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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在低壓安全用電云平臺的應用設(shè)計

2022-12-15  閱讀(871)

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劉 丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
前言:低壓安全用電系統(tǒng)是保障用電質(zhì)量的重要依托,也是增強用電安全性的根本依據(jù)。而在其中應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可進一步提升監(jiān)測效率。在此之上,文章簡要分析了低壓安全用電系統(tǒng)的設(shè)計基準與監(jiān)測內(nèi)容,并通過科學制定系統(tǒng)建設(shè)方案、打造物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系、引入安全保護技術(shù),以此提高低壓安全用電系統(tǒng)的應用水平,擴大其監(jiān)測范圍。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);低壓安全用電系統(tǒng);隱患故障
1.背景分析
     自2009年,電網(wǎng)開始開展智能電網(wǎng)項目。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為第三次信息科技革命的重要產(chǎn)物,它在眾多領(lǐng)域中都有涉獵,并發(fā)揮著重大效用。而在電網(wǎng)運行期間,若能依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)低壓用電的安全監(jiān)測,可在原有基礎(chǔ)上提升監(jiān)測質(zhì)量,以此確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。據(jù)此,應充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)改造規(guī)劃,以便在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下實現(xiàn)用電信息監(jiān)測,降低系統(tǒng)故障率,提供電能。
      低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計基準:
       (1)經(jīng)濟性:在設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時,需要考慮到改造后的系統(tǒng)是否具備突出的經(jīng)濟性特征,以免增加電網(wǎng)公司的運營負擔。同時,還應依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中為其提供多元化增值業(yè)務(wù),使其感受到智能供電的便捷,并且還可在日常巡檢工作中加強對電氣設(shè)備的檢查效果,由此將設(shè)備安全處在可控狀態(tài)下,促使用戶的用電質(zhì)量能在智能化監(jiān)測中實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)發(fā)展,以便在高效管理環(huán)境下降低人力投入成本,包括縮減巡檢人員、創(chuàng)新巡檢模式等,從而促使整個電網(wǎng)公司擁有更高的綜合效益。
       (2)安全性:用電安全是保障人民財產(chǎn)安全的基本內(nèi)容。低壓用電是指斷路器、插座、漏電開關(guān)吹風機等設(shè)備的用電行為,而在設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時,無論是引進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還是智能化管理手段,都需要始終保持用電安全性,不可引發(fā)新的安全隱患,從而增加系統(tǒng)的可操作性。以往在故障排除期間,常在出現(xiàn)安全事故后安排維修人員予以處理,這樣不但影響故障排除效率,而且還會對用戶的生命安全帶來威脅。因此,在全新設(shè)計中應當以一種“動態(tài)監(jiān)測"的理念針對電網(wǎng)故障實施“及早預防",即在出現(xiàn)潛在隱患前即可經(jīng)由預警裝置給出提示,以便在較佳時間內(nèi)提高維修效率,降低用電危險事件的發(fā)生率,最終實現(xiàn)低壓電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行。
      (3)綜合性:在設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時,還需要以電能質(zhì)量、資源配置等綜合角度針對原有電網(wǎng)建設(shè)項目予以改造。實際上,之所以需要實施低壓安全用電監(jiān)測,一是為了改善原有供電質(zhì)量,確保用戶在高質(zhì)量電能使用中獲得良好的用電體驗,提高供電企業(yè)的信譽度;二是結(jié)合原有人力資源與供電物資提出科學的配置規(guī)劃,從而實現(xiàn)資源的利用,避免出現(xiàn)閑置資源,降低供電質(zhì)量,甚至加重供電企業(yè)與電網(wǎng)公司的負擔。因此,針對低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)予以設(shè)計具有一定現(xiàn)實意義,并且可對當前電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展目標的實現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。
