CN108599095B - 一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置 - Google Patents
一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其包含主机和从机；主机包含有DSP插件和通信插件，从机包含有DSP插件、交流插件、开入插件以及开出插件；主机中的通信插件与从机通讯连接；主机中的DSP插件通过通信插件将跳合闸命令输送至从机；从机中的交流插件用于采集信号并进行处理后上传至从机的DSP插件；开入插件采集母联开关和变中开关的开关量信号并上传至从机的DSP插件；从机的DSP插件将电流数字信号、电压数字信号和开关量信号上传至主机；开出插件用于将跳合闸命令输送至母联开关和变中开关。本发明可以降低电网生产投资成本及减少装置在运维过程中的工作量，优化变电站内主变备自投和母联备自投的二次回路资源的利用。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置。
背景技术
随着经济与社会的发展，电网安全稳定运行及用户供电可靠性要求越来越高，因此安自装置(即安全自动装置)在变电站中的应用也越来越广。特别是在大型城市电网中,由于电气距离较短，短路电流超标，500kV变电站的220kV母线采取特殊运行方式以控制短路电流，例如分裂运行或者主变停备等措施来限制短路电流，目前500kV变电站的220kV母线按照传统的模式进行备自投装置配置，仅配置一套母联备自投装置。目前一般都不具备主变备自投功能。无法应对主变停备的特殊运行方式。
为此部分地方采取加装一套主变备自投装置的解决措施，此时变电站将有两台备自投装置。而同一个变电站内主变备自投装置与220kV母联备自投装置在硬件及外部二次回路上存在很多相同需求，因此在装置硬件、电缆、施工、运维等成本中，出现了不必要的重复投资。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，降低电网生产投资成本及减少装置在运维过程中的工作量，优化变电站内主变备自投和母联备自投的二次回路资源的利用。
本发明提供的一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，包含有主机和从机；其中，所述主机包含有DSP插件和通信插件，所述从机包含有DSP插件、交流插件、开入插件以及开出插件；
所述主机中的通信插件，用于与所述从机建立通讯连接关系，实现所述主机与所述从机之间的信息交互；
所述主机中的DSP插件，用于通过所述通信插件接收来自所述从机的采样信号，将获取的采样信号进行解码后，得到解码信号，并根据所述解码信号得到对应的跳合闸命令，还通过所述通信插件将所述跳合闸命令输送至所述从机；所述采样信号包括变电站母线上母联开关的电流数字信号和开关量信号，变电站母线上主变变中开关的电流数字信号和开关量信号，以及变电站母线的电压数字信号；
所述从机中的交流插件，用于采集所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号，并将采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号进行滤波处理后再分别对应转化为电流数字信号和电压数字信号，且将所述电流数字信号和所述电压数字信号上传至所述从机中的DSP插件；
所述开入插件，用于采集所述母联开关和所述主变变中开关的开关量信号，并将所述开关量信号上传至所述从机中的DSP插件；
所述从机中的DSP插件，用于将所述电流数字信号、所述电压数字信号和所述开关量信号上传至所述主机；
所述从机的开出插件用于将所述跳合闸命令输送至所述母联开关和所述主变变中开关，控制所述母联开关和所述主变变中开关跳闸或者合闸，以实现母联备自投模式和主变备自投模式的切换。
优选地，所述主机包含有三个通信插件；
其中，所述主机的第一通信插件，用于实现所述主机与所述从机之间的信息交互；
所述主机的第二通信插件，用于实现其所在的安自装置与其他的安自装置之间的信息交互；
所述主机的第三通信插件，用于实现所述安自装置与后台监控系统、打印机以及对时系统之间的信息交互。
优选地，所述第一通信插件通过光纤收发器与所述从机的DSP芯片之间进行信息交互；
所述第二通信插件通过光纤收发器以及通信网络与其他安自装置进行站间通信；
所述第三通信插件通过以太网控制器与后台监控系统进行信息交互。
优选地，所述从机包含有两个DSP插件；
其中，所述从机的第一DSP插件和第二DSP插件均用于接收来自所述交流插件的电流数字信号和电压数字信号，并根据所述电流数字信号和所述电压数字信号计算所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，所述第二DSP插件将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件，所述第一DSP插件根据自身计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及所述第二DSP插件计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将所述电流数字信号和所述电压数字信号上传至所述主机。
