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同期裝置
1 概述
1.1適用范圍
YTTQ-20微機自動準同期裝置（以下簡稱YTTQ-20）基于雙32位浮點型DSP(數(shù)字信號處理器)和高速以太網(wǎng)通信技術(shù)設計，按照模塊化、組態(tài)靈活的方式設計，以極高的可靠性和先進的硬件平臺能夠充分滿足各種同期應用場合的要求。它既可用于水電站、火電廠同步發(fā)電機組的快速并網(wǎng)，又可滿足電廠、變電站實現(xiàn)并網(wǎng)自動化的要求，還可用于輸電線路的快速同期合閘，功能、性能和技術(shù)指標均處于國內(nèi)領先水平。
1.2性能特點
(1)信號處理使用TI高性能DSP,該芯片采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，能在一個周期內(nèi)完成32×32位的乘法累加運算，或者兩個16×16位的乘法累加運算；時鐘頻率最高可達150MHz即6.67ns的指令周期。雙DSP之間采用SPI通訊，保證了通訊的實時性、可靠性；
(2)采用硬件和軟件雙重化測相差技術(shù)，保證和同期合閘的可靠性；
(3)具有雙處理器冗余控制技術(shù)。雙處理器采用各自獨立的錄波和A/D采用通道，保證了數(shù)據(jù)的準確性和實時性，還對裝置的開關(guān)量出口進行實時監(jiān)測功能，確保了控制出口的準確性；
(4)具有兩個高性能10/100Mbps自適應以太網(wǎng)接口，還提供了兩個RS485接口和1個對時RS485接口；
(5)采用了4.7寸480×272的TFT高亮真彩液晶顯示，實現(xiàn)了全漢化圖形交互式顯示/操作界面，顯示內(nèi)容豐富，色彩逼真；
(6)最高支持8路對象的機組同期或線路同期；
(7)同期過程實時顯示同期表、頻率表、電壓表，顯示直觀、逼真，符合現(xiàn)場人員使用習慣；
(8)裝置可記錄32個事件信息，掉電保持；
(9)裝置可記錄最新一次同期錄波數(shù)據(jù)，可在裝置上和后臺進行顯示。
1.3邏輯功能
YTTQ-20邏輯功能配置如下：
|
序號 |
保護功能 |
|
1 |
同期捕捉 |
|
2 |
同頻合閘 |
|
3 |
無壓合閘 |
|
4 |
同期超時 |
|
5 |
待并側(cè)電壓低下限 |
|
6 |
待并側(cè)電壓超上限 |
|
7 |
待并側(cè)頻率低下限 |
|
8 |
待并側(cè)頻率超上限 |
|
9 |
自動調(diào)壓 |
|
10 |
自動調(diào)頻 |
1.4 測量功能
YTTQ-20能測量以下電氣參數(shù)：
|
序號 |
測量參數(shù) |
測量精度 |
|
1 |
系統(tǒng)側(cè)電壓（Usa、Usb、Usc） |
0.2% |
|
2 |
待并側(cè)電壓（Uga、Ugb、Ugc） |
0.2% |
|
3 |
系統(tǒng)側(cè)頻率（Fs）、待并側(cè)頻率（Fg） |
0.02Hz |
|
4 |
電壓差(△U) |
0.5V |
|
5 |
頻率差(△F) |
0.02Hz |
|
6 |
相位差(△P) |
1° |
|
7 |
頻率差加速度(△F/s) |
0.01Hz/s |
1.5 監(jiān)視功能
■開關(guān)量監(jiān)視
YTTQ-20支持22路外部無源接點信號輸入（詳細接線見附圖），裝置同時包括8路切換板檢測和24V開入量電源等內(nèi)部檢測開入。
■裝置自檢
YTTQ-20具有完善的自檢能力，當發(fā)生自檢出錯后，裝置發(fā)告警信號，并指示自檢出錯信息，自檢異常內(nèi)容包括：
● 模擬量通道錯誤
● EEPROM讀寫出錯
● 同期定值讀寫出錯
● SPI通訊出錯
● 切換板異常
● 以太網(wǎng)接口出錯
● 開關(guān)量電源出錯
1.6控制功能
■同期點控制
同期點的斷路器狀態(tài)通過輔助接點接入裝置IN08~IN16獲得，當滿足同期合閘時，裝置發(fā)和同期點斷路器操作，同時在同期不滿足同期條件時，裝置可以控制調(diào)節(jié)電壓和頻率，控制操作包括：
● 同期點的斷路器合閘操作
● 升壓出口輸出
● 降壓出口輸出
● 升頻出口輸出
● 降頻出口輸出
