降压变电站设计

降压变电站设计(总23页)

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目录

第一章 绪论……………………………………………………………1 第二章 电源进线与主变的选择………………………………………2

方案介绍及选取…………………………………………………3

负荷概念及等级分………………………………………………………4 负荷的计算………………………………………………………………5

主变选择的原则…………………………………………………………6 主变选取…………………………………………………………………6

第三章 电气主接线方案………………………………………………7

主接线的主要形式 ………………………………………………7 接线方案与选取 …………………………………………………7

第四章 短路计算………………………………………………………9

短路的类型 ………………………………………………………9 短路计算 …………………………………………………………9

第五章 电气设备选择 ………………………………………………13

设备的概念………………………………………………………13 断路器隔离开关等设备选择………………………………………13

第六章 总语…………………………………………………………16

参考文献………………………………………………………………17

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第一章 绪论

电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置，它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来，变电所的作用是变换电压，传输和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。变压器是变电所的中心设备，它利用电磁感应原理。

配电装置是变电所中所有的开关电器、载流导体辅助设备连接在一起的装置。其作用是接受和分配电能。配电装置主要由母线、高压断路器开关、电抗器线圈、互感器、电力电容器、避雷器、高压熔断器、二次设备及必要的其他辅助设备所组成。

二次设备是指一次系统状态测量、控制、监察和保护的设备装置。由这些设备构成的回路叫二次回路，总称二次系统。

二次系统的设备包含测量装置、控制装置、继电保护装置、自动控制装置、直流系统及必要的附属设备。

负荷等级可以分为一，二，三等级。负荷的等级不同，对供电的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电

电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110～220千伏）、超高压变电所（330～765千伏）和特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。

该变电所包含了一二级负荷,所以是一个需要两个电源的终端配电变电所。

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第二章 电源进线与主变的选择

方案介绍及选取

某企业总降压变电站站址位于高新开发区CD镇SX村，地处TX大道中段的东面，距离500kVA变直线距离约4公里，距离220kV B变电站的直线距离约10公里，距离220kV C变电站的直线距离约11公里，距离220kV D变电站约19公里，距离筹建中的220kV E变电站的直线距离约公里。

500kV A变电站：电压等级500/220kV。

220kV B变电站：目前该站总装机420MVA，给七个110kV变电站提供电源，分别为YS变、QSH变、GX变、GY变、X厂专变和Y厂I、II专变，上述七个变电站总装机容量为486MVA。

220kV C变电站：主变容量有空余，且有110kV出线间隔， 220kV C变与本企业之间隔着某天然湖泊。

220kV D变电站：建设中的220kV D变电站主要用户为Y厂II、BQ、YS等变电站，距离本企业约19公里，沿途住宅区密集。

220kV E变电站：距离本企业公里。 分析：

鉴于变电站的负荷含有一二级负荷，所以需要考虑两个电源供电，而不是一个，其次E变电站在建，所以考虑，而A变电站等级偏高，但不排除，D变电站沿途住宅偏多，所以排除，综上所述：

本变电站考虑从A,E变电站两处引出电源，变电站等级为220kV的电压等级。

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负荷概念及等级分类

在电力系统中，按负荷性质可分为两大类：供电负荷 和 用电负荷 。用电负荷 是指用户用电设备总容量，也就是对电力系统的需求容量；供电负荷 是指发电厂对外承受的总容量，也是用电负荷 加上同一时刻线路中消耗的功率。

按对供电可靠性要求分为： 一类负荷 、二类负荷 、三类负荷。荷的重要程度分为：先保证供电的重点负荷一般性供电的非重点负荷 可以暂时限电或停止供电的负荷。一级负荷：中断供电时将造成人身伤亡，或经济、政治、军事上的重大损失的负荷。二级负荷：中断供电时将造成严重减产、停工，局部地区交通阻塞，大部分城市居民的正常生活秩序被打乱。三级负荷：除一、二级负荷之外的一般负荷，这级负荷短时停电造成的损失不大。

