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文檔簡介

水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),主講:賈振國,長春工程學院能源動力工程學院 電站控制教研室,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),第三章:現(xiàn)地控制單元(LCU),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),一、LCU 在監(jiān)控系統(tǒng)中的地位-監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 1、LCU: Local Control Unit 2、RTU: Remote Terminal Unit 二、LCU 的發(fā)展階段 1、由繼電器構(gòu)成的機組自動屏 2、采用固態(tài)元件構(gòu)成的布線邏輯 3、以計算機為基礎(chǔ)的LCU 三、LCU 的基本功能 1、數(shù)據(jù)采集與處理-正常狀態(tài)、事故狀態(tài) 2、控制與調(diào)節(jié)-設(shè)備運行方式控制、機組控制調(diào)節(jié) 3、通信-與電廠級通信、與智能化單元裝置通信 4、時鐘同步-保證事件順序記錄的統(tǒng)一時鐘 5、自診斷-在線自診斷、離線自診斷 6、人機接口-運行人員進行監(jiān)視、控制的橋梁,3.1 LCU 概述,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,一、以PLC為基礎(chǔ)的LCU (一)基本結(jié)構(gòu):,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(二)基本組成: CPU 存儲器 控制器: 通信模塊 電源模塊 內(nèi)部總線 CPU PLC-Based LCU: 智能I/O模塊: I/O組件 內(nèi)部總線 電量采集裝置 溫度量采集裝置 智能單元裝置: 微機勵磁調(diào)節(jié)器 微機調(diào)速器 微機同期裝置 ,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),豐滿水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),特點: 機組的數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)功能全部由PLC完成 主站用于連接實時性要求高的點,如水機回路輸入與控制信號 遠程站用于連接實時性要求不高的點,如部分壓力量、液位量 現(xiàn)地計算機主要用于通信和人機聯(lián)絡(luò),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),中型水電廠 PLC-Based LCU 實例-福建永安安砂水電廠 (1)安砂水電廠概況: 安砂水電廠位于福建沙溪上游九龍溪中段永安市安砂鎮(zhèn),為沙溪流域的 龍頭電站,裝機容量115萬kW。1975年電廠投產(chǎn)發(fā)電。1999年3月,電 廠實現(xiàn)“無人值班”(少人值守)。,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(2)安砂水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu):,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),安砂水電廠控制室:,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),計算機監(jiān)控控制室與常規(guī)控制室對比: 安砂水電廠控制室: 三明東牙溪水庫壩后電站控制室 (115MW) (2 x 1250+630=3130KW),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(3)安砂水電廠LCU配置: 配置原則: 按“無人值班”(少人執(zhí)守)要求設(shè)計,實現(xiàn)對機組、主變及輔助設(shè) 備的全自動化監(jiān)視、控制和操作。 取消原水輪機及其公用輔助設(shè)備的常規(guī)集中控制部分,機組順控全 部由LCU的PLC完成. 每臺機組一套LCU,公用系統(tǒng)一套LCU,開關(guān)站一套LCU。 中型電廠LCU可非冗余配置。 LCU能夠與調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器等進行通信。 硬件配置: 每臺LCU的主控制器均為 MODICON 的 984-685 系列PLC。 I/O接口采用 MODICON 的984-800 系列PLC模塊。 軟件配置: LCU采用MODSOFT PLC 編程軟件。,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(4)LCU主要功能: 數(shù)據(jù)采集及分析處理功能:周期50ms,重要量1ms 事件順序記錄功能:時標分辨率 1ms 事故追憶功能:事故前30s:60點/s;事故后:120點/s 輔助設(shè)備集中控制功能:油、水、風系統(tǒng)設(shè)備 人機聯(lián)系功能:現(xiàn)地可以進行操作 (5)主要效益: 縮短開機時間節(jié)約水能 提高勞動生產(chǎn)率減人增效,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),安砂水電廠機組LCU:,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),小型水電廠 PLC-Based LCU 實例-黑龍江黑河象山水電廠 (1)象山水電廠概況: 象山水電廠位于黑龍江省黑河市附近,裝有3臺6MW的機組,裝機容 量18MW,屬小型水電站。