● 閉鎖同期裝置輸出
■信號控制
裝置包括中央信號和遠動信號，中央信號和遠動信號各種獨立，包括：
● 裝置故障信號
● 裝置閉鎖同期信號
● 同期成功信號
● 同期自動調(diào)節(jié)信號
1.7 事件記錄
YTTQ-20具有SOE事件記錄功能，可在線記錄最新發(fā)生的32條事件，并可在裝置顯示屏上顯示查看。記錄的時間分辨率小于1ms,掉電不丟失，便于分析故障原因和設備缺陷診斷。為了給事件記錄提供高精度的時間戳，YTFB-22內(nèi)置了由可充電電池供電的內(nèi)部時鐘，并可接收上一級SCADA系統(tǒng)的通信校時和GPS對時，在裝置本地修改系統(tǒng)時間。
1.8 人機接口
■YTTQ-20采用4.7寸480×272的TFT高亮真彩液晶，圖形和全中文顯示，色彩逼真，直觀大方。合理化的屏幕保護控制邏輯，有效延長液晶顯示屏的使用壽命，并在出現(xiàn)故障、告警、自檢異常時提供醒目的信號。
■彩屏上可顯示實時數(shù)據(jù)、模擬同期表、電壓表頻率表、事件記錄、同期設置、參數(shù)設置、裝置測試和系統(tǒng)信息等。
■8個高亮度LED指示燈，分別表示運行、告警、執(zhí)行、加速、減速、升壓、降壓、同期合閘。
■6個操作按鍵，用于操作菜單和當?shù)貐?shù)設置功能。
■1個復歸按鍵，專用于本地復歸故障、告警和同期合閘信號。
1.9 通訊功能
■2個10M/100M自適應以太網(wǎng)和2路RS485接口，一路GPS對時RS485接口。
■以太網(wǎng)使用Modbus/TCP規(guī)約進行通信。
■RS485接口使用Modbus/RTU規(guī)約進行通信。
2 技術(shù)性能及指標
2.1 環(huán)境條件
正常溫度： -10℃～55℃
極限溫度： -30℃～70℃
存儲溫度： -40℃～85℃
相對濕度： ≤95%，不凝露
大氣壓力： 80～110kPa
2.2 工作電源
電壓范圍： 220V±15％（交流或直流）（額定電壓為110V的必須在定貨時注明）
正常功耗： ＜20W
最大功耗： ＜30W
電源跌落： 200ms
上電沖擊： 4A
隔離耐壓： 3kV
2.3 控制電源
額定電壓： 220V（交流或直流）（額定電壓為110V的必須在定貨時注明）
過載能力： 60％～120％額定電壓，連續(xù)工作
隔離耐壓： 4kV
2.4 交流電壓回路
額定電壓： 100V（線電壓）或100/√3（相電壓）
功率消耗： ＜0.5VA/每相
過載能力： 2倍額定電壓，連續(xù)工作
隔離耐壓： 4kV
2.5 開關(guān)量輸入回路
額定電壓： 24VDC（由裝置內(nèi)部電源提供）
功率消耗： 2mA（IN01～IN32）
分 辨 率： ＜1ms
隔離耐壓： 4kV
2.6 繼電器輸出回路
分斷電壓： 250VAC、220VDC
分斷功率： 1250VA交流或120W直流（電阻性負載）
500VA交流或75W直流（電感性負載）
工作電流： 5A,連續(xù)工作
隔離耐壓： 4kV
動作時間： ＜5ms
觸點材料： 銀上鑲金
電氣壽命： 2,000,000次
機械壽命： 20,000,000次
2.7 測量精度
電 壓： ＜0.5V
頻 率： ＜0.02Hz
相 位： ＜1°
合 閘 相 差： ＜2°
導 前 時 間： ＜2ms
頻 率： ＜0.02Hz
2.8 絕緣性能
絕緣電阻： 各電氣回路之間 ＞500MΩ（500V兆歐表）
各電氣回路與地 ＞500MΩ（500V兆歐表）
工頻耐壓： 各電氣回路之間 2.5kV/50Hz,1Min
各電氣回路與地 2.5kV/50Hz,1Min
沖擊電壓： 各電氣回路之間 ±5.0kV/0.5J,1.2/50us
各電氣回路與地 ±5.0kV/0.5J,1.2/50us
高頻耐壓： 各電氣回路之間 2.5kV/2s
各電氣回路與地 2.5kV/2s
2.9 電磁兼容性能
能承受GB/T14598.14-1998（idt IEC255-22-2）標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅲ的靜電放電試驗。
能承受GB/T14598. 9-1995（idt IEC255-22-3）標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅲ的輻射電磁場干擾試驗。