2.低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容
(1)電能質(zhì)量
        低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)實際上是借助物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)內(nèi)外電源系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理,并結(jié)合在線監(jiān)測裝置針對電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)如電壓值、電流值、負載率予以密切監(jiān)測,由此降低電網(wǎng)系統(tǒng)故障的發(fā)生率。同時,在移動程序支持下,還可為相關(guān)人員提供“關(guān)聯(lián)式"管理服務(wù),即無論是否身在供電現(xiàn)場,都可經(jīng)由監(jiān)測系統(tǒng)實施操作行為,以此消除不安全因素。目前,系統(tǒng)的建設(shè)已逐步朝著個性化方向發(fā)展,這也是提升電能質(zhì)量與供電服務(wù)的關(guān)鍵步驟。比如針對航天醫(yī)療領(lǐng)域的用電,其質(zhì)量略高于其它民用住宅,一旦提供的電能質(zhì)量與預期要求不一致,將不利于相關(guān)領(lǐng)域順利完成工作任務(wù),甚至降低電力資源的利用率。此外,電能質(zhì)量不達標還可受電網(wǎng)污染事件的影響而形成電能質(zhì)量問題。故而,可借助監(jiān)測系統(tǒng)隨時關(guān)注電能質(zhì)量變化情況。
(2)剩余電流
        在利用低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測剩余電流時,可參照監(jiān)測結(jié)果對系統(tǒng)接地故障與過流保護動作起到一定的協(xié)調(diào)作用,進而為斷路器無法正常運行提供解決依據(jù),確保相關(guān)人員經(jīng)由監(jiān)測系統(tǒng)可對低壓電氣設(shè)備的運行狀態(tài)實施有效監(jiān)測。剩余電流實則是中線與相線的矢量消除成為零的線路,在出現(xiàn)剩余電流后,容易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象,進而對用電安全性帶來威脅。因此,可在監(jiān)測系統(tǒng)輔助下快速知曉剩余電流數(shù)值,以此有方向性的予以檢測。
(3)線路隱患
         在電網(wǎng)線路中若出現(xiàn)隱患現(xiàn)象,將造成線路急劇升溫,進而降低線路電芯的實用性能,甚至會對線路外部絕緣保護層的絕緣性起到削弱作用,進而不利于實現(xiàn)安全用電保護,長此以往,將在高溫狀態(tài)下發(fā)生漏電現(xiàn)象,由此對低壓電氣設(shè)備的正常使用帶來隱患。而低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)可隨時針對線路電流數(shù)值予以監(jiān)測,一旦超出額定電流或突然增加數(shù)千安培,將立即引起相關(guān)人員的注意,有效降低隱患故障的發(fā)生率。
(4)過載電流
         在對過載電流予以監(jiān)測時,也是為了增加低壓用電的安全性。由于電流經(jīng)過電網(wǎng)線路時,會出現(xiàn)放熱反應,進而引起導線升溫,在其超出安全載流時,將誘發(fā)電流過載現(xiàn)象,不利于導線的安全防護,甚至會在長期出現(xiàn)過載電流的情況下引起火災。對此,若能基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng),可對過載電流現(xiàn)象給予密切關(guān)注,在適當?shù)臅r間里控制載流,防止導線燒毀增加用電危險性?;诖耍蛪喊踩秒姳O(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)很有必要。
3.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)的應用
(1)科學制定系統(tǒng)建設(shè)方案
        在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)期間應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時,需要科學制定可行性建設(shè)方案,以此參照相關(guān)規(guī)定逐步完成改造任務(wù)。比如在針對剩余電流予以監(jiān)測時,可在系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)采用“分級保護"的方法,削弱漏電現(xiàn)象的不良影響。其中剩余電流引發(fā)的嚴重后果即頻繁跳閘。為了有效控制跳閘率,保障用戶用電質(zhì)量,孝義供電企業(yè)曾在2019年專門針對剩余電流采取了相關(guān)措施,包括定期測溫檢修、加強運維管理等,由此將整體跳閘率降低了10%。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗可將剩余電流監(jiān)測納入到系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容中,由此為其制定可行性建設(shè)規(guī)劃,避免用戶受漏電現(xiàn)象的干擾而無法獲得良好的用電體驗。在該方案中需要切實找到引起跳閘(漏電)的根本原因,并增設(shè)保護器,專門針對剩余電流予以重點保護。