其自動化水平在我國小水電站中處于領(lǐng)先地位。 (2)計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu):,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(3)LCU配置方案選擇: 對 LCU 的基本功能要求 自動開機、停機 有功功率、無功功率閉環(huán)調(diào)整 高速脈沖測機組轉(zhuǎn)速 機組溫度量巡回檢測 采集機組所有電氣、機械事故及故障信號 事故停機 LCU的I/O測點統(tǒng)計,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng), 硬件方案比較,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),(4)PLC 在小型水電廠 LCU 應(yīng)用中存在的問題 模擬量輸入成本高 中斷型開關(guān)量輸入能力差 通信組網(wǎng)方式不靈活,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,二、以 IPC 或 MPU 為基礎(chǔ)構(gòu)成的LCU,(一)以IPC 或 MPU 加一般I/O加智能I/O結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu)圖:,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),2、基本組成: (1)主控制器:由CPU、存儲器、通信模塊、I/O模塊構(gòu)成。 CPU:一般采用16位以上,冗余配置 通信模塊:與電廠網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置,與現(xiàn)場總線可 非冗余配置。 I/O模塊:根據(jù)I/O點數(shù)配置 存儲器:按40%以上裕度配置 (2)子控制器:指遠程I/O、微機調(diào)速器、微機勵磁調(diào)節(jié)器、微機 保護裝置、微機溫度采集裝置、微機電量采集裝置 (3)現(xiàn)場總線:連接主控制器和子控制器,雙總線配置,一般采用光纜,3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),2、特點:無智能I/O接口 所有模擬量通過變送器接入模入通道,(二)以IPC 或 MPU 加一般 I/O 結(jié)構(gòu),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,1、結(jié)構(gòu)圖:,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3、提高LCU可靠性的途徑,配置一臺工控機的LCU結(jié)構(gòu),配置兩臺工控機的LCU結(jié)構(gòu),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,三、以 IPC + PLC 構(gòu)成的LCU,1、基本結(jié)構(gòu):,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.2 LCU 的結(jié)構(gòu)類型,2、產(chǎn)生原因:,3、基本組成:,(1)對微機可靠性的擔憂 (2)早期PLC組網(wǎng)功能弱 (3)早期PLC模入成本高,(1)工控機 (2)PLC機組順序控制器 (3)微機單元裝置,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,典型實例1新豐江電廠(3*72.5+1*85=302.5MW) LCU,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例2大廣壩電廠(4*60MW) LCU,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例3三峽水電廠LCU,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例4 南瑞LCU工控機直接接入方式,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例5 南瑞LCU觸摸屏+PLC方式,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例6 南瑞LCU控制面板+PLC方式,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),典型實例7 南瑞LCUSJ600雙機雙網(wǎng)模式,3.3 LCU 的結(jié)構(gòu)實例,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),一、水輪發(fā)電機組的運行工況及其轉(zhuǎn)換流程 1、常規(guī)機組 (1)運行工況:停機 發(fā)電 調(diào)相 (2)工況轉(zhuǎn)換:六種,停機狀態(tài),發(fā)電狀態(tài),調(diào)相狀態(tài),3.4 LCU 的機組順控操作,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),2、抽水蓄能機組 (1)抽水蓄能機組的特點 (2)運行工況:停機 發(fā)電 發(fā)電調(diào)相 抽水調(diào)相 抽水 (3)常用運行工況轉(zhuǎn)換:,停機狀態(tài),抽水狀態(tài),抽水調(diào)相狀態(tài),發(fā)電狀態(tài),發(fā)電調(diào)相狀態(tài),抽水方向,抽水方向,發(fā)電方向,發(fā)電方向,3.4 LCU 的機組順控操作,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),二、機組及其輔助設(shè)備自動化的內(nèi)容 1、對機組潤滑系統(tǒng)的自動化要求 (1)需要潤滑的部件 推力軸承 發(fā)電機導軸承 水輪機導軸承 (2)潤滑油循環(huán)方式 自循環(huán)式潤滑系統(tǒng) 強迫油循環(huán)式潤滑系統(tǒng) 特征: A、一般用于大軸臥式機組。 