能承受GB/T14598.13-1998（idt IEC255-22-1）標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅲ的1MHz脈沖群干擾試驗。
能承受GB/T14598.10-1996（idt IEC255-22-4）標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅲ的快速瞬變干擾試驗。
能承受IEC1000-4-5《電磁兼容性（EMC）》第四部分：試驗和測量技術(shù) 第五章沖擊抗干擾性試驗標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅲ的浪涌沖擊試驗。
2.10 機械性能
能承受GB7261-87-16標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅰ的振動試驗。
能承受GB7261-87-17標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅰ的沖擊試驗。
能承受GB7261-87-18標準規(guī)定的嚴酷等級Ⅰ的碰撞試驗。
3 功能及原理
3.1 主要功能
(1)控制DSP采用變化率控制技術(shù)進行同期過程的控制，管理DSP采用軟件相差閉鎖，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速同期和穩(wěn)定準確相統(tǒng)一，促成準同期高效和可靠實現(xiàn)；
(2)在電壓差、頻率差不滿足要求的情況下，能夠發(fā)出長短不同的調(diào)節(jié)脈沖，使得待并雙方的電壓和頻率快速逼近；
(3)在電壓差、頻率差滿足要求時能夠不斷檢測相角差，提前一恒定導前時間發(fā)出合閘脈沖，在電壓差、頻率差不滿足要求時能夠?qū)祥l回路進行閉鎖；
(4)能夠自動破壞同頻不同相的現(xiàn)象，加快同期并列過程；
(5)能夠自動檢測并顯示斷路器的合閘時間，有利于準確設置合閘導前時間；此外，通過這一功能，可鑒別斷路器是否有故障；
(6)準確測量并顯示待并雙方的電壓和頻率；
(7)同期并列允許的電壓差、頻率差、相角差及調(diào)節(jié)控制參數(shù)均可由用戶設定并保存；
(8)具備待并側(cè)的電壓和頻率異常保護功能，一旦出現(xiàn)待并側(cè)電壓和頻率超出給定的上下限范圍以內(nèi)時（電壓和頻率上下限值可根據(jù)用戶要求進行整定），立即閉鎖同期操作，直至電壓恢復正常為止；
(9)具備強大的事件記錄、同期錄波功能，可以保存32次故障信息，32次事件信息，最新1次錄波報告。其中信息記錄包括故障/事件的時間、操作、類型；錄波數(shù)據(jù)包括了合閘前4個周波，合閘后6個周波的詳細數(shù)據(jù)；
(10)具備完善的自檢功能，能實時檢查裝置內(nèi)部各部件的工作情況，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，將會顯示相應出錯信息，指示出錯部位，并同時以接點形式輸出報警信號。裝置失電時，也以接點形式輸出失電信號；
(11)裝置具有遠方復位信號接口，可用于中央控制臺或上位機在必要時對控制器實現(xiàn)復位操作。
3.2 基本原理
圖1 基本原理
3.2.1 同期分類
按照系統(tǒng)的不同，同期分為差頻和同頻。按照對象的不同，同期分為發(fā)電機和線路。
差頻并網(wǎng)：發(fā)電機與系統(tǒng)并網(wǎng)和已解列兩系統(tǒng)間聯(lián)絡線并網(wǎng)都屬差頻并網(wǎng)。按準同期條件并網(wǎng)時需實現(xiàn)并列點兩側(cè)的電壓相近、頻率相近時在相差為0 度時完成并網(wǎng)操作。
同頻并網(wǎng)：主要是針對電網(wǎng)環(huán)并，考慮相角差和壓差，以免造成保護動作或系統(tǒng)震蕩。
無壓合閘：斷路器兩側(cè)至少有一側(cè)滿足無壓條件的合閘。
發(fā)電機同期：其特點是電壓及頻率可調(diào)。本裝置采用調(diào)節(jié)控制模型精確計算調(diào)節(jié)量。發(fā)電機同期可以實現(xiàn)差頻并網(wǎng)和無壓合閘。
