CN109713641A - 一种发电机定子接地保护系统及参数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发电机定子接地保护系统及参数测量方法,利用现有发电机定子接地保护系统的电流、电压测量功能,对接地变压器的漏阻抗等效电路和励磁阻抗等效电路的参数求解进行了多次迭代,最终得到接地变压器的漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值。本发明实现的门槛较低,不会对原有的保护平台提出更高的要求,可以在原有的保护装置平台上实现,并且不需要额外增加设备,利用保护装置自动测试20Hz定子接地保护所需的一次设备系统参数。本发明实现的原理简单,能精确地实时测量20Hz定子接地保护所需的一次设备系统参数,得出精确的系统参数,具有推广价值。
Description
技术领域
本发明属于电力系统的发电机继电保护领域,具体涉及一种发电机定子接地保护系统及参数测量方法。
背景技术
发电机定子接地是现有电力系统中发电机的常规故障,零序电压和三次谐波双频式定子接地保护虽然能反应发电机定子接地故障,但是双频式定子接地保护精度与发电机定子接地故障位置以及接地电阻有关,不同的接地位置和接地电阻可能有相同的电气量,不能直接测量发电机接地电阻,不能直观的反映发电机定子接地故障。外加20Hz定子接地保护直接通过测量20Hz电流电压,直接计算出发电机对地电阻,且不受接地故障位置影响,已广泛应用于大型发电机继电保护。
20Hz电源通过接地变压器二次回路注入到发电机一次系统中,20Hz接地保护接线如图1所示,20Hz定子接地保护的测量精度依赖于20Hz电路模型中的各元器件参数,主要有接地变压器的励磁阻抗、接地变压器的漏阻抗、发电机的对地阻抗,这些系统参数一般由发电机变压器厂家在厂内通过实验得到,测量方法复杂,精度不高,且都在工频电压下实验得出,在20Hz回路中存在很大误差,不能反映实际现场回路模型。
现有技术中,还存在通过手动建立电路模型参数的等效电路,手动计算接地变压器的漏阻抗、励磁阻抗的方法,例如,一篇名称为《外加交流20Hz电源发电机定子单相接地保护》(网址为http://www.docin.com/p-579181717.html)的文章公开了一种手动计算接地变压器的漏阻抗、励磁阻抗的方法,如图2所示的变压器的T形等效电路图,包括有漏阻抗和励磁阻抗,通过空载试验和短路试验手动计算上述参数,该方法计算漏阻抗时忽略了励磁阻抗的影响,计算励磁阻抗时忽略了漏阻抗的影响,因此得出的漏阻抗、励磁阻抗的计算精度很低,也不能反映实际现场的回路模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电机定子接地保护系统及参数测量方法,用于解决现有技术不能自动测量发电机定子接地保护系统的参数,只能进行手动参数计算变压器的漏阻抗、励磁阻抗精度低的问题。
为解决上述技术问题,本发明提出一种发电机定子接地保护系统参数测量方法,包括以下方法方案:
方法方案一,包括以下步骤:
1)利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,所述接地变压器漏阻抗等效电路忽略励磁阻抗;
2)根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值;
3)根据所述励磁阻抗初始值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗,得到漏阻抗的第一次迭代值;根据该第一次迭代值,计算所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁阻抗的第一次迭代值;
再根据励磁阻抗的第一次迭代值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;并进行下一次的迭代值计算,经过设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值;
4)根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗。
方法方案二,在方法方案一的基础上,所述利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,包括:
根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据,并对漏阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值。
方法方案三,在方法方案一的基础上,所述根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值,包括:
根据所述漏阻抗初始值,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到励磁阻抗数据,并对励磁阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值。
方法方案四、五、六,分别在方法方案一、二、三的基础上,在步骤3)的每次迭代过程中,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据和励磁阻抗数据,并对漏阻抗数据和励磁阻抗数据分别进行概率值评价,得到漏阻抗和励磁阻抗的每一次迭代值。
方法方案七,在方法方案一的基础上,所述根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗,包括:
根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,利用所述发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到发电机定子绕组对地阻抗数据,并对所述对地阻抗数据进行概率值评价,得到最终的发电机定子绕组对地阻抗。
方法方案八,在方法方案一的基础上,当发电机定子绕组对地阻抗的计算值小于设定的整定值时,判定发电机发生定子接地故障,发电机定子接地保护系统启动相应保护。
为解决上述技术问题,本发明还提出一种发电机定子接地保护系统,包括以下系统方案:
系统方案一,包括处理器,所述处理器用于执行指令以实现以下方法:
1)利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,所述接地变压器漏阻抗等效电路忽略励磁阻抗;
2)根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值;
3)根据所述励磁阻抗初始值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗,得到漏阻抗的第一次迭代值;根据该第一次迭代值,计算所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁阻抗的第一次迭代值;
再根据励磁阻抗的第一次迭代值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;并进行下一次的迭代值计算,经过设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值;
4)根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗。
系统方案二,在系统方案一的基础上,所述利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,包括:
根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据,并对漏阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值。
系统方案三,在系统方案一的基础上,所述根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值,包括:
根据所述漏阻抗初始值,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到励磁阻抗数据,并对励磁阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值。
系统方案四、五、六,分别在系统方案一、二、三的基础上,在步骤3)的每次迭代过程中,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据和励磁阻抗数据,并对漏阻抗数据和励磁阻抗数据分别进行概率值评价,得到漏阻抗和励磁阻抗的每一次迭代值。
系统方案七,在系统方案一的基础上,所述根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗,包括:
根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,利用所述发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到发电机定子绕组对地阻抗数据,并对所述对地阻抗数据进行概率值评价,得到最终的发电机定子绕组对地阻抗。
系统方案八,在系统方案一的基础上,当发电机定子绕组对地阻抗的计算值小于设定的整定值时,判定发电机发生定子接地故障,发电机定子接地保护系统启动相应保护。
本发明的有益效果是:
利用现有发电机定子接地保护系统的电流、电压测量功能,对接地变压器的漏阻抗等效电路和励磁阻抗等效电路的参数求解进行了多次迭代,最终得到接地变压器的漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值。本发明实现的门槛较低,不会对原有的保护平台提出更高的要求,可以在原有的保护装置平台上实现,并且不需要额外增加设备,利用保护装置自动测试20Hz定子接地保护所需的一次设备系统参数。本发明实现方法简单、可靠,又能精确地实时测量20Hz定子接地保护所需的一次设备系统参数,得出精确的系统参数,具有推广价值。
本发明在现场实时计算系统参数并且对多次计算结果进行90%评价,剔除可能出现的异常数据,保证了系统参数的高精确度。
附图说明
图1是现有技术中20Hz定子接地保护接线示意图;
图2是现有技术中变压器T形等效电路图;
图3是本发明测量接地变压器漏阻抗等效电路图;
图4是本发明测量接地变压器励磁阻抗等效电路图;
图5是本发明迭代计算时的等效电路图;
图6是本发明测量发电机对地阻抗等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的一种发电机定子接地保护系统参数测量方法的实施例:
如图1所示的发电机定子接地保护系统,包括:保护装置、20Hz电源装置、20Hz带通滤波器等设备。该系统的接地变压器漏阻抗等效电路如图3所示,Rk和Xk分为漏阻和漏抗,Rm和Xm分别为励磁电阻和励磁电抗,Rc和Xc分别为发电机对地电阻和对地电抗,Rn为保护装置的测量内阻,DL1为接地变压器一次绕组短接开关,DL2为发电机中性点刀闸。
图3示出了本发明实施例中测量接地变压器漏阻抗等效电路图,如图所示,在发电机中性点刀闸DL2断开,接地变压器一次绕组短接(DL1闭合)时,由于变压器励磁阻抗Rm和Xm远大于漏阻抗Rk和Xk,励磁回路近似于开路,忽略励磁阻抗的影响,图3中的T型网络(图3中(Rk/2、jXk/2)、(Rk/2、jXk/2)、(Rm、jXm)组成的结构)近似为Γ型网络(即忽略了图3中(Rm、jXm)左侧回路、剩下右侧回路),通过保护装置测量到的20Hz电压和20Hz电流,计算出接地变压器的漏电阻初始值Rk1和漏电抗初始值Xk1,计算式如下:
式中,为保护装置测量到的20Hz电压的向量值,为保护装置测量到的20Hz电流的向量值,real为求实部计算,imaginary为求虚部计算。
由于保护装置实时监测电压和电流,每监测一组电压和电流数据,都能求得一个漏电阻初始值和漏电抗初始值,20Hz定子接地保护装置测量得到的20Hz电压和20Hz电流,其中,电压一般在1-2V,电流在10mA左右,这对于保护装置来说精度要求非常高,现场外围任何一丁点变化都会影响测量值,所以,在具体实施时,监测过程中的电压和电流不是稳定不变,是波动的,对20Hz定子接地保护会有一定的不利影响,产生电压和电流异常值,使漏电阻初始值和漏电抗初始值出现误差,如果仅求取某一时刻求得的漏电阻初始值和漏电抗初始值,可能会因为使用了电压或电流异常值而导致参数测量不准确。
因此,本发明实施例为了去除电压或电流异常值的影响,使漏电阻初始值和漏电抗初始值更接近真实值,采用了概率值评价的方法,利用保护装置将多组漏电阻初始值和多组漏电抗初始值分别经过90%概率值评价,剔除5%大数和5%小数后,最终得到确定的漏电阻初始值和漏电抗初始值。