优选地，所述从机中的第一DSP插件和第二DSP插件均包含有：串口端子、运算放大器芯片以及DSP芯片，且所述从机中的第一DSP插件还包含有光纤收发器；
在所述从机的第一DSP插件以及第二DSP插件中，运算放大器芯片均通过串口端子接收来自所述交流插件的电流数字信号和电压数字信号，并将所述电流数字信号和所述电压数字信号进行放大处理后输送至DSP芯片，所述DSP芯片根据放大处理后的电流数字信号和电压数字信号，计算所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，且所述第二DSP插件中的DSP芯片还将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件的DSP芯片中，所述第一DSP插件的DSP芯片根据自身计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及所述第二DSP插件的DSP芯片计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将所述电流数字信号和所述电压数字信号通过所述第一DSP插件的光纤收发器上传至所述主机。
优选地，所述开出插件包含有光耦元件以及与所述光耦元件通讯连接的出口继电器；
所述从机的第一DSP插件还接收来自所述主机的跳合闸命令，并将所述跳合闸命令输送至所述开出插件；
所述第二DSP插件还用于在将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件时，开放所述出口继电器的正电源。
优选地，所述从机中的交流插件包含有电压互感器以及与所述电压互感器电性连接的用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换芯片。
优选地，所述主机和所述从机中还均包含有背板总线；
所述主机中的通信插件以及DSP插件均与所述主机中的背板总线通讯连接；
所述从机中的交流插件、DSP插件、开入插件以及开出插件均与所述从机中的背板总线通讯连接。
优选地，所述主机还包含有人机接口插件，所述人机接口插件用于将接收的用户指令输送至所述主机中的DSP插件，所述主机中的DSP插件根据所述用户指令和所述解码信号，得到对应的跳合闸命令。
优选地，所述母联开关为500KV变电站的220KV母线上的开关，所述主变变中开关为500KV变电站的主变变中开关。
实施本发明，具有如下有益效果：通过从机采集变电站的母联开关和主变变中开关的电流模拟信号，并将母联开关和主变变中开关的电流模拟信号转换为电流数字信号上传至主机，从机还采集变电站母线的电压模拟信号，并将电压模拟信号转换为电压数字信号上传至主机，从机还采集母联开关和主变变中开关的开关量信号上传至主机，主机根据电压数字信号、电流数字信号以及开关量信号，给从机下传跳合闸命令，从机将跳合闸命令输送至母联开关和主变变中开关，实现主变备自投和母联备自投模式的切换。本发明通过一个从机可以同时控制母联开关和主变变中开关的备自投模式的切换，也即是母联备自投和主变备自投可以共用一个二次回路，这样就不需要给母联备自投和主变备自投均分别配置一个二次回路，对母联开关和主变变中开关进行控制。因此，本发明可以降低电网生产投资成本及减少装置在运维过程中的工作量，优化变电站内主变备自投和母联备自投的二次回路资源的利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置的原理框图。
具体实施方式
本发明提供一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置(即安全自动装置)，如图1所示，该安自装置包含有主机1和从机2。
其中，主机1包含有DSP(数字信号处理器)插件11和通信插件(即COM插件)12、13、14，从机2包含有DSP插件22、23、交流插件21、开入插件24以及开出插件25。主机1中还包含有电源插件17，通过电源插件17给主机供电；从机中还包含有电源插件27，通过电源插件27给从机供电。
主机1中的通信插件用于与从机2建立通讯连接关系，实现主机1与从机2之间的信息交互。
主机1还包含有背板总线(即HTM总线)；16，从机2还均包含有背板总线26主机1中的通信插件以及DSP插件均与主机1中的背板总线16通讯连接；从机2中的交流插件21、DSP插件22、23、开入插件24以及开出插件25均与从机2中的背板总线26通讯连接。
主机1中的DSP插件用于通过通信插件接收来自从机2的采样信号，将获取的采样信号进行解码后，得到解码信号，并根据解码信号按照预设的母联备自投与主联备自投的切换逻辑得到对应的跳合闸命令，还通过通信插件将跳合闸命令输送至从机2；采样信号包括变电站母线上母联开关的电流数字信号和开关量信号，变电站母线上主变变中开关的电流数字信号和开关量信号，以及变电站母线的电压数字信号。