國網(wǎng)吉安供電企業(yè)也曾就剩余電流給出整改建議,利用落實職責、一體化管理等方法,促使該企業(yè)在2019年的跳閘率由年初5.0007次/100km降低了3.2298次/100km,并在整個江西省都取得了良好的跳閘保護成果。此外,還可將中級保護器安裝于低壓臺區(qū)內(nèi),并將末級保護器置于客戶端中,這種逐級保護的形式不但有利于降低故障率,而且還能幫助用戶規(guī)避停電風險。其中應注意的是,在設(shè)定剩余電流額定標準時,應將其動作值保持在300mA,其間隔時間不宜超出0.3s,從而在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)運行期間,可對剩余電流進行細致監(jiān)測,便于工作人員隨時根據(jù)剩余電流監(jiān)測結(jié)果判斷是否存在停電隱患。此外,在系統(tǒng)中還需要借助無線通信技術(shù),實時采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),并有效降低同頻干擾事件的發(fā)生率。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下還可增加電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性,進而在電流輸送階段也能實現(xiàn)高質(zhì)量輸送,確保用戶使用的電能質(zhì)量符合實際要求。
(2)打造物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相連,以此借助先進技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)的有效管控與動態(tài)監(jiān)測。在設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時,還需要根據(jù)低壓用電行為的具體流程打造物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系,以此確保在實踐中監(jiān)測系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢,實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化監(jiān)測。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系中應涵蓋下述四個部分:其一,主站集中監(jiān)測模塊;其二,電能質(zhì)量監(jiān)測模塊;其三,隱患監(jiān)測;其四,通信反饋。
       在上述四個重要組成部分中,主站集中監(jiān)測主要是通過獲取電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)與安全用電行為信息的方式,經(jīng)過科學分析對其潛在故障與危險性進行驗證識別,這樣可確保低壓電氣設(shè)備在有效評估下改善其性能,避免突發(fā)安全事故影響用戶用電安全性。而在電能質(zhì)量監(jiān)測環(huán)節(jié),它可對用電異常行為,比如插座不匹配、私拆設(shè)備、錯誤接線等,系統(tǒng)可對此模塊中接收到的有效信息遞交給電網(wǎng)主站,并給出相關(guān)指令予以管控。在隱患監(jiān)測中,系統(tǒng)具體是結(jié)合電網(wǎng)終端的電流波形予以監(jiān)測,并在計算機算法協(xié)助下對隱患故障實施準確定位,這樣一來,電網(wǎng)主站可及時獲取隱患信息,便于實現(xiàn)隱患故障的順利排查。在通信反饋中,它可對電網(wǎng)負載率、線損能耗度以及故障原因給出可靠依據(jù),并將信息反饋給主站,由此在一體化的管理中實現(xiàn)電網(wǎng)線路的科學預警,幫助工作人員隨時掌控電能質(zhì)量情況。
(3)有效引入安全保護技術(shù)
        在設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)時,除了需要保證用電行為的安全性與低壓電氣設(shè)備安全,還需要借助安全保護技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)的安全保障,以免影響電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。具體包括以下內(nèi)容:
一,認證安全防護,現(xiàn)今為了保證系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)處在安全防護狀態(tài)下,常需要借助“設(shè)置密鑰"的形式增強系統(tǒng)安全性,這樣可降低數(shù)據(jù)竊取風險,并且也可對重要數(shù)據(jù)予以特殊防護。在認證方面所采用的防護技術(shù)主要是在低壓電氣設(shè)備與系統(tǒng)間傳遞信息時,對數(shù)據(jù)進行加密處理,只有通過認證后方可順利獲取有效信息,確保信息在傳遞期間不會受網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響而發(fā)生丟失現(xiàn)象。
二,信息交換防護,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計低壓安全