線路同期：其特點是電壓及頻率不可調(diào)。線路同期可以實現(xiàn)同期捕捉、電網(wǎng)環(huán)并和無壓合閘。
3.2.2 同期捕捉
在差頻并網(wǎng)時，特別是發(fā)電機對系統(tǒng)并網(wǎng)時，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速在調(diào)速器的作用下不斷在變化，因此發(fā)電機對系統(tǒng)的頻差不是常數(shù)，而是包含有一階、二階或更高階的導數(shù)。因為電網(wǎng)或發(fā)電機都是很大的慣性系統(tǒng)，二階及以上導數(shù)可以忽略。其數(shù)學模型如下：
其中δdq為導前角，wsi為兩側(cè)滑差，tdq為合閘導前時間。 根據(jù)以下公式不斷計算導前角。并檢測實時相角差δ，捕捉到δ=δdq 時，發(fā)出合閘信號。
不難看出獲得精確的合閘導前時間tdq（含中間繼電器）是非常重要的，因此微機自動準同期裝置要具有實測tdq的功能。采用最小二乘法原理，根據(jù)等時距的相角差量測序列{δi}，利用殘差遞推的方法預報同期點。這種法可以避免受到太多采樣誤差的影響。
3.2.3 同頻合閘
同頻合閘只可能出現(xiàn)于線路對象。例如未解列兩系統(tǒng)間聯(lián)絡線并網(wǎng)即同頻合閘。此時，并列點兩側(cè)頻率相同，但兩側(cè)會出現(xiàn)一個相角δ，δ的值與聯(lián)接并列點兩側(cè)系統(tǒng)其它聯(lián)絡線的電抗及傳送的有功功率成比例。這種情況的并網(wǎng)條件應是當并列點斷路器兩側(cè)的壓差及相角在給定范圍內(nèi)時即可實施并網(wǎng)操作。并網(wǎng)瞬間并列點斷路器兩側(cè)的相角立即消失，系統(tǒng)潮流將重新分布。因此，同頻并網(wǎng)的允許相角整定值取決于系統(tǒng)潮流重新分布后不致引起繼電保護誤動，或?qū)е虏⒘悬c兩側(cè)系統(tǒng)失步。
3.2.4 無壓合閘
有時待并斷路器的一側(cè)或兩側(cè)沒有電壓，這種情況下微機同期準同期裝置也能完成該斷路器的合閘操作。當然，這種情況微機準同期裝置無需判斷壓差、頻差、相差條件。
4 操作說明
4.1 面板說明
裝置前面板分布如圖2，各指示燈均在旁注有文字標識，并配以480*272的TFT彩色顯示界面。
圖2 裝置前面板分布圖
4.1.1 裝置狀態(tài)指示
裝置指示燈包括：運行燈、告警燈、執(zhí)行燈、加速燈、減速燈、升壓燈、降壓燈和同期合閘燈；當裝置通電后，運行燈每1秒閃爍一次；當有告警信息和自檢出錯信息時告警燈亮，無告警和自檢出錯時，按復位鍵告警燈熄滅；裝置工作在同期捕捉狀態(tài)時，執(zhí)行燈400毫秒閃爍一次；當裝置執(zhí)行升頻命令時，加速燈亮；當裝置執(zhí)行降頻命令時，減速燈亮；當裝置執(zhí)行升壓命令時，升壓燈亮；當裝置執(zhí)行降壓命令時，降壓燈亮；當裝置完成一次同期合閘時，同期合閘燈亮，裝置需要復歸才能熄滅同期合閘燈。
4.2背板布置及端子說明
圖3為YTTQ-20微機自動準同期裝置的背面端子圖；由左往右依次為電源插件，交流輸入插件，通信接口插件，CPU主板插件，信號出口插件，開關(guān)量輸入插件，8個對象切換出口插件。
圖3 背板布置圖
4.2.1 電源插件
YTTQ-20機箱最左邊是電源模塊插件，電源插件的端子定義見下表。電源輸入可為交流或直流，在接線端子上方有電源開關(guān)。屏蔽地接大地。
表 電源插件接線端子定義
|
端子號 |
端子定義 |
備注 |
|
1 |
屏蔽地 |
接地 |
|
2 |
|
|
|
3 |
＋220V |
電源輸入＋ |
|
4 |
－220V |
電源輸入－ |
|
5 |
|
|
|
6 |
裝置失電+ |
失電信號＋ |
|
7 |
裝置失電- |
失電信號－ |
|
8 |
|
|
|
9 |
|
|
|
10 |
|
|
|
11 |
|
|
|
12 |
|
|
4.2.2 交流輸入插件
