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1、計(jì)算架空線路載流量如何計(jì)算架空線路載流量呢?一、通過對(duì)輸電線路導(dǎo)線溫度、接點(diǎn)溫度,計(jì)算出導(dǎo)線當(dāng)前的實(shí)際載流量 我們知道導(dǎo)線溫度國標(biāo)是70度,和載流量有什么關(guān)系,導(dǎo)線最大載流量是多少. 1.1導(dǎo)線允許載流量的計(jì)算導(dǎo)線的溫度與導(dǎo)線的載流量、環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)等有關(guān), 對(duì)于確定的環(huán)境條件,導(dǎo)線的允許載流量直接取決于其發(fā)熱允許溫度,允許溫度越高, 允許載流量越大。但是導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度受導(dǎo)線載流發(fā)熱后的強(qiáng)度損失制約,因此架空 導(dǎo)線的允許載流量一般是按一定氣象條件下導(dǎo)線不超過某一溫度來計(jì)算的,目的在于盡 量減少導(dǎo)線的強(qiáng)度損失,以提高或確保導(dǎo)線的使用壽命。允許載流量的計(jì)算與導(dǎo)體的電阻率、
2、環(huán)境溫度、使用溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、導(dǎo)線 表面狀態(tài)、輻射系數(shù)及吸熱系數(shù)、空氣的傳熱系數(shù)和動(dòng)態(tài)黏度等因素有關(guān)。導(dǎo)線的最高 使用溫度按各國的具體情況而定,日本、美國的導(dǎo)線最高使用溫度允許到90C,法國 為85C,德國、荷蘭、瑞士等國允許到80C,我國和前蘇聯(lián)允許到70Co架空導(dǎo)線載流量的計(jì)算公式很多,但其計(jì)算原理都是由導(dǎo)線的發(fā)熱和散熱的熱平衡 推導(dǎo)出來的,熱平衡方程式為Wj+WS=WR+WF式中,Wj為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的發(fā)熱功率,W/m; WS為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的日照吸熱 功率,W/m; WR為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的輻射散熱功率,W/m; WF為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的對(duì)流 散熱功率,W/m。各國在計(jì)算過程中考慮的
3、各個(gè)因素有所不同,使其公式的系數(shù)不同,但計(jì)算結(jié)果相 差不大。以英國摩爾根公式和法國的公式作比較,其計(jì)算值相差1%2%。其中英國 摩爾根公式考慮影響載流量的因素較多,并有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。但摩爾根公式計(jì)算過程較為復(fù) 雜。在一定條件下將其簡(jiǎn)化,可縮短計(jì)算過程,適用于當(dāng)雷諾系數(shù)為1003000時(shí),即環(huán)境溫度為40C、風(fēng)速為0.5m/s、導(dǎo)線溫度不超過120C時(shí),可用于直徑 為4.2100 mm的導(dǎo)線載流量的計(jì)算。載流量計(jì)算公式如下.沮丘曲+疵陽(日+% +以焚弓-( +濟(jì)歹-a:l:D式中,0為導(dǎo)線的載流溫升,C; v為風(fēng)速,m/s; D為導(dǎo)線外徑,m; 為導(dǎo)線表面的 輻射系數(shù)(光亮新線為0.230.46,
4、發(fā)黑舊線為0.900.95); S為斯蒂芬-包爾茨曼 常數(shù)5.67x10-8W/m2; ta為環(huán)境溫度,C; as為導(dǎo)線吸熱系數(shù),光亮新線為0.230.46, 發(fā)黑舊線為0.900.95; kt為t(t=0+ta)C時(shí)的交直流電阻比;Rdt為tC時(shí)直流電阻; Is為日光對(duì)導(dǎo)線的日照強(qiáng)度,W/m2。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線載流量計(jì)算,采用的就是以上 計(jì)算公式。載流量公式確定后,所選取的參數(shù)對(duì)計(jì)算載流量的影響很大,表1為收集到的有關(guān) 國家載流量的計(jì)算參數(shù)。表1有關(guān)國家載流量的計(jì)算參數(shù)邊界條件中國肆a本。技國.4美國+IEC英國P育關(guān)專 客.季4m家建議口 夏季酷嫉地區(qū)E環(huán)境湍度口40 口#q5 hP.20
5、35 口風(fēng)速而L f0.5 F0.51. 00.61 F1. 00.45 P 450.22 f日照強(qiáng)度即m與1000 41000goo*. Vgao850 PB50刀1050 萬啜切系數(shù)0.90.90. 50.50. 5C.S0. 9 -P0.9尸幅射系數(shù)q0.G Q口. 6 q0.5 q0. 6口. qo.g q導(dǎo)張溫度角3 口T0 口go中85中90 口Q15vl00 口50-120 P注:美國對(duì)日照強(qiáng)度的計(jì)算還考慮了太陽高度、太陽方位角、線路的方位角、海拔高 度等因素。其他算式均以日照強(qiáng)度綜合概括了以上因素的影響?,F(xiàn)用摩爾根公式,環(huán)境溫度ta取40C,采用中國和IEC條件,進(jìn)行載流量計(jì)算