       用電監(jiān)測系統(tǒng)時,還需要在信息關(guān)聯(lián)端口處分別設(shè)置防護裝置,包括對信息進行轉(zhuǎn)換操作,將其轉(zhuǎn)換為“隨機數(shù)字",待破解后方可知曉通信內(nèi)容,避免在信息傳遞期間受到外界干擾引發(fā)危險后果。從目前實踐應用中可發(fā)現(xiàn):物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在電力事業(yè)中有了廣泛的應用。比如江蘇省某供電企業(yè)專門研發(fā)了“用戶側(cè)需求防護平臺",它借助手機軟件對數(shù)據(jù)傳輸動態(tài)進行監(jiān)測,并且還可對用戶端需求予以全面了解,以此在強化數(shù)據(jù)防護效果的同時,也能提升供電服務(wù)質(zhì)量,促使用戶的需求得到及時響應。此外,智能插座、智能電表的推廣也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用帶來了新的指引方向。為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)助下實現(xiàn)低壓安全用電,應結(jié)合高新技術(shù)增加數(shù)據(jù)安全防護有效性,以便在電網(wǎng)主站、用戶端、供電企業(yè)多方主體中實現(xiàn)信息的安全傳輸,促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮出重要效用,以此規(guī)避錯誤用電風險。
(4)實現(xiàn)精準化信息記錄
      在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)期間,還可借助GPRS通信手段實現(xiàn)故障信息的精準化記錄,這樣才能增強電能質(zhì)量、剩余電流、過載隱患等參數(shù)的在線監(jiān)測準確性,確保電網(wǎng)系統(tǒng)在運行期間能為低壓電氣設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)的供電電能,適當降低設(shè)備故障率,并且也能避免用戶頻繁發(fā)生停電現(xiàn)象影響用電體驗感。設(shè)計者在系統(tǒng)建設(shè)項目中可增加“隱患記錄"欄,并通過采集三相電流信號的方式,將其與三相波形進行比較,由此了解是否存在隱患故障。好比在隱患故障出現(xiàn)后,三相電流中的B相電流將為“0",在此信息下,可判斷線路已然出現(xiàn)隱患故障,之后再有針對性的對導線、低壓斷路器進行控制,促使過載電流控制在1200A之下,并高于500A,以免超出額定范圍引起電路故障問題。此外,還可依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢開發(fā)大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺,以安科瑞開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)電力平臺為例,它具體包含統(tǒng)計分析、隱患管理、實時監(jiān)控等功能,可在巡檢作業(yè)中對低壓電氣設(shè)備的隱患處理結(jié)果與隱患類型做出科學分析,并在信息導航功能下對故障位置進行確定,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果予以記錄,以便相關(guān)人員后續(xù)管理工作中能夠隨時了解故障詳情。在實時監(jiān)控部分,可對電網(wǎng)項目的建設(shè)地址以及低壓電氣設(shè)備的安裝情況與潛在故障加以監(jiān)測管理,同時將實時數(shù)據(jù)傳輸給管理部門,以此參照管理部門的建議進行電網(wǎng)項目的更改。通常而言,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實現(xiàn)智能化監(jiān)測與一體化管理的重要依托,若能將其應用于低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng)中,有助于保障電能質(zhì)量,降低故障發(fā)生率。
4.安全用電平臺的應用
     安科瑞電氣推出的安全用電管理云平臺采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發(fā)電氣火災的主要因素(導線溫度、電流和剩余電流)進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析,并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理,達到消除潛在電氣火災安全隱患,實現(xiàn)“防患于未然"的目的。
    用戶可以利用PC網(wǎng)頁、手機APP、微信小程序、微信公眾號等多種方式實現(xiàn)對平臺的訪問,查詢包括系統(tǒng)信息、實時數(shù)據(jù)、報警記錄等在內(nèi)的各種信息,使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本服務(wù),能有效提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設(shè)備安全水平,有效防范重大惡性火災財產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任事故的發(fā)生。
   整體方案采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由現(xiàn)場感知層(采集終端)、網(wǎng)絡(luò)層(智能網(wǎng)關(guān)/串口服務(wù)器)和平臺層(安全用電云平臺)三個部分組成。
    ●感知層:連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器,包括智慧微斷、智慧用電在線監(jiān)控裝置,故障電弧等。
    ●網(wǎng)絡(luò)層:包含智能網(wǎng)關(guān)、串口服務(wù)器等,采集感知層的數(shù)據(jù),進行規(guī)約轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)上傳至平臺。
    ●平臺層:在PC端及移動端為用戶提供應用服務(wù)。
 