B、需要設(shè)置高位油箱、回油箱、油泵和冷卻水系統(tǒng)。 (3)對潤滑系統(tǒng)的自動化要求 雙軸承油泵以主、備方式工作。 軸承油槽油位監(jiān)視,不正常時發(fā)出故障報警信號。,3.4 LCU 的機組順控操作,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),2、對機組冷卻系統(tǒng)的自動化要求 (1)對軸承的冷卻系統(tǒng)自動化要求 裝設(shè)冷卻水示流信號器 在軸承處設(shè)置溫度信號器和溫度傳感器 (2)對水輪發(fā)電機冷卻系統(tǒng)自動化要求 冷卻方式:空氣冷卻式 水冷卻式 蒸發(fā)冷卻式 要求: A、開機時投入冷卻水電磁閥,示流信號器監(jiān)視水流量 B、設(shè)置溫度傳感器監(jiān)視冷卻系統(tǒng)的進出口溫度。 C、設(shè)置溫度傳感器監(jiān)視定、轉(zhuǎn)子及鐵芯等部位溫度。 3、對水輪機密封裝置的自動化要求 (1)對主軸密封的要求 (2)對檢修密封的要求 4、對水輪發(fā)電機制動系統(tǒng)的自動化要求 (1)對機械制動的要求 (2)對電氣制動的要求,3.4 LCU 的機組順控操作,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),三、LCU 機組順序操作程序的設(shè)計原則,2、停機命令優(yōu)先于發(fā)電和調(diào)相命令,在開機過程中、發(fā)電狀態(tài)和調(diào) 相狀態(tài)均可以執(zhí)行停機命令,一旦停機命令被選中,其它控制均 被禁止。,3、操作過程中的每一步操作,軍設(shè)置啟動條件或以上一步操作成功 為條件,僅當啟動條件具備后,才解除對下一步的操作閉鎖,允 許下一步操作。若操作條件未具備,發(fā)出故障信號。,4、對每一步操作命令,均需檢查其執(zhí)行情況。,5、操作過程中(除停機過程),若機組設(shè)備發(fā)生事故或運行狀態(tài)發(fā)生 變化,不允許操作繼續(xù)進行時,應(yīng)自動中斷過程使程序退出。,1、在操作人員發(fā)出機組操作命令后,LCU可以自動按預(yù)先設(shè)定的流程完成全部的操作,也可以在操作人員的干預(yù)下進行單步操作。,3.4 LCU 的機組順控操作,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),一、開機條件檢測,1、進水口閘門全開 2、機組無事故 3、導葉鎖定拔除 4、斷路器在開斷位置 5、制動閘落下,四、豎軸反擊式水輪發(fā)電機停機轉(zhuǎn)發(fā)電操作程序流程,二、開輻機,1、工作油泵故障時,延時后投備用油泵,兩泵故障轉(zhuǎn)停機。 2、出現(xiàn)冷卻水中斷信號后經(jīng)延時發(fā)冷卻水故障信號。 3、若開啟密封水電磁閥并經(jīng)過延時后,無密封水信,發(fā)密封水故障信號。,STEP1,開機令,開機條件 具備?,STEP2,N,故 障 1,投高壓減載油泵 投密封水電磁閥 投冷卻水電磁閥,高壓減載 油泵運行?,TT1?,N,N,Y,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),停機轉(zhuǎn)發(fā)電 操作程序流程,Y,Y,故 障 2,投備用油泵,備用油泵 運行?,N,T T2?,N,Y,故 障 3,有冷卻水?,N,T T3?,N,Y,Y,故 障 4,Y,有密封水?,N,T T4?,N,Y,故 障 5,Y,高壓減載 油泵已運行,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),三、啟動調(diào)速器,1、啟動調(diào)速器,將開度 限制開至空載開度。 2、當導葉位置在空載位 置時,程序自動解除 對下一步的閉鎖。,Y,STEP3,投入調(diào)速器,導葉在空載開度?,N,T T5,N,Y,故 障 6,Y,轉(zhuǎn)速80% 額定轉(zhuǎn)速?,N,T T6,故 障 7,Y,投勵磁裝置,STEP4,Y,四、投勵磁裝置,1、如采用準同期方式,當 轉(zhuǎn)速上升至80%額定轉(zhuǎn) 速時,投入勵磁裝置。 2、檢測發(fā)電機端電壓,在 故障判斷時間T7內(nèi),使 發(fā)電機端電壓升至90% 額定電壓。,停機轉(zhuǎn)發(fā)電 操作程序流程,有密封水,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),90%端電壓 ?,N,T T7?,N,Y,故 障 8,Y,轉(zhuǎn)速95%?,N,T T8?,N,Y,故 障 9,Y,五、停高壓減載油泵,六、投準同期裝置,1、電壓 90% 額定電壓 2、轉(zhuǎn)速 95% 額定轉(zhuǎn)速,泵停運?,切除高壓減載油泵,STEP5,Y,N,T T9?,N,Y,故 障 10,Y,STEP6,投入準同期裝置,停機轉(zhuǎn)發(fā)電 操作程序流程,勵磁裝置已投入,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),準同期投入 ?,N,T T10?,N,N,故 障 11,Y,斷路器合閘?,N,T T11?,N,Y,故 障 12,Y,打開開度限制至全開,開度限制 全開位置?,N,T T12?,N,Y,故 障 13,Y,開 機 完 成,七、合發(fā)電機斷路器,1、同期裝置自動調(diào)節(jié)電 壓和頻率,監(jiān)視相角 差,自動發(fā)斷路器合 閘信號。 