负荷的计算

负荷级别：消防用电设备，事故排风、排烟、补风用电设备系统，一小部分工艺及配套的动力用电设备，重要控制系统以及应急照明等为一级用电负荷；大部分工艺及配套的公用设备等属二级用电负荷；其余用电设备均属三级用电负荷。）

大宗气体站为10kV负荷，均从110kV变电站引入双电源。一、二厂10kV高压电源柜及大宗气体站10kV高压电源柜（各10路电源）考虑备用，三、四、五厂计算负荷各27508kVA，大宗气体站另计，只预留土建位置。负荷的等级不同，对供电的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电；对于三级负荷一般只需要一个电源供电。

计算电力负荷的定义：负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行，即使用时，也并不是都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有长期、短时、重复短时之分。因此负荷计算也只

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能力求接近实际。即根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷产生的热效应相等。

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项 目 1#生产厂房（一期1厂区） 2#生产厂房（一期1厂区） 3#生产厂房（一期1厂区） 4#生产厂房（一期1厂区） 5#生产厂房（一期1厂区） 一厂区小计 大宗气体站（一厂） 大宗气体站（二厂） 3厂区（一期） 4厂区（一期） 5厂区（一期） 一期小计 二期 总计 表企业负荷 装 机 视在计算负荷 24050kVA 16029kVA 按同时率计算 26700kVA 18628kVA 23000kVA 15889kVA 12000kVA 9034kVA 23064kVA 93750kVA 9600kVA 2300kVA 19460kVA 79040kVA 27000 kVA 27000 kVA 27000 kVA 186600 kVA 80000kVA 266600 kVA 71136 kVA 24300kVA 24300kVA 24300kVA 144036 kVA 72000 kVA 216036 kVA

主变选择的原则

变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定?主变压器容量一般按变电所、建成后5~10年的规划负荷选择，并适当的考虑到远期的负荷发展，对于城网变电所，主变压器容量应与

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城市规划相结合。?在有一‘二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中低压测电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。?装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。?具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三相三绕组变压器。

主变确定

台数:由于此终端变电站来字两个不同的电站，且考虑双电源，所以就选用两台或三台主变。

绕组：该变电站就两个电压等级，所以就考虑用双绕组变压器。 相数：300MVA以下的变压器一般采用三相变压器。

调压：该处因为是厂用电，负荷不是固定，故采用有载调压方式。 主变是两台三相双绕组变压器： 负荷的计算 Smax=260000kVA

变压器容量/每台 Sn260000kVA/2133000kVA

且Sn26036kVA0.7150000kVA

每台变压器的容量选择为Sn200MVA。 主变是三台三相双绕组变压器： 负荷的计算 Smax=260000kVA

变压器容量 Sn260000kVA/389000kVA

且Sn216036kVA0.7150000kVA 取每台主变容量为

90000kVA，则2*90000kVA=18000kVA>150000kVA

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综上所述，鉴于考虑到后面选主变10kV侧的断路器和隔离开关，其额定电流不能超过一定范围，所以此处选用三台变压器。选到的主变型号为SFZ11-90000/220其参数如表：

表主变技术参数

额定容量型号 （kVA） SFZ11-90000/220

90000 220 10 289 高压 低压 流(%) 耗(kVA) 耗(kVA) 压(%) 额定电压（kV） 空载电空载损负载损阻抗电 第三章 电气主接线

主接线的主要形式

电气主接线的基本要求就是八个字：“安全、经济、可靠、灵活”： 具体地说，就是：1、满足用电要求；2、接线简单；3、运行经济、可靠；4、操作方便、运行灵活；5、设备选择合理；6、便于维护检修；7、故障处理能保证安全；

简单地说，电气主接线的基本形式包括：有母线接线和无母线接线两大类：

有母线接线包括：

1、单母线接线（含单母线刀闸分段、单母线开关分段、单母线带旁路等）；

2、双母线接线（含双母线刀闸分段、双母线开关分段、双母线带旁路等）；

3、3/2台断路器接线 4、4/3台断路器接线 5、变压器母线组接线

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无母线接线包括：

6、线路变压器组接线； 7、桥型接线（内桥、外桥、全桥等） 8、角形接线等。

接线方案与选取

220kV侧进线2回，选用以下几种接线方案：

（1） 单母线分段接线。母线分段后重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，一段母线故障，另一段母线仍可正常供电。