从机2中的交流插件21用于采集母联开关和主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号，并将采集的母联开关和主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号进行滤波处理后再分别对应转化为电流数字信号和电压数字信号，且将电流数字信号和电压数字信号上传至从机2中的DSP插件。
开入插件24用于采集母联开关和主变变中开关的开关量信号，并将开关量信号上传至从机2中的DSP插件。
从机2中的DSP插件用于将电流数字信号、电压数字信号和开关量信号上传至主机1。
从机2的开出插件25用于将跳合闸命令输送至母联开关和主变变中开关，控制母联开关和主变变中开关跳闸或者合闸，以实现母联备自投模式和主变备自投模式的切换。
上述的主机1包含有三个通信插件12、13、14；其中，主机1的第一通信插件12用于实现主机1与从机2之间的信息交互；主机1的第二通信插件13用于实现其所在的安自装置与其他的安自装置之间的信息交互；主机1的第三通信插件14用于实现安自装置与后台监控系统3、打印机4以及对时系统5之间的信息交互。
更具体的，第一通信插件12和第二通信插件13包含有光纤收发器、现场可编程门阵列芯片FPGA和DSP芯片，第三通信插件14包含有现场可编程门阵列芯片FPGA和以太网控制器。
第一通信插件12通过光纤收发器与从机2的DSP芯片之间进行信息交互。第一通信插件12可以提供两个通道接口，通过光纤与每台从机2的DSP插件进行通信，完成主机1与从机2之间的信息交互。第一通信插件12通过背板总线16将来自从机2的电流数字信号和开关量信号送至主机1中的DSP插件，以及将来自主机1的DSP插件的跳合闸命令发送至从机2。
第二通信插件13通过光纤收发器以及通信网络6与其他安自装置进行站间通信。第二通信插件13也可以提供两个通道接口，通过光纤接入通信网络6与其他安自装置通信，完成与其他安自装置之间的信息交互。
第三通信插件14通过以太网控制器与后台监控系统3进行信息交互。第三通信插件14完成后台信息的上送，动作、告警报文等信息的打印，以及装置时间的校正。第三通信插件14接收秒脉冲或者B码对时信号，并将所接收的信号通过背板总线16输送至主机1的DSP插件的DSP芯片中；第三通信插件14还可以通过RS-485通讯口连接到液晶，后台监控系统3通过网线接入第三通信插件14的以太网控制器，以太网控制器将来自DSP插件的信息进行解析，并将解析的报文送至后台监控系统3。
上述的从机2包含有两个DSP插件；每个从机2中可以设置3个交流插件21，3个开入插件24以及3个开出插件25。
其中，从机2的第一DSP插件22和第二DSP插件23均用于接收来自交流插件21的电流数字信号和电压数字信号，并根据电流数字信号和电压数字信号计算母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，第二DSP插件23将计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至第一DSP插件22，第一DSP插件22根据自身计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及第二DSP插件23计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的母联开关和主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将电流数字信号和电压数字信号上传至主机1。当采集的母联开关和主变变中开关的电流模拟信号出现异常，则发出警报。
从机2中的第一DSP插件22和第二DSP插件23均包含有：串口端子、运算放大器芯片以及DSP芯片，且从机2中的第一DSP插件22还包含有光纤收发器。
在从机2的第一DSP插件22以及第二DSP插件23中，运算放大器芯片均通过串口端子接收来自交流插件21的电流数字信号和电压数字信号，并将电流数字信号和电压数字信号进行放大处理后输送至DSP芯片，DSP芯片根据放大处理后的电流数字信号和电压数字信号，计算母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，且第二DSP插件23中的DSP芯片还将计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至第一DSP插件22的DSP芯片中，第一DSP插件22的DSP芯片根据自身计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及第二DSP插件23的DSP芯片计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的母联开关和主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将电流数字信号和电压数字信号通过第一DSP插件22的光纤收发器上传至主机1。