YTTQ-20機箱最左邊第二個插件是交流輸入插件，交流輸入插件的端子定義見下表。系統(tǒng)電壓輸入接同期點操作插件板的系統(tǒng)電壓輸出；待并側(cè)電壓輸入接同期點操作插件板的待并側(cè)電壓輸出；電壓可以接單相和三相，也可以接線電壓和相電壓；如果接單相相電壓或線電壓，系統(tǒng)電壓接1、4端子，發(fā)電機電壓接6、9端子。
表 交流輸入接線端子定義
|
端子號 |
端子定義 |
備注 |
|
1 |
Us+’ |
系統(tǒng)電壓輸入 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
Us-’ |
|
|
5 |
|
|
|
6 |
Ug+’ |
發(fā)電機電壓輸入 |
|
7 |
|
|
|
8 |
|
|
|
9 |
Ug-’ |
|
|
10 |
|
|
|
11 |
|
|
|
12 |
|
|
4.2.3 通信接口插件
YTTQ-20機箱最左邊第三個插件是通信接口插件，通信接口插件的端子定義見下表。通信接口實現(xiàn)裝置人機交互，通訊傳輸，數(shù)據(jù)處理，記錄追憶等功能；包括2個常規(guī)RS485口，一個對時RS485口，2路10M/100M自適應以太網(wǎng)口。
表 通信插件接線端子定義
端子號
端子定義
備注
1
485A+
485A接口
2
485A-
3
485A_GND
4
485B+
485B接口
5
485B-
6
485B_GND
7
對時485+
對時485接口
8
對時485-
9
對時485_GND
10
11
12
YTTQ-20機箱最左邊第四個插件是CPU主板插件，CPU主板插件無對外引出端子。CPU主板實現(xiàn)裝置低通濾波，數(shù)據(jù)采集，頻率和相位計算，同期邏輯處理，同期合閘及調(diào)節(jié)出口控制等功能。
YTTQ-20機箱最左邊第五個插件是信號出口插件，信號出口插件的端子定義見下表。信號出口實現(xiàn)裝置中央信號、遠動信號和閉鎖其他同期裝置信號等功能。
端子號
端子定義
備注
1
裝置閉鎖中央信號
中央信號
2
裝置告警中央信號
3
自動調(diào)節(jié)中央信號
4
同期輸出中央信號
5
備用中央信號
6
中央信號公共端
7
8
裝置閉鎖遠動信號
遠動信號
9
裝置告警遠動信號
10
自動調(diào)節(jié)遠動信號
11
同期輸出遠動信號
12
備用遠動信號
13
遠動信號公共端
14
15
閉鎖輸出1+
閉鎖其他同期裝置工作1
16
閉鎖輸出1-
17
18
閉鎖輸出2+
閉鎖其他同期裝置工作2
19
閉鎖輸出2-
20
21
22
YTTQ-20機箱最左邊第六個插件是開關(guān)量輸入插件，開關(guān)量輸入插件的端子定義見下表。開關(guān)量輸入實現(xiàn)同期點選擇，同期點斷路器狀態(tài)，信號復歸，裝置檢修投入，閉鎖同期工作等狀態(tài)量監(jiān)測。
端子號
端子定義
備注
1
同期點1選擇
閉合表示同期點投入
2
同期點2選擇
閉合表示同期點投入
3
同期點3選擇
閉合表示同期點投入
4
同期點4選擇
閉合表示同期點投入
5
同期點5選擇
閉合表示同期點投入
6
同期點6選擇
閉合表示同期點投入
7
同期點7選擇
閉合表示同期點投入
8
同期點8選擇
閉合表示同期點投入
9
同期點1開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
10
同期點2開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
11
同期點3開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
12
同期點4開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
13
同期點5開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
14
同期點6開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
15
同期點7開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
16
同期點8開關(guān)狀態(tài)
閉合表示同期點斷路器合閘
17
信號復歸
閉合表示有復歸信號，復歸信號和繼電器
18