（2） 带旁路母线的单母线分段接线。母线分段后提高了供电可靠性，加上设有旁路母线，当任一出线断路器故障或检修时，可用旁路断路器代替，不使该回路停电。

10kV侧出线20回，大部分为Ⅰ类负荷，选用以下几种接线方案： （1）单母线分段接线，它投资少，在10kV配电装置中它基本可以满足可靠性要求。

（2）单母线分段带旁路母线，这种接线方式虽然提高了供电可靠性，但增大了投资。

综上所述：方案确定

采用单母线分段接线亦可满足供电可靠性的要求，且节约了投资。而因为有

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三台主变，故高压侧不宜采用桥形接线，应该采用单母分段，所以220kV/10kV侧均采用单母线分段接线。接线图如图。

图 220kV变电站电气主接线

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第四章 短路计算

短路的概述

故障类型短路分对称短路和不对称短路，对称短路即三相短路f称短路包括两相短路f(2)(3)，而对

，两相接地短路f(1.1)，单相接地短路f(1)。

发生短路故障的主要原因（1）短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。（2）误操作及误接。（3）飞禽跨接裸导体。（4）其它原因。电力系统发生短路，短路电流数值可达几万安到几十万安。（1）产生很大的热量，很高的温度，从而使故障元件和其它元件损坏。（2）产生很大的电动力，该力使导体弯曲变形。（3）短路时，电压骤降。（4）短路可造成停电。（5）严重短路要影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪。（6）单相短路时，对附近通信线路，电子设备产生干扰。

短路电流计算的主要目的是为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据。为此计算短路冲击电流校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；为设计和选择发电厂的电气主接线提供必要的数据；为配合电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。

这次设计主要是220kV侧的短路和10kV测的短路计算。相关计算如后面所示。

短路计算

短路电流计算，需要各元件的技术参数和相关参数等，然后绘制计算电路图。根据对短路点做出等值电路图，利用网络变化规则，将其逐步简化，求出短路回路总电抗。根据总电抗即可求出短路电流值。以下分别讨论计算电路图、等值电路图和短路总电抗的确定。

基准容量SB可以选择100MVA，基准电压UB可以选择短路点所在的电网额

''定电压,系统阻抗标幺值取xs0.126，线路单位阻抗km,ES0.126,

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''Eld0.8。

系统：xsAxsE0.12611

变压器:xT1xT2xT3Us%SB10.51000.15 10090100SN线路：xlAx0*l*xlE0.332.7SB1000.3340.574 2Uav23021000.387 2302短路模型图如图所示。

K-1 220kV A

K-2 10kV E

图 短路模型图

等值模型如图所示。

''EA xsA K-2 220kV K-1 10kV xlA xT1 xT2 ''EE xsE xlE xT3

图系统短路等值模型图

电路等值模型简化如图。

x1xsAxlA0.1260.5740.7 x2xsExlE0.1260.3870.513 x3x1||x20.7||0.5130.296

x4xT1||xT2||xT30.15||0.15||0.150.05

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''EA x1 220kK-1 xT1 10kV K-2

E ''1'' x2 EE xT2 K-1 x3 220kK-2 x4 10kV xT3

图 系统短路等值模型简化图

220kV侧(K-1点)短路时：

''0.8采用近似计接入系统侧的电源是相同的，次暂态电动势E1''1，Eld算法,等值电路图如图。

短路电流基准有名值：IBK1SB3Uav100kA0.502kA

323010.8E1''E1''''16 短路电流标幺值：I0.378 I4x30.296x30.05''3''I(3.37816)0.502kA4.86kA 起始次暂态电流：I'f'(I3I4)BK1冲击电流：iim2KimI'f'21.84.86kA12.38kA