得到漏电阻初始值和漏电抗初始值后,解除接地变压器一次绕组的短接回路,DL1断开,接地变压器励磁阻抗等效电路如图4所示,将得到的漏电阻初始值和漏电抗初始值输入保护装置中,接地变压器按照图4所示的T型网络,计算接地变压器的励磁电阻初始值Rm1和励磁电抗初始值Xm1,计算式如下:
然后仍然根据保护装置实时监测的电压和电流,并避免电压和电流异常值的影响,分别对多组励磁电阻数据和励磁电抗数据进行90%概率值评价,剔除5%大数和5%小数后,得到最终的励磁电阻初始值和励磁电抗初始值。
然后对求得的接地变压器的参数值进行第一次迭代计算,得到漏电阻的第一次迭代值、漏电抗的第一次迭代值、励磁电阻的第一次迭代值、励磁电抗的第一次迭代值。
其中,求漏电阻的第一次迭代值Rk2、漏电抗的第一次迭代值Xk2的过程包括以下步骤:
对图3所示的T型网络,将漏电阻初始值、漏电抗初始值、励磁电阻初始值和励磁电抗初始值代入以下计算式:
式中,分别为接地变压器一次绕组短接回路的电压和电流,均为中间变量,如图5所示,计算式如下:
上式中,为流过励磁电阻和励磁电抗的支路电流,为中间变量。
根据上述实时监测的所对应的多组漏电阻的第一次迭代值数据、漏电抗的第一次迭代值数据,仍然分别进行90%概率值评价,剔除5%大数和5%小数后,得到最终的漏电阻的第一次迭代值、漏电抗的第一次迭代值。
根据该漏电阻的第一次迭代值和漏电抗的第一次迭代值,计算图3所示的接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁电阻的第一次迭代值、励磁电抗的第一次迭代值,并进行相应的概率值评价。
为了提高接地变压器计算参数的精度,根据励磁阻抗的第一次迭代值,和漏阻抗的第一次迭代值,重新计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;然后依次进行下一次的迭代值计算,经过多设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值。
如图6所示,合上发电机中性点刀闸,将前面步骤得到的接地变压器漏阻抗和励磁阻抗输入保护装置中,测量发电机对地电阻Rc和对地容抗Xc,计算式如下:
其中,
式中,分别为发电机对地电阻、对地电抗所在的支路电压和电流,分别为变压器励磁支路的电压、电流。
由保护装置实现对多组发电机对地电阻数据、对地容抗数据进行90%概率值评价,剔除5%大数和5%小数后,得到最终的发电机对地电阻、对地容抗,提高了参数测量的准确性和可靠性。
通过上述方法可计算出发电机接地变压器的实时漏阻抗、励磁阻抗以及发电机实时对地阻抗,发电机外加20Hz电源定子接地保护按照此方法测量出的系统参数,可大大提高外加20Hz电源定子接地保护的测量精度,保证发电机继电保护系统的安全可靠运行。
本发明利用20Hz定子接地保护自身配置的20Hz电源,结合现场实际的20Hz电路模型,就地实时测量20Hz电压电流,利用发电机保护装置对接地变压器的漏阻抗等效电路、以及励磁阻抗等效电路的参数求解进行了多次迭代,最终得到接地变压器的漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值。本发明实现的门槛较低,不会对原有的保护平台提出更高的要求,可以在原有的保护装置平台上实现,并且不需要额外增加设备,利用保护装置自动测试20Hz定子接地保护所需的一次设备系统参数,保证了一次设备系统参数的准确性,同时兼顾快速性。
另外,本发明利用保护装置自身强大的计算功能,剔除异常大数,提高相关系统参数的测量精度,既保证了实时性,又保证了精度,具有判断方法简单、工作量小、可靠性高、无需其它辅助条件等优势,具有较高的应用价值。
本发明还提出了一种发电机定子接地保护系统,包括处理器,用于执行指令以实现以下步骤:
1)利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,所述接地变压器漏阻抗等效电路忽略励磁阻抗;
2)根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值;
3)根据所述励磁阻抗初始值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗,得到漏阻抗的第一次迭代值;根据该第一次迭代值,计算所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁阻抗的第一次迭代值;
再根据励磁阻抗的第一次迭代值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;并进行下一次的迭代值计算,经过设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值;
4)根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗。
由于对处理器实现的方法已经在发电机定子接地保护系统参数测量方法的实施例中介绍的足够清楚完整,故不再对定子保护接地系统详细进行描述。
Claims (10)
1.一种发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,所述接地变压器漏阻抗等效电路忽略励磁阻抗;
2)根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值;
3)根据所述励磁阻抗初始值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗,得到漏阻抗的第一次迭代值;根据该第一次迭代值,计算所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁阻抗的第一次迭代值;
再根据励磁阻抗的第一次迭代值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;并进行下一次的迭代值计算,经过设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值;
4)根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗。
2.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,所述利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,包括:
根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据,并对漏阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值。
3.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,所述根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值,包括:
根据所述漏阻抗初始值,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到励磁阻抗数据,并对励磁阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,在步骤3)的每次迭代过程中,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据和励磁阻抗数据,并对漏阻抗数据和励磁阻抗数据分别进行概率值评价,得到漏阻抗和励磁阻抗的每一次迭代值。
5.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,所述根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗,包括:
根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,利用所述发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到发电机定子绕组对地阻抗数据,并对所述对地阻抗数据进行概率值评价,得到最终的发电机定子绕组对地阻抗。
6.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统参数测量方法,其特征在于,当发电机定子绕组对地阻抗的计算值小于设定的整定值时,判定发电机发生定子接地故障,发电机定子接地保护系统启动相应保护。
7.一种发电机定子接地保护系统,包括处理器,其特征在于,所述处理器用于执行指令以实现以下步骤:
1)利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,所述接地变压器漏阻抗等效电路忽略励磁阻抗;
2)根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值;
3)根据所述励磁阻抗初始值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗,得到漏阻抗的第一次迭代值;根据该第一次迭代值,计算所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗,得到励磁阻抗的第一次迭代值;
再根据励磁阻抗的第一次迭代值,重新计算所述接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗的第二次迭代值,和所述接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗的第二次迭代值;并进行下一次的迭代值计算,经过设定次数的迭代后,得到漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值;
4)根据所述漏阻抗最终值和励磁阻抗最终值,结合所述电压和电流,计算发电机定子绕组对地阻抗。
8.根据权利要求7所述的发电机定子接地保护系统,其特征在于,所述利用所述发电机定子接地保护系统检测的电压和电流,计算接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值,包括:
根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据,并对漏阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器漏阻抗等效电路的漏阻抗初始值。
9.根据权利要求7所述的发电机定子接地保护系统,其特征在于,所述根据所述漏阻抗初始值,结合所述电压和电流,计算接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值,包括:
根据所述漏阻抗初始值,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到励磁阻抗数据,并对励磁阻抗数据进行概率值评价得到接地变压器励磁阻抗等效电路的励磁阻抗初始值。
10.根据权利要求7-9任一项所述的发电机定子接地保护系统,其特征在于,在步骤3)的每次迭代过程中,根据发电机定子接地保护系统实时监测的电压和电流数据,计算得到漏阻抗数据和励磁阻抗数据,并对漏阻抗数据和励磁阻抗数据分别进行概率值评价,得到漏阻抗和励磁阻抗的每一次迭代值。
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2017
- 2017-10-26 CN CN201711019770.0A patent/CN109713641B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN1560976A (zh) * | 2004-03-05 | 2005-01-05 | 清华大学 | 发电机定子绕组单相接地的保护及故障定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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CN115220507A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-10-21 | 山西万家寨水控水利机电科技服务有限公司 | 一种具有漏电保护装置的新型一体化电机 |
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CN109713641B (zh) | 2020-01-21 |
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