2、斷路器合閘后,程序 自動解除對 STEP8的 閉鎖。,STEP7,STEP8,八、打開開度限制至全開,1、調(diào)速器自動打開開度 限制至全開,為機組 帶負荷創(chuàng)造條件。 2、停機轉(zhuǎn)發(fā)電過程完成,停機轉(zhuǎn)發(fā)電 操作程序流程,投準同期裝置,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),STEP1,發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相令,STEP2,減有功、無功功率為最小,TT1?,N,N,有功、無功 功率為最???,故 障 1,開度限制至全關(guān),導葉全關(guān)?,TT2?,N,N,Y,Y,故 障 2,五、豎軸反擊式水輪發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相操作程序流程,一、減負荷:,1、接到調(diào)相令后自動 減有機組功、無功 功率為最小。 2、機組有功、無功功 率為最小時自動解 除對STEP2的閉鎖,二、關(guān)閉開度限制,1、關(guān)閉開度限制為全關(guān)。 2、導葉全關(guān)時,機組 進入調(diào)相運行狀態(tài) 解除對STEP3閉鎖,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),Y,STEP3,開補氣電磁閥,補氣閥打開?,N,T T3,N,Y,故 障 3,Y,調(diào) 相 狀 態(tài),三、調(diào)相壓水給氣電磁閥和調(diào) 相壓水補氣電磁閥操作,1、調(diào)相壓水給氣電磁閥操作 (1) 轉(zhuǎn)輪室水位超過設(shè)定上 限水位時,開啟調(diào)相壓水給氣電磁閥,將轉(zhuǎn)輪室水位壓下。 (2)轉(zhuǎn)輪室水位低于設(shè)定下限水位時,關(guān)閉調(diào)相壓水給氣電磁閥。 2、調(diào)相壓水補氣電磁閥操作 為彌補壓縮空氣的逸出, 當進行調(diào)相運行時,開啟 調(diào)相壓水補氣電磁閥,持 續(xù)給轉(zhuǎn)輪室補氣。,導葉已全關(guān),發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相 操作程序流程,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),一、三峽右岸電站LCU系統(tǒng)簡介,1、LCU設(shè)置,機組LCU 12套:#15-#18 LCU (東方電機廠機組) #19-#22 LCU (法國ALSTOM機組) #23-#26 LCU (哈爾濱電機廠機組),開關(guān)站LCU 2套:#33-#34 LCU,10KV 廠用電LCU 1套:#35LCU,400V 廠用電LCU 1套:#36LCU,輔助系統(tǒng)LCU 1套:#37LCU,模擬屏驅(qū)動LCU 1套:#38LCU,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),一、三峽右岸電站LCU系統(tǒng)簡介,1、LCU設(shè)置,機組LCU控制柜配置,(1)GPS時鐘部件 (2)PLC主備CPU機箱 (3)本地采集RIO機箱 (4)工控機 (5)交流采樣百抄表 (6)變送器 (7)電度表 (8)同期裝置 (9)水機保護回路 (10)操作把手 (11)通訊設(shè)備 (12)電源回路 (13)開出繼電器等,本地柜3面,遠程測溫柜5面,技術(shù)供水遠程柜1面,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),一、三峽右岸電站LCU系統(tǒng)簡介,2、LCU的硬件設(shè)備配置,(1)施耐德PLC (2)工控機或觸摸屏 (3)操作控制面板 (4) 準同期裝置 (5)轉(zhuǎn)接端子 (6)接口電路 (7)電源 (8)機柜等,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),一、三峽右岸電站LCU系統(tǒng)簡介,3、LCU的配置特點,(1)雙CPU主/熱備用方式運行 (2)雙電源模塊 (3)雙網(wǎng)絡(luò) (4)熱備方式 (5)一體化工控機及觸摸屏 (6)掉電保護功能 (7)電源恢復自動重啟功能 (8)時鐘同步,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),4 LCU 人 機 界 面,長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),長春工程學院能源動力工程學院,水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng),二、三峽右岸電站LCU功能簡介,3.5 三峽右岸電站LCU系統(tǒng),1、數(shù)據(jù)采集和處理,2、安全運行監(jiān)視,3、控制與調(diào)節(jié),4、通迅,采集機組、主變和線路各種非 電氣量、電氣量,經(jīng)處理后上 送全廠控制層(主控級)及現(xiàn) 地顯示。 采集機組、線路、廠變有功電 度和無功電度并

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