''短路功率：S(I3 I4）SB1938.7MVA

E ''1K-1 x3 220kx4 ''Eld

图 220kV侧短路等值电路图

10kV侧（K-2）短路时：

采用近似计算法，忽略负荷， 其计算如下，等值电路图如图。

K-2

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E ''1x3 x4 10kV 图 10kV侧短路等值电路图

其简化图如图。

x5x3x40.050.2960.346

x5 10kV K-2

'E1'

图 10kV侧短路等值电路图

短路电流基准有名值：IBK2SB3Uav100kA5.5kA

310.51E1''短路电流标幺值：I2.89 x50.346''5''I3.895.5kA15.8kA 起始次暂态电流：I'f'I5BK1冲击电流：iim2KimI'f'21.815.8kA40.45kA

''短路功率：SI5SB289MVA

短路电流汇总表如下表所示

表 短路电流汇总

短路侧 短路电流 基准有名值 电流标幺值 起始次暂态电流 冲击电流 短路功率

220kV 16/ 10kV 289MVA 14

第五章 电气设备选择

设备的概念

电气设备主要指变压器、电抗器、电容器、组合电器、断路器、互感器、避雷器、耦合电容器、输电线路、电力电缆、接地装置、发电机、调相机、电动机、封闭母线、晶闸管等。?

配电箱属于电气设备中的一次设备。电气设备包括一次设备和二次设备。一次设备主要是发电、变电、输电、配电、用电等直接产生、传送、消耗电能的设备，比如说发电机、变压器、架空线、配电柜、开关柜等等。二次设备就是起控制、保护、计量等作用的设备。?大楼里的或者一般厂房比如说电缆、配电柜、电动机、开关插座、灯具、空调、电热水器、电表、摄像机、电话、电脑等等都是电气设备。电气设备可以分为一次设备和二次设备:一次设备: 它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。二次设备: 是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。如熔断器、按钮、指示灯、控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等。

高压断路器和隔离开关是发电厂与变电站中主系统的重要开关电器，高压断路器主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用，高压短路器最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。而高压隔离开关的主要功能是保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，不能用于切断，投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某写切换操作。

断路器,隔离开关等设备选择

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高压断路器的额定电压和电流选择需满足 UNUSN, INImax式中：

UN、USN分别为断路器和电网的额定电压（KV）；IN、Imax分别为断路器的额

定电流和电网的最大负荷电流（A）。

开断电流选择：高压断路器的开断电流INbr是指在额定电压下能保证正常开

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断的最大短路电流，它是表征高压断路器开断能力的重要参数，高压断路器在低于额定电压下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该极限值成为极限开断电流，即高压断路器开断电流不能超过极限开断电流，一般中小型变电站采用中，慢速断路器，开断时间较长（）=），短路电流非周期分量衰减较多，可不计非周期分量影响，采用起始次暂态电流I''校验，即INbrI''

短路开合电流的选择：在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在短路气合闸过程中，动，静触头间在末接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受点动力的损坏；而且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ish，即

iNclich。

短路热稳定和动稳定的校验，校验式为 It2tQK，iesish短路时间

tk4s。

220kV侧断路器和隔离开关的选择：

UNUSN220kV

SN1.0590000237.2A3UN3230

INImax1.05IN1.05

UamaxUsmaxUN1.152201.15256kV

INbrI'''I'f'4.86kAiNclichiim12.38kA

动稳定校验：iesish12.38kA

22I''210Itk/2Itk946.48[(KA)2S] 热稳定：QKtk1217

根据上述参数，选到断路器LW-220(技术参数如下表

表 断路器LW-220技术参数

额定电压额定电流最高电压开断电流关合电流4s热稳定电流（kA） 40 4s动稳定电流（kA） 100 （kV） （kA） （kV） （kA） （kA） 220 252 40 100 根据上述参数，选到隔离开关GW4-220W(技术参数如下表

表 隔离开关GW4-220W技术参数 额定电流额定电压（kV） （kA） 220 1 80 动稳态电流（kA） （kA） 热稳定电流10kV侧断路器和隔离开关的选择：