主机1的DSP插件包含有现场可编程门阵列芯片FPGA以及DSP芯片，在主机1的DSP插件中，FPGA将来自从机2的采样信号进行解码，得到解码信号，并通过背板总线16将解码信号输送至DSP芯片，由DSP芯片将解码信号按照预设的母联备自投与主联备自投的切换逻辑进行处理，得到跳合闸命令。
开出插件25包含有光耦元件以及与光耦元件通讯连接的出口继电器。
从机2的第一DSP插件22还接收来自主机1的跳合闸命令，并将跳合闸命令输送至开出插件25。
第二DSP插件23还用于在将计算得到的母联开关和主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至第一DSP插件22时，开放出口继电器的正电源。
从机2中的交流插件21包含有电压互感器以及与电压互感器电性连接的用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换芯片。
主机1还包含有人机接口插件15，人机接口插件15用于将接收的用户指令输送至主机1中的DSP插件，主机1中的DSP插件根据用户指令和解码信号，得到对应的跳合闸命令。
上述的母联开关为500KV变电站的220KV母线上的开关，主变变中开关为500KV变电站的主变变中开关。需要说明的是，500KV变电站的输入电电压为500KV，输出端电压有3种，分别是35KV、220KV和500KV，这里主变变中开关是将500KV变电站的输出端连接到220KV的母线上，使得500KV变电站的输出电压为220KV。
本发明的安自装置中的从机2可以是两台或者多台，两台从机2可以分别负责不同的母联开关和主变变中开关的电流模拟量和母线电压量的采集，以及不同的母联开关和主变变中开关的开关量信号(也即是开关位置信息)的采集，执行控制策略出口命令等功能。
通过一个功能切换压板，可以自由切换母联备自投模式或主变备自投模式。该装置的母联备自投的功能与常规备自投类似，增加的主变备自投功能的判据为：
1、前提条件：主变变高运行，为控制220kV母线短路电流，主变变中开关热备用。
2、装置判断有500kV主变是否跳闸。为防止无功同时通过检测运行主变的变中开关的电流变为0，主变变中开关位置变为分位，装置具备启动条件。
3、然后判断是否有220kV母差动作闭锁信号。
4、如果没有220kV母差动作闭锁信号，经过一定延时，合上备用主变的变中开关，以实现主变备自投功能。
该主变功能在降低短路电流的同时解决了主变N-2故障的电压稳定问题。
本发明提出一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，利用设备集成技术将母联备自投功能与主变备自投功能集成在一套装置中，降低电网生产投资成本及减少装置在运维过程中的工作量，优化变电站内二次回路资源的利用，对提高电网精益化管理水平具有重要意义，而且还可以提高500kV变电站的220kV母线供电可靠性，以解决主变N-2故障的电压稳定问题。
本发明适用于绝大多数500kV变电站的220kV母线；支持任意母线接线方式和运行方式；例如，可接入4台主变，4个220kV母联或分段开关。可以很好的解决500KV站内部分间隔CT(电流互感器)绕组、开关位置接点等二次回路资源不足的问题，减少装置、二次电缆投资成本，减少施工及运维工作量。通过压板，可以自由切换母联备自投模式或主变备自投模式。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，包含有主机和从机；其中，所述主机包含有DSP插件和通信插件，所述从机包含有DSP插件、交流插件、开入插件以及开出插件；
所述主机中的通信插件，用于与所述从机建立通讯连接关系，实现所述主机与所述从机之间的信息交互；
所述主机中的DSP插件，用于通过所述通信插件接收来自所述从机的采样信号，将获取的采样信号进行解码后，得到解码信号，并根据所述解码信号得到对应的跳合闸命令，还通过所述通信插件将所述跳合闸命令输送至所述从机；所述采样信号包括变电站母线上母联开关的电流数字信号和开关量信号，变电站母线上主变变中开关的电流数字信号和开关量信号，以及变电站母线的电压数字信号；
所述从机中的交流插件，用于采集所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号，并将采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号进行滤波处理后再分别对应转化为电流数字信号和电压数字信号，且将所述电流数字信号和所述电压数字信号上传至所述从机中的DSP插件；
所述开入插件，用于采集所述母联开关和所述主变变中开关的开关量信号，并将所述开关量信号上传至所述从机中的DSP插件；
所述从机中的DSP插件，用于将所述电流数字信号、所述电压数字信号和所述开关量信号上传至所述主机；
所述从机的开出插件用于将所述跳合闸命令输送至所述母联开关和所述主变变中开关，控制所述母联开关和所述主变变中开关跳闸或者合闸，以实现母联备自投模式和主变备自投模式的切换；