(1)配電圖
在實時監(jiān)控點擊配電圖可以查看項目信息里上傳的配電圖,如圖所示。
 
(2)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控
系統(tǒng)可接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、限流式保護器、智能微斷等,并可遠程控制相應探測器。用戶可通過平臺查看回路的電壓,電流,溫度,剩余電流,有功功率和功率因數(shù)等電參量。
 
(3)隱患管理
隱患管理包括隱患巡查、隱患處理和隱患記錄等管理項,為用戶管理隱患和查詢提供方便,點擊菜單欄的相應的項,直接進入對應界面。
當設(shè)備檢測到回路出現(xiàn)隱患,過流,超溫,過流,過壓,欠壓,漏電等異常情況,會立刻上報平臺并產(chǎn)生報警或隱患,平臺可以針對工程人員派發(fā)工單,處理完以后工程人員能夠在系統(tǒng)中填寫相關(guān)工單任務(wù)記錄,以供歷史查詢。隱患統(tǒng)計支持對項目進行日、月、季、年的維度查詢,并能夠自定義時間查詢,將項目下隱患以曲線,圖表的形式展現(xiàn)。
 
(4)能耗分析
能耗概況可以查看今日、本月、今年的用電情況,且可以展示相應的同環(huán)比信息,也可以查看今日和昨日的用電峰值;報表可以逐日、逐周、逐月、逐季度、逐年、自定義等方式查看各個探測器的用能報表,包括以下報表:同比分析,環(huán)比分析,能耗報表,能耗預測,復費率報表功能。
(5)需量分析
需量分析包括最大需量報表和需量監(jiān)測等功能。最大需量報表:支持對每月、每日最大需量進行統(tǒng)計,并生成報表,如圖所示。
 
(6)運維管理
運維管理包括巡檢計劃、巡檢記錄、設(shè)備通訊狀態(tài)等功能。
 
 
(7)電能質(zhì)量
系統(tǒng)提供諧波監(jiān)測和三相不平衡分析功能。
諧波監(jiān)測:滿足進線、大功率整流設(shè)備、變頻設(shè)備、光伏發(fā)電輸出等電壓、電流進行在線諧波頻譜分析,支持對諧波進行逐日、逐月、逐年報表匯總,或自定義時間段查詢功能,分析諧波畸變率及各次諧波含有率,如圖所示。
三相不平衡度包括三相電壓不平衡度和三相電流不平衡度,支持查看當天的三相電流和三相電壓的曲線圖,并對應三相電流和三相電壓的不平衡度,如圖所示。
 
 
 
⑻報告分析
用戶報告:分析報告根據(jù)用戶的周期、項目、時段等篩選生成報告摘要、統(tǒng)計清單、設(shè)備體檢摘要、報警原因分析,支持打印功能。
報告模板:用戶可以自定義勾選報告的內(nèi)容。
(9)手機APP
安全用電管理云平臺支持Android、ios系統(tǒng)APP,方便用進行項目查詢、報警、故障查詢,實時監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢,復位及控制操作,探測器詳細信息查詢等功能。
5.產(chǎn)品選型方案
6.結(jié)語
      綜上所述,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)助下建設(shè)低壓安全用電監(jiān)測系統(tǒng),可對當前用電不穩(wěn)以及頻發(fā)故障的現(xiàn)狀起到一定的改善作用。因此,相關(guān)設(shè)計人員應在系統(tǒng)改造與升級中實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效引進,以便提升供電質(zhì)量,為大眾營造一個良好的用電環(huán)境,并從建設(shè)方案、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系、安全防護技術(shù)、精準化信息記錄等方面著手,促使電網(wǎng)系統(tǒng)在有效監(jiān)測中具有較高的安全可靠性。
 
 
 
參考文獻
[1]安科瑞安全用電管理云平臺2020.02版
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[4]方建波.低壓電氣供配電及設(shè)備安全管理技術(shù)方法研究.中阿科技論壇(中英阿文),2020
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[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.5版


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