UNUSN10.5kV INImax=1.05IN1.0590000SN3000A 1.05310.53UNUamaxUsmaxUN1.1510.51.1511.5kV

INbrI'''I'f'15.8kA iNclichiim40.45kA

动稳定校验：iesishich40.45KA

22I''210Itk/2Itk998.56[(KA)2S] 热稳定：QKtk12根据上述参数，选到断路器ZN-10/3150-40(技术参数如下表

表 断路器ZN-10/3150-40技术参数

额定电压额定电流最高电压开断电流关合电流4s热稳定电流（kA） 4s动稳定电流（kA） （kV） （kA） （kV） （kA） （kA） 18

10 3150 40 100 40 100 根据上述参数，选到隔离开关GW4-10(技术参数如下表

表 隔离开关GW4-10技术参数 额定电流额定电压（kV） （kA） 10 6 50 动稳态电流（kA） （kA） 热稳定电流19

第六章 总语

本次设计的220KV变电站的的设计，主要是对电气族接线及电气设备的选

择和校验。本次设计的变电站选用三台变压器，。电气主接线是变电站电气部分的主体，是保证出力、连续供电和电能质量的关键环节，它适应供电可靠、调度灵活、运行检修方便切具有经济性和扩建发展的可能性等基本要求。根据系统的负荷的要求和用户的负荷的大小?

设计是学生在校期间最后一个重要综合性实践教学环节，是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合性训练。通过毕业设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好的适用工作的需要。在这个一个多月的毕业设计中给我留下深刻的印象，此次的毕业设计检查了我四年所学的专业知识，初步的使我熟悉了国家能源开发的方针、政策和有关技术规程、规定，导则等，树立工程设计、工程计算、工程绘图等相关设计任务。此次设计使我培养以及根据电力系统设计的原则，我的设计使用的是220KV侧，10KV侧采用单母分段的接线方式，使用单母线接线的优点是在检修是时不会使系统全部失电，从而保证重要用户的不间断供电。?

电气设备的选择条件概括起来可分为两大部分：第一部分是电器所必需满足的基本条件；第二部分是根据不同电器的特点而提出的选择和校验项目。变压器的容量选用SFZ3-90000型的双绕组的油循环风冷式变压器，此容量虽然小于近期负荷但是变压器具有一定的过负载的能力，所以可以满足负荷的要求。?

在以后的技术发展过程中， 220KV变电站必将发展为自动化程度较高的无人值班电站，变电站综合自动化必然成为未来变电站发展的主要发展方向。因此在以后的工作和学习过程中，我一定要认真的学习这方面的知识，努力使自己成为一个合格的电力系统的工作者。

这次的设计，时间长、内容多，几乎涵盖了大学中所学的知识。我经过了题目的选择，到收集资料、设计、绘图、修改、审核的整个过程。实事求是、

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严肃认真和刻苦钻研的工作作风。巩固了四年我所学的基本理论和专业知识，能够灵活运用，解决实际问题。?

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参考文献

[1] 《电力工程设计手册》 西北电力设计院、东北电力设计院主编 上海科学技术出版社

[2] GB50052《供配电系统设计规范》 [3] GB50059《35～110kV变电所设计规范》 [4] GB50060《3～110kV高压配电装置设计规范》 [5] GB50227《并联电容器装置设计规范》

[6] DL/T5136《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》 [7] DL/T5202《电能量计量系统设计技术规程》

[8] DL/T5242《35kV～220kV变电站无功补偿装置设计技术规定》 [9] DL/T5147《电力系统安全自动装置设计技术规定》 [10] DL/T5352《高压配电装置设计技术规程》 [11] DL/T5103《35～110kV无人值班变电所设计规范》 [12] DL5222《导体和电器选择设计技术规定》 [13] DL/T5429《电力系统设计技术规程》

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[15] [J]Volume 1, Number 4，2006，12，P396-399 Lin Yong-jun 1 , Liu Yu-tao 2 and Zhang Dan-hui 2：“Implementation and design of a communication system of an agent-based automated substation”《Frontiers of Electrical and Electronic Engineer- Engineering in Chinaing In china》

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