开环运行方式。

(3) 环外线路对环内线路的分支系数也与短路点有关，随着短路点的移远，分支系数逐渐增大，可以增加到很大很大，但具体整定并不是选一个最大值，而应按实际整定配合点的分支系数计算。 4.4 零序电流保护的整定计算 4.4.1零序电流保护的整定计算步骤 （1） 零序电流保护Ⅰ段的整定

1）按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即

ⅠⅠIK3I0,op1rel0,max (5-1)

式中 K..

Ⅰrel——可靠系数，取1.2~1.3；计算时取1.3

.

I0,max───线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。

2） 零序电流保护Ⅰ段的保护最小保护范围亦要求不小于本保护线路长度的15%。 3）整定的动作延时为0。 （2） 零序电流保护Ⅱ段的整定 此段保护按满足以下条件整定：

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护Ⅰ段配合整定，即

I式中 KⅡrelⅡop1ⅠKⅡrelIop2Kb,min (5-2)

—— 可靠系数，取1.1。

Kb,min—— 分支系数，按实际情况选取可能的最小值； IⅠop2—— 相邻下一级线路的零序电流保护I段整定值。

2）当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护Ⅱ段配合整定：

IⅡop1ⅡKⅡrelIop2Kb,min （5-3）

3）零序Ⅱ段的灵敏度校验： KⅡs,min3I0,minIⅡop1≥ 1.3~1.5 （5-4）

4）零序电流保护Ⅱ段的动作时间：

当动作电流按式（7.2）计算时，tt0.5s op1 当动作电流按式（7.3）计算时，topopt 1t2（3） 零序电流保护Ⅲ段保护的整定 此段保护一般是起后备保护作用。Ⅲ段保护通常是作为零序电流保护II段保护的补充作用。零序电流保护Ⅲ段保护按满足以下条件整定：

1）按躲开下一条线路出口处发生三相短路时，流过保护装置的最大不平衡电流来整定

ⅢⅢIop1KrelIL,max (5-5)

..

.

式中 KⅡrel —— 可靠系数。取1.25。

IL,max —— 最大不平衡电流。

其中

KKKI I (5-6) L,maxnpsterd,max式中 Knp—非周期分量系数,取1~2；

(3) Kst—电流互感器的同性系数,取0.5；

Ker—电流互感器的10%误差,取0.1；

d,max I(3)—下一级线路始端三相短路的最大短路电流。

2） 零序Ⅲ段的灵敏度校验： 当作为近后备保护时，

K3I0,maxIⅢop1 1.3~1.5 (5-7)

当作为远后备保护时，

KⅢsennext3I0,minⅢKb,maxIop1 1.2 (5-8)

式中 I0,min——本线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 I0n,emstin——下一级线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 Kb,min——最大分支系数。

3） 零序电流保护Ⅲ段的动作时间：

时限的确定:对于环型网络,若按阶梯原则与相邻线路配合时,会产生断路器误动的现象因此应找出解环点所以必须选出某一线路的保护Ⅲ段与其相邻的保护Ⅱ段配合此

..

.

即环网保护Ⅲ段的动作时限的起始点，此起始点的选择原则是：应考虑尽可能使整个环网中保护三段的保护灵敏度较高。

(1) 各段保护的整定时间均应按整定配合原则增加时间级差t。

(2) 当分支系数随短路点的移远而变大时，例如有零序互感的平行线路，保护的整定配合应按相配合保护段的保护范围末端进行计算，一般可用图解法整定，

(3) 与相邻双回线路的零序保护配合整定。当双回线路装设了横联差动保护时，为提高灵敏度，可按与横联差动保护配合整定，即按双回线路全线为快速保护范围考虑，但时间整定要考虑横联差动保护相继动作的延时；如考虑双回线运行中将横联差动保护停用的情况时，可相应提出将双回线路运行临时改为单回线路运行的措施。

表5-1 零序电流保护整定计算结果表 线路名称 保护安装地点 保护编号 AB AB线路首端 保护1 保护段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ BC BC线路首端 保护3 Ⅰ Ⅱ Ⅲ CA CA线路首端 保护5 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 4.4.2保护1的零序整定 （1）无时限电流零序电流保护: 按躲过相邻下一线路出口即本线路末端单相或两相接地短路时,可能出现的最大3倍零序电流3I0max即:

ⅠⅠⅠIK3I(其中K=1.2) 0,op1rel0,maxrel整定值（A） 动作时限（S） 474. 292.06 469.87 1038.14 0.0 I0.788502395.58A取3I0,max的最大值则有: 3 0,maxⅠⅠIK3I=1.2395.58=474.A 0,op1rel0,max..

