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南京师范大学35kV/10kV变电所初步设计毕业论文


南京师范大学

题目:35kV/10kV变电所初步设计

院(系) : 专业班级: 学 号:

学生姓名: 指导教师: 起止时间:

目 录
第 1 章 绪论 .......................................................... 1

1.1 供配电技术概况 ............................................... 1 1.2 本文设计内容 ................................................. 2 第 2 章 负荷计算及无功补偿 ............................................ 3

2.1 原始资料 ..................................................... 3 2.2 负荷计算 ..................................................... 3 2.3 无功补偿 ..................................................... 4 2.4 变压器台数及容量选择 ......................................... 5 2.4.1 变压器台数选择 .................................................................................... 5 2.4.2 变压器容量确定 .................................................................................... 5 第 3 章 导线及电气设备选择 ............................................ 7 第 4 章 继电保护规划设计 ............................................. 11 第 5 章 防雷保护设计 ................................................. 13 第 6 章 课程设计总结 ................................................. 16 参考文献 ............................................................ 17

第1章 绪论
1.1 供配电技术概况
据《中国电力报》日前报道,未来五年,国家电网发展的重点是在特高压试 验示范工程的基础上,加快特高压电网建设,提高跨区输电能力。 此前,国家电网公司负责人也指出,加快建设以特高压电网为核心的坚强国 家电网,将成为国家电网公司“十一五”发展期间的重点。 “特高压电网”,是指 1000 千伏的交流或± 800 千伏的直流电网。目前,中国 超高输电线路以 220 千伏、330 千伏、500 千伏交流输电和 500 千伏直流输电线 路为骨干网架。全国已经形成 5 个区域电网和南方电网。“特高压电网”在国家电 网公司 2005 年工作会议上已经被作为战略构想提出,即建设“跨区域、大容量、 远距离、低损耗的特高压骨干网架”。 国家电网公司已经就建设以特高压为核心的坚强国家电网,形成了一个初步 框架——以晋、陕、蒙、宁煤电基地和西南水电基地开发为前提,构建华中、华 北同步的坚强核心电网。国家电网公司规划中的特高压骨干网架,跨区域的输送 能力将占到全国装机总容量的 25%左右。 国家电网力推特高压的决心不言而喻,但各方反对的声音也一直不断。 从技术来看,国际大电网会议现在仍将特高压定为“待成熟技术”,目前,特 高压输电技术在国际上也没有商业化运行的业绩。 此前,只有前苏联和日本建成过 1000 千伏的特高压交流输电线路。但是, 日本特高压线路建成后一直按 500 千伏降压运行。前苏联解体后,俄罗斯的特高 压线路也开始降压运行。意大利兴建的特高压实验工程有两座联络变电所和 20 公里线路,但由于用电量未见增长,也未纳入商业运行线路。 同时,特高压电网在输电线路走廊的选择、杆塔结构、导线截面、分裂导线 根数及分裂间距等方面,将涉及到电磁环境、可听噪声、无线电干扰等环保问题。

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1.2 本文设计内容
1、 江苏实联化工有限公司为保证供电需求, 要求设计一座 35KV 降压变电所, 以 10KV 电缆给各车间供电,一次设计并建成。 2、距本变电所 6Km 处有一系统变电所,由该变电所用 35KV 双回路架空线路 向待定设计的变电所供电,在最大运行方式下,待设计的变电所高压母线上的短 路功率为 1000MVA 。 3、待设计的变电所 10KV 无电源,考虑以后装设的组电容器,提高功率因素, 故要求预留两个间隔。 4、设计本变电所的主电路,论证设计方案是最佳方案,选择主变压器的容量 和台数; 5、设计本变电所的自用电路,选择自用变压器的容量和台数; 6、选择断路器和隔离开关; 7、负荷计算及无功补偿;

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负荷计算及无功补偿 1.3 原始资料
变电所 10KV 各用户负荷情况由下表给出。
最大 用户名称 负 荷 φ cos 数 回 路 附注 Tmax(h)

(kw)

碳化过滤厂房

2000 2000 2000 1000 1000 1000 2000 2000 1000

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

2 2 2 1 1 2 2 1 1

有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 Ⅲ类负荷 Ⅲ类负荷 有重要负荷 有重要负荷 Ⅲ类负荷 Ⅲ类负荷