同期閉鎖
19
同期就地啟動信號
20
就地/遙控選擇
21
備用信號輸入1
22
開關(guān)量公共端
4.2.4 CPU主板插件
4.2.5 信號出口插件
表 信號出口插件接線端子定義
4.2.6 開關(guān)量輸入插件
表 開關(guān)量輸入插件接線端子定義
4.2.7 同期點操作插件
YTTQ-20機箱最左邊第七至十四個插件是同期點操作插件，同期點操作插件的端子定義見下表。同期點操作插件實現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)輸入切換輸出，調(diào)頻出口，調(diào)壓出口，同期點斷路器合閘出口等功能。
表 同期點操作插件接線端子定義
|
端子號 |
端子定義 |
備注 |
|
1 |
Us+ |
系統(tǒng)電壓輸入 |
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2 |
Us- |
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3 |
Us+’ |
系統(tǒng)電壓輸出 |
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4 |
Us-’ |
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5 |
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6 |
Ug+ |
對象側(cè)電壓輸入 |
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7 |
Ug- |
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8 |
Ug+’ |
對象側(cè)電壓輸出 |
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9 |
Ug-’ |
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10 |
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11 |
升壓出口+ |
升壓出口 |
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12 |
升壓出口- |
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13 |
降壓出口+ |
降壓出口 |
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14 |
降壓出口- |
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15 |
增速出口+ |
增速出口 |
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16 |
增速出口- |
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17 |
減速出口+ |
減速出口 |
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18 |
減速出口- |
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19 |
合閘出口+ |
合閘出口 |
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20 |
合閘出口- |
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21 |
備用出口+ |
備用出口 |
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22 |
備用出口- |
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