.

tⅠ0s

以在距1号短路器15%处最小短路电流来检验灵敏度:

取3I0min的最小值即: 3 I1.009502506.52474.满足灵敏性0,min（2）带时限零序电流速断保护:

①与相邻下一级线路BC段5DL零序电流保护第Ⅰ段相配合,即: I 取以上3I的最大值则有:3I1.51502758.02A0,max0,maxⅠⅠIK3I1.2758.02909.62A 0,op5rel0,maxⅡ0,op1KⅡrelIⅠ0,op5 Kb,min

由此计算可得：

在最大运行方式且断AB,CD时K最小最小值为:b,minKb,min13.930.318(0.318//0.1670.823)0.318

短路点电流C1,则有:K出现在最小运行方式且闭环正常运行时b,maxf ，设0.343C0.407C1C0.366 40.50.3430.374CC0.2333CCC0.366 452510.5780.374CX-CCCX-CC0.0740.0720.20350.072172425 C0.0024C0.36X0.823X0.366C0.369 K150b,maxC0.00248IⅡ0,op1ⅡK1.1elⅠrI=909.62=2.60A 0,op5K3.93b,min②与下一相邻线路保护3的配合:

ⅠⅠIK3I1.21.7235021038.14A 0,op7rel0,max所以:

IⅡ0,op1ⅡK1.1elⅠrI=1038.14=292A 0,op7K3.91b,min..

.

图4-1最小分支系数图 由图5-6计算可得

在大方式且断BC时K最小最小值为:b,min10.922 K3.91b,min0.318//0.167//(0.90.5)0.823//0.3180.2360.318//0.167//(0.90.5)0.823

图4-2最大分支系数图

..

.

图4-3星角变换图

Z(0.318//1.7990.823//1.317)//1.199//0.3180.229//0.3170(0.270.506)//1.199//0.3180.229//0.317(0.190.229)//0.3170.419//0.3170.18参照图4-2和图4-3可知：

1 K6.b,max0.190.8230.270.506ⅡⅡ取I的最大值进行校验所以I292A 0,op10,op1

I32.030,min1Ⅱ3K0.4521.5不满足灵敏性 s,minⅡI2920,op1应更换更加灵敏的接地距离保护.

保护1末端短路时的最小零序电流为：

取3I的最小值即3I0.263502132.03A 0,min0,min4.4.3保护3的零序整定 （1）无时限电流速断保护的整定

取3I的最大值所以3I0.78502391.56A 0,max0,maxⅠⅠIK3I1.2391.56469.87A 0,op6rel0,max以在距6号短路器15%处最小短路电流来检验灵敏度:

取3I的最小值进行校验所以3I0.786502394.572469.87不满足灵敏性0,min0,min应更换更加灵敏的接地距离保护.

..

.

4.4.4保护7的零序整定 （1）无时限电流速断保护的整定

取3I的最大值所以3I1.7235028.95A0,max0,maxⅠⅠIK3I1.28.951038.14A 0,op7rel0,max以在距7号短路器15%处最小短路电流来检验灵敏度:

Ⅰ取3I的最小值所以3I656.62AI10.8.14A不满足灵敏性 0,min0,min0,op7应更换更加灵敏的接地距离保护

4.5零序电流保护的评价.

在大接地电流系统中，采用零序电流保护和零序方向电流保护与采用三相完全星形接线的电流保护和方向电流保护来防御接地短路相比较，前者具有较突出的优点：

(1) 灵敏度高 (2) 延时小

(3) 在保护安装处正向出口短路时，零序功率方向元件没有电压死区，而相间短路保护功率方向元件有电压死区。

(4) 在电网变压器中性点接地的数目和位置不变的条件下，当系统运行方式变化时，零序电流变化较小，因此，零序电流速断保护的保护范围长而稳定。而相间短路电流速断保护，受系统运行方式变化的影响较大。

(5) 采用了零序电流保护后，相间短路的电流保护就可以采用两相星形接线方式，并可和零序电流保护合用一组电流互感器，又能满足技术要求，而且接线也简单。

应该指出，在110KV及以上电压系统中，单相接地短路故障约占全部故障的

80%~90%，而其它类型的故障，也往往是由单相接地发展起来的。所以，采用专门的零序电流保护就有其更重要的意义。因而，在大接地电流系统中，零序电流保护获得广泛的应用。但是，零序电流保护也存在一些缺点，主要表现在以下两方面：

(1) 于短线路或运行方式变化很大的电网，零序电流保护往往难于满足系统运行所提出的要求，如保护范围不够稳定或由于运行方式的改变需要新整定零序电流保护。

（2）220KV及以上电压的电力系统，由于单相重合闸的应用，影响了零序电流保护的正确工作，这时必须增大保护的起动值，或采取措施使保护退出工作，待全相运行后再投入。

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5．课程设计总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异。在这次宝贵的设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，但是，仅仅是完成了作品还是不可以自我满足的，我们要认真的思考设计过程中遇到的问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在以后的学习中更要加倍注意犯过的错误。

对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎么才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学

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到过的知识，掌握了一种系统的研究方法。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对继电保护掌握得不够好。

在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解，在此我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献：

1．《电力系统稳态分析》陈珩 主编 中国电力出版社 2．《电力系统暂分析》陈珩 主编 中国电力出版社

3．《继电保护整定计算》许建安 主编 中国水利水电出版社。 4．《电力系统分析》于永源 杨绮雯 编 中国电力出版社。 5．《发电厂及变电站二次接线》陈景惠 主编。

6．《电力系统继电保护和自动装置设计规范GB50062-1992》。 7.《电力系统继电保护》 张保会主编 中国电力出版社。

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