5000 5000 5500 4000 4000 4500 4500 4500 5000

煅烧厂房 重灰厂房
结晶外冷厂房

干铵厂房 轻灰包装 重灰包装 编织袋厂房 压缩厂房

负荷的同时系数取 0.9,有功负荷率取 0.75;无功负荷率取 0.8。要求变电所 的平均功率因数补偿到 0.9 以上。

1.4 负荷计算
∑P=KPmax=0.8(P1+P2+….P9)=12000KW Smax = k*(P1max/cosφ1+ P2max/cosφ2+…..+ P7max/cosφ7)=28754(KVA) S 单 = Smax /(1-5%)× 70% =19121.4 根据负荷情况初选变压器为两台,型号 SFL7-25000/63 变电所无功总负荷 ∑ Q= P1max · tg(arccos0.8)+ P2max · tg(arccos0.8)+?.+ P9max · tg(arccos0.8)=(1968.02+1731.33+1452.97+1259.23+755.64+666.01+256 1.58+2698.71+681.72)=13785.2(Kvar) β ∑Q=0.8×13785.2 =11028.16(Kvar)

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1.5 无功补偿
⑴ 补偿前 10KV 负荷平均功率因数 cosΦ1= α∑P/[(α∑P)2 +(β∑Q)2 ]1/2 =0.75×27494/√(0.75× 27494)2+(0.8× 13945.2)2=0.87 ⑵ 补偿后的功率因数为: cosΦ2 = 0.95 ⑶ 需补偿的无功容量: Qc= ∑P *(tgΦ1 - tgΦ2 )=(0.526-0.329)× 27494=7890.8(Kvar) 根据以上数据所选补偿电容器为 RWF10.5-100-1 型,数量 72 台。 ⑷ 校验: 计算补偿后高压侧平均功率因数及变压器功率损耗: 空载损耗:P0=32.5(KW) ,空载电流:I0%=0.9%; 负载损耗:Pk=117(KW) 阻抗电压:Uk%=9%; 2 △Pt=2*[△Po+△Pn(s/2Sn) ]=2*[32.5+99*(27494*2/25000) △Qt=2*[Io%/100*Sn+(Uk%/100)*Sn(S/2Sn) Pt=0.75*27494.1+124.9=20745.5 Qt=0.8*(11156.2-7890.8)+1810.7=4423.02 cosΦ2=α(P∑ +△PT)/[α(P∑ +△PT) 2 ] +[β(Q∑+△QT)- Qn] 1/2 =0.978>0.9
2 2

]=124.9(Kw)

]=1810.7 (kvar)

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1.6 变压器台数及容量选择
1.6.1 变压器台数选择
在变电站中, 用来向电力系统或用户输送功率的变压器, 称为主变压器。35~ 《 110KV 变电所设计规范》规定,主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条件综合考虑确定。 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。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。 主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 正确选择变压器的台数,对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。目 前一般的选择原则是:一般用户装设 1—2 台变压器;为了提高供电可靠性,对于 Ⅰ、Ⅱ级用户,可设置两台变压器,防止一台主变故障或检修时影响整个变电所 的供电,所以本所选用两台主变,互为备用,当一台变压器故障检修时由另一台 主变压器承担全部负荷的 75%,保证了正常供电。根据原始资料,本所主变压器 配置两台。

1.6.2 变压器容量确定
1、 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, 并适当考虑 到远期 10-20 年的负荷发展。 2、 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量。对于有重 要负荷的变电所,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计及过负荷 能力后的允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷供电,保证供电可靠性。 3、 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行 系列化、标准化。 4、 装有两台变压器的变电站, 采用暗备用方式, 当其中一台主变因事故断开, 另一台主变的容量应满足全部负荷的 70%, 考虑变压器的事故过负荷能力为 40%, 则可保证 80%负荷供电。

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综合以上分析,结合技术分析对比及经济可靠性分析对比,本所宜采用 SZ9-6300/35 型三相双绕组有载调压变压器,其容量以及技术参数如下: 主变容量: 型号: 阻抗电压: 联接组别: 台数:

S N = 6300KVA
三相双绕组有载调压降压变压器 7.0% Y/△-11 两台

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第2章 导线及电气设备选择
一、电气设备选择的一般原则 1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虑远景发展; 2、应按当地环境条件校核; 3、应力求技术先进和经济合理; 4、与整个工程的建设标准应协调一致; 5、同类设备应尽量减少品种; 6、选用的新产品均应具有可靠的试验数据,并经正式鉴定合格。在特殊情 况下,选用未经正式鉴定的新产品时,应经上级批准。 二、技术条件 选择的高压电器,应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保 持正常运行。 1、 长期工作条件 (1)电压 选用的电器允许最高工作电压 Umax 不得低于该回路的最高运行电压 Ug,即 Umax≥Ug (2)电流 选用电器额定电流 I N 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作 电流 Ig 即 I N≥Ig 由于变压器短路时过载能力很大,双回路出线的工作电流变化幅度也较大, 故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力,所以在选择其额定电流时,应满足各种可能 运行方式下回路持续工作电流的要求。 (3)机械负荷
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所选电器端子的允许荷载,应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用 力。电器机械荷载的安全系数,由制造部门在产品制造中统一考虑。 2、 短路稳定条件 (1)校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短 路电流一般取三相短路时的短路电流。若发电机出口的两相短路,或中性点直接 接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时,则应 按严重情况校验。 (2)短路的热稳定条件: It2t>Qdt Qdt—在计算时间 t 秒内,短路电流的热效应(kA2s) It—t 秒内设备允许通过的热稳定电流时间(s) tjs = 继电器保护装置后备保护动作时间(tb)+ 断路器全分闸时间(tdo) (3) 短路的动稳定条件: ich≤idf Ich≤Idf

ich—短路冲击电流峰值(kA) Ich—短路全电流有效值(kA) idf—电器允许的极限通过电流峰值(kA) Idf—电器允许的极限通过电流有效值(kA) 3、 绝缘水平 电器的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来 确定。当所选用电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时,应通过绝缘配合计 算选用适当的过电压保护设备。 三、环境条件 按《交流高压电器在长期工作时的发热》 (GB763-74)的规定,普通高压电器 在环境最高温度为+40 ?C 时,允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温 度高于+40 ?C (但不高于+60 ?C )时,每增高 1 ?C ,建议额定电流减少 1.8%;当

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低于+40 ?C 时,每降低 1 ?C ,建议额定电流增加 0.5%,但总的增加值不得超过额 定电流的 20%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30 ?C 时正常运行。在高 寒地区,应选择能适应环境温度为-40 ?C 的高寒电器。在年最高温度超过 40 ?C , 而长期处于低湿度的干热地区,应选用型号带“TA”字样的干热带型产品。 本次设计的变电所所在地区最高气温 ? max ? ?41? C ;最低气温 ? min ? ?12? C ; 年平均气温 ? avy ? ?16.4? C ;最热月平均最高温度 ? avm ? ?26? C 。对于屋外安装场 所的电器最高温度选择年最高温度,最低温度选择年最低温度,可见最高气温为 +41 ?C ,由规定知在选择电器设备时额定电流应减少 1.8%,最低温度为-12 ?C , 电器设备可正常运行。 四、环境保护 选用电器尚应注意电器对周围环境的影响。 1、电磁干扰: 频率大于 10kHz 的无线电干扰主要来自电器的电流电压突变和电晕放电。 35kV 不考虑。 2、噪音: 为了减少噪音对工作场所和附近居民区的影响所选高压电器在运行中或操作 时产生的噪音,在距电器 2 m 处不应大于下列水平: 连续性噪音水平: 非连续性噪音水平: 85 dB 屋内 90 dB 屋外 110 dB

五、35kV 侧断路器和隔离开关的选择 1、 根据 35kV 短路容量 MVA,短路电流 A, 主变压侧开关选择 LW8-35 六氟化硫 断路器,额定电流 1000A;额定开断电流 25KA;灭弧室额定气压 pcb 0.5Mpa。断 路器 CT6-XGI 弹簧操动机构:操作电源:直流 220V 5A。 2、隔离开关:根据 I1N=SN/√3U1N=6300/1.732X35=104A,应选择 GW5-35G 型隔离开关:额定电流 600A 。 六、10kV 侧断路器和隔离开关的选择 1、 10kV 侧断路器的选择: 10kV 短路容量 MVA,短路电流 A,1、 号主变 10kV 据 2 侧 开关和分段开关采用 ZN40-10/1000 型真空断路器,线路及电容器均采用
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ZN40-10/630 真空断路器 2、10kV 侧隔离开关的选择根据 I2N=SN/√3U2N=6300/1.732X10.5=346A,主 变 10kV 侧开关和分段采用 GN19-10C/1250 型屋内隔离开关,10kV 线路及电容器 采用 GN19-10C/630 型屋内隔离开关。 3、电容器的选择:根据无功补偿容量为主变容量的 20%-30%原则,每段 10kV 母线上装设两组 TBB11/√3-3000var 容量的补偿电容器装置, 电容器电流互 感器采用 LFZ-10 型 100/5 电流互感器。 4、10kv 成套配电装置的选择:GG-1A-07T、GG-1A-12、GG-1A-54 型柜