其中，所述从机中的交流插件包含有电压互感器以及与所述电压互感器电性连接的用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换芯片；
所述主机还包含有人机接口插件，所述人机接口插件用于将接收的用户指令输送至所述主机中的DSP插件，所述主机中的DSP插件根据所述用户指令和所述解码信号，得到对应的跳合闸命令。
2.根据权利要求1所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，所述主机包含有三个通信插件；
其中，所述主机的第一通信插件，用于实现所述主机与所述从机之间的信息交互；
所述主机的第二通信插件，用于实现其所在的安自装置与其他的安自装置之间的信息交互；
所述主机的第三通信插件，用于实现所述安自装置与后台监控系统、打印机以及对时系统之间的信息交互。
3.根据权利要求2所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，
所述第一通信插件通过光纤收发器与所述从机的DSP芯片之间进行信息交互；
所述第二通信插件通过光纤收发器以及通信网络与其他安自装置进行站间通信；
所述第三通信插件通过以太网控制器与后台监控系统进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，所述从机包含有两个DSP插件；
其中，所述从机的第一DSP插件和第二DSP插件均用于接收来自所述交流插件的电流数字信号和电压数字信号，并根据所述电流数字信号和所述电压数字信号计算所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，所述第二DSP插件将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件，所述第一DSP插件根据自身计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及所述第二DSP插件计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将所述电流数字信号和所述电压数字信号上传至所述主机。
5.根据权利要求4所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，所述从机中的第一DSP插件和第二DSP插件均包含有：串口端子、运算放大器芯片以及DSP芯片，且所述从机中的第一DSP插件还包含有光纤收发器；
在所述从机的第一DSP插件以及第二DSP插件中，运算放大器芯片均通过串口端子接收来自所述交流插件的电流数字信号和电压数字信号，并将所述电流数字信号和所述电压数字信号进行放大处理后输送至DSP芯片，所述DSP芯片根据放大处理后的电流数字信号和电压数字信号，计算所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，且所述第二DSP插件中的DSP芯片还将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件的DSP芯片中，所述第一DSP插件的DSP芯片根据自身计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，以及所述第二DSP插件的DSP芯片计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值，判断采集的所述母联开关和所述主变变中开关的电流模拟信号，以及变电站母线的电压模拟信号是否异常，若否，则将所述电流数字信号和所述电压数字信号通过所述第一DSP插件的光纤收发器上传至所述主机。
6.根据权利要求4所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，
所述开出插件包含有光耦元件以及与所述光耦元件通讯连接的出口继电器；
所述从机的第一DSP插件还接收来自所述主机的跳合闸命令，并将所述跳合闸命令输送至所述开出插件；
所述第二DSP插件还用于在将计算得到的所述母联开关和所述主变变中开关的电流值以及变电站的母线电压值输送至所述第一DSP插件时，开放所述出口继电器的正电源。
7.根据权利要求1所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，所述主机和所述从机中还均包含有背板总线；
所述主机中的通信插件以及DSP插件均与所述主机中的背板总线通讯连接；
所述从机中的交流插件、DSP插件、开入插件以及开出插件均与所述从机中的背板总线通讯连接。
8.根据权利要求1所述的集成母联备自投与主变备自投功能的安自装置，其特征在于，所述母联开关为500KV变电站的220KV母线上的开关，所述主变变中开关为500KV变电站的主变变中开关。
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