隔 离 开 关 等级

电压

型号

产品 UN(KV)
N

I (A) 6 30 KA)

Imax( ·S) 100

It(KA

35KV

GW4-2 5/630 GN8-1 0/400

40.5

10KV

断 路 器

设 备名称 35K V 断路 器 10K V 断路 器

型号及规 范 LW8-40.5/ 1600 ZN28-12/6 30

单位 台

数量 3

备注



6

其中无功 补偿1台

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第3章 继电保护规划设计
一、继电保护的配置 1、变压器的保护 ①配置原则 a.反映变压器内部故障的油面降低的瓦斯保护 b.相间短路保护 反映变压器绕组和引出线的相间短路的纵差保护或速断保护,对其中性点直 接接地侧绕组和引出线的接地短路,以及绕组间适中中能起保护作用,如果变压 器的纵差动保护对单相接地适中的灵敏性不符合要求,可增设零序差动保护。 c.后备保护 d.中性点直接接地电网中,降压变电所的变压器两侧应装设零序电流保护,作 为变压器主保护的后备保护,并作为相邻元件的后备保护。 e.过负荷保护 ②武黄变电所主变保护配置 主保护:纵联差动保护,重瓦斯保护,轻瓦斯保护。 后备保护:复合电压闭锁过流保护,过负荷保护。 2、母线保护 ①配置原则 a.35-60KV 电力网中,主要变电所的 35-60KV 双母线或分段单母线需快速而有 选择地切除一段或一组母线上故障,以保证系统安全稳定运行和可靠供电。 b.对于双母线并联运行的发电厂或变电所,当线路保护在某些情况下,可能失 去选择时,母线保护应保证先跳开母联断路器,但不能影响系统稳定运行。 c.对 3-10KV 分段母线, 宜采用不完全电流差动式母线保护, 保护仅接入有电源 支路的电流,保护由两段组成:其第一段采用无时限或带时限的电流速断保护, 当灵敏系数不符合要求时,可采用电流闭锁,电压速断保护,第二段采用过电流 保护, 当灵敏系数不符合要求时, 可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路, 以降低保护的起动电流。 ②武黄变电所母线保护配置 a.10KV 母线分段断路器第一段采用带时限的电流速断保护, 第二段采用过电流 保护。 b.60KV 母线采用不完全电流差动式母线保护,分段断路器设置过电流保护。
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3、线路保护 ①配置原则 a.单侧电源线路,可装设一段或两段式电流电压速断保护和过电流保护。 b.复杂网络的单回线路,可装设一段或两段式电流,电压速断保护和过电流保 护,必要时,保护应具有方向性宜采用距离保护。电缆及架空短线路,如采用电 流电压保护不满足选择性、灵敏性和速动性要求时,宜采用导引线或光纤通道等 纵联保护作为全保护,以带方向或不带方向的电流保护作为后备保护。 ②武黄变电所线路保护配置 a.10KV 线路采用两段式电流速断保护。 b.60KV 线路采用两段式电流速断保护和过电流保护。 4、电力电容器的保护 ①配置原则: 对 3KV 及以上的并联补偿电容器组的下列故障及异常运行方式应按规定装 设相应的保护。 a.电容器组和断路器之间连接线短路。 b.电容器内部故障及其引出线短路 c.电容器组中,某一故障电容器切除后所引起的过电压 d.电容器组的单相接地故障 e.电容器组过电压 f.所联接的母线失压 ②武黄变电所电力电容器保护配置 限时速断过电流,过电压和低压保护,零序保护。 二、自动装置的配置 1、配置原则 ①3KV 及以上的架空线路和电缆与架空混合线路,在具有断路器的条件下,如用 电设备允许且无备用电源自动投入时,应装设自动重合闸装置。 ②低压侧不带电源的降压变压器,可装设自动重合闸。 2、武黄变电所自动装置配置 ①10KV 线路因是全线电缆线路不设自动重合闸装置。 ②60KV 线路配置三相一次自动重合闸装置。 ③主变压器配置三相一次自动重合闸与复合电压闭锁保护。

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第4章 防雷保护设计
一、变电所防雷概述 雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害, 因此,在变电所和高压输电线路中,必须采取有效的防雷措施,以保证电器设备 的安全。运行经验表明,当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的,但是雷电 参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性,故防雷措施也是相对的,而不是绝 对的。 变电所的雷电危害主要来自两个方面:一个是直接雷击变电所的建筑物、构 筑物或装设在露天的设备,强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时,引起机 械力破坏和热破坏;另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所 内,使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏,变电所一般 采用安装避雷针或者避雷线保护,对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护, 主要靠在变电所内合理地配置避雷器。 二、 避雷针的选择 防直击雷最常用的措施是装设避雷针,它是由金属制成,比被保护设备高并 具有良好的接地装置,其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中,从而保护 了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。 避雷针的设计一般有以下几种类型: 1、单支避雷针的保护; 2、两针避雷针的保护; 3、多支避雷针的保护。 三、避雷器的选择 目前在新建或技术改造的变电所中,一般都选用氧化锌避雷器,作为电力变 压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避 雷器与阀型避雷器相比,具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅

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速等优点。 1 、35kV 侧避雷器的选择 ( 1 ) 按 额 定 电 压 选 择 35kV 系 统 最 高 电 压 40.5kV , 相 对 地 电 压 为 40.5/ 3 =23.4kV,避雷器相对地电压为 1.25U=1.25 ? 40.5=50.6kV,取避雷器额 定电压为 53kV。 (2)按持续运行电压选择 35kV 系统相电压 23.4kV,选择氧化锌避雷器持续 运行电压 40.5kV,此值大于 23.4kV。 (3)标称放电电流的选择 35kV 氧化锌避雷器标称放电电流选择 5A。 (4) 雷电冲击残压的选择 35kV 额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为 185kV, 内绝缘耐受电压为 200kV,计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为 BIL 200 U ble ? ? ? 143KV Kc 1.4 选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压(峰值)为 134kV。 (5) 校核陡坡冲击电流下的残压 35kV 变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击 耐受电压为 220kV,计算陡坡冲击电流下的残压为 BIL' 220 ' U ble ? ? ? 157KV Kc 1.4 选择陡坡冲击电流下残压(峰值)为 154kV。 (6)操作冲击电流下的残压 35kV 变压器线端操作波试验电压为 170kV,计 算变压器 35kV 侧操作冲击电流下的残压为 SIL 170 Us ? ? ? 148KV K c 1.15 选择操作冲击电流下峰值残压为 114kV。 (7) 根据上述计算和校核,选择 Y5WZ—53/134 型氧化锌避雷器能满足 35kV 侧变压器的过电压保护要求。 2、 10kV 侧避雷器的选择 具体计算过程与上类似,选用 Y5WS5—17/50L 型氧化锌避雷器。

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表 7.2 Y5WS5—17/50L 型氧化锌避雷器计算结果表 计算结果 额定电压 (kV) 持续运行电 压(kV) 雷电冲击残 压 U ble (kV) 1.38 ? 11.5=15.87 Y5WS5—17/50L 额定电压 (kV) 持续运行电 压(kV) 雷电冲击电 53 流下残压峰值 (kV) 陡坡冲击电 60.7 流下残压峰值 (kV) 操作冲击电 52.17 流下残压峰值 (kV) 10kV 氧化锌避雷器标称放电电流为 5kA 42.5 57.5 50 17

11.5/ 3 =6.6

8.6

陡坡冲击残
' 压 U ble (kV)

操作冲击残 压 U s (kV)

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第5章 课程设计总结
在丁师傅的指导下,经过近为期两个月的努力 35KV 企业变电所电气部分初步 设计终于完成了, 在此我对师傅给予我们的帮助表示衷心的感谢,并且感谢曾给予 我帮助的同事。 在课程设计过程中,老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议, 对我的辅导耐心认真,并给我们提供了大量有关资料和文献,使我的这次设计能 顺利完成。 通过这次课程设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识 得到了进一步的巩固.

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参考文献

1) 黄纯华 2)苏文成 3)戈东方 4)姚锡禄 5)翁双安 6)雍 静 7)余健明 8)姚锡禄 9)翁双安 10)雍 静 11)余健明 12)毛锦庆 13)许建安 14)何仰赞

工厂供电 工厂供电

天津大学出版社 机械工业出版社

2001.6 1981 1999

电力工程电气设计手册 工厂供电 供电工程 供配电系统 供电技术 工厂供电 供电工程 供配电系统 供电技术

水利电力出版社 2003.6 2004.6 2004.9

电子工业出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 电子工业出版社 机械工业出版社 机械工业出版社

2004.72003.4 2003.6 2004.6 2004.9 2004.72003.4 国电力出版社 1999 2001 2002

机械工业出版社

电力系统继电保护实用技术问答 电力系统微机继电保护 电力系统分析

中国水利水电出版社 华中科技大学出版社

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某企业35kV变电所电气设计(一次部分) 本科毕业设计论文.doc
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