6、, 計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2用摩爾根公式計(jì)算的載流量導(dǎo)型 號(hào)LGJ -400/20 矽LGJ -400/25 LGJ 如口/35LGj -4QQ/5Q LGJ -4Q0/65 PLGT -400/5 中國參數(shù)工曲參5955835834592EQTi608 i制1Jr導(dǎo)翳溫度+7WCJr73247S0i77&i比值q+i4 .+1.沃尸1.255 甲1.256 蘋1.253 F1雄戶1. 276 戶我國參數(shù)邛。參70729 XT4E752 i767 i數(shù).!:X導(dǎo)裁溫度+ 80Tj8而37443SG +鴕84比值4I41.201.iyy #1.199 *,1. 19& 31.S10 4通過對(duì)導(dǎo)線
7、載流量的各個(gè)邊界條件影響的分析,得出以下結(jié)論:邊界條件對(duì)導(dǎo)線載流量計(jì)算影響比較大,由于各國根據(jù)本國的條件(環(huán)境強(qiáng) 度、日照強(qiáng)度、吸熱系數(shù)等)取值各有不同,因此計(jì)算出的載流量相差較大。以我國和 正C的條件分別計(jì)算的載流量,相差在15%20%左右。因此選擇適合于本地區(qū)的計(jì)算 邊界條件是非常重要的,也是需要進(jìn)行進(jìn)一步研究的問題。導(dǎo)線表面輻射系數(shù)和表面的吸熱系數(shù),主要是由導(dǎo)線的新舊決定,雖然它們 各自對(duì)導(dǎo)線載流量有一定影響,而且影響是相反的,但它們對(duì)導(dǎo)線載流量的綜合影響要 小得多,在導(dǎo)線使用溫度范圍內(nèi),大約為1%2%。風(fēng)速對(duì)導(dǎo)線載流量影響很大:v=0.5m/s比v=0.1m/s時(shí)的載流量要大40%,
8、而v= 1.0m/s比v=0.5m/s時(shí)的載流量要增大15%20%,所以風(fēng)速的取值值得研究。 據(jù)國外研究表明,風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角不同,對(duì)載流量的大小也有影響。日照強(qiáng)度對(duì)載流量也有影響。日照強(qiáng)度為100W/m2較1000W/m2的載流量 要提高15%30%,但日照從1000W/m2減少至900W/m2時(shí),載流量?jī)H提高1%4%。(5)溫度對(duì)載流量的影響很大:從導(dǎo)線溫升e與載流量的關(guān)系可以看出,在溫升 的初始階段,載流量上升很快。環(huán)境溫度e4cr時(shí),導(dǎo)線溫升每升高5c,載流量要 增加10%; e40c時(shí),導(dǎo)線溫升每升高5C,載流量要逐漸減少,從8%降至2%??傊?,影響導(dǎo)線載流量的邊界條件,一部分為外界
9、環(huán)境條件,如風(fēng)速、日照強(qiáng)度、 環(huán)境溫度等,這是與輸電線路所處的自然條件有關(guān)。另一部分是與導(dǎo)線有關(guān)的,如導(dǎo)線 的吸熱系數(shù)、輻射系數(shù)、導(dǎo)線允許溫度、導(dǎo)線直徑等。導(dǎo)線的吸熱、輻射系數(shù)綜合影響 載流量是不大的,當(dāng)導(dǎo)線直徑(截面)一定時(shí),導(dǎo)線允許溫度的取值就成為影響載流量 的主要因素。根據(jù)以上的分析計(jì)算,提高華東電網(wǎng)現(xiàn)運(yùn)行線路的載流量有2種方法:導(dǎo)線允許 運(yùn)行溫度不變,根據(jù)運(yùn)行環(huán)境實(shí)際情況,核算線路載流量,對(duì)受限線路載流量進(jìn)行精細(xì) 管理。如通過在線測(cè)量線路的實(shí)際風(fēng)速、日照強(qiáng)度和實(shí)際環(huán)境溫度,計(jì)算確定線路的載 流量。環(huán)境溫度仍按+40 c考慮,線路風(fēng)速和日照強(qiáng)度完全按規(guī)程要求,提高導(dǎo)線允 許運(yùn)行溫度。方法
10、一的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)行運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)不變,線路運(yùn)行安全性不變,但需要研發(fā)在線風(fēng)速、 日照檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸裝置,需要一定的研發(fā)周期;方法二適合迎峰度夏時(shí)期,但導(dǎo)線運(yùn) 行溫度將超過目前規(guī)程規(guī)定導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度+70C,并由此帶來3個(gè)問題:不符合 現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)線最高溫度為+70C):對(duì)導(dǎo)線、配套金具的機(jī)械強(qiáng) 度和壽命有不同程度的影響;由于溫度提高,導(dǎo)線孤垂的增加,對(duì)地及交叉跨越空氣 間隙距離減小,影響線路對(duì)地及交跨的安全裕度,影響程度取決于線路走廊的實(shí)際情況。本文重點(diǎn)介紹通過提高導(dǎo)線允許溫度(第二種方法),確定導(dǎo)線載流量的方法。2提高導(dǎo)線允許溫度有關(guān)問題的探討2.1對(duì)導(dǎo)線及配套金具機(jī)械強(qiáng)度的影響導(dǎo)線
11、在高溫下運(yùn)行時(shí)會(huì)緩慢退火、老化,使其強(qiáng)度損失,強(qiáng)度損失隨導(dǎo)線溫度和加 熱時(shí)間的增加而增大,間斷加熱對(duì)強(qiáng)度損失具有累積作用,國際上通常認(rèn)為在電流長(zhǎng)期 作用下的導(dǎo)線瞬時(shí)破壞張力的降低不應(yīng)大于5%10%。1999年修訂線路設(shè)計(jì)規(guī)程的 調(diào)查中,得到54/7鋼芯鋁絞線的強(qiáng)度損失見表3。表3溫度對(duì)導(dǎo)線強(qiáng)度損失工作溫度廣C p運(yùn)行時(shí)司/h1 000 甲10 000 甲351 4曳4100 F-2%-3: 0% F1980年國際大電網(wǎng)會(huì)議的報(bào)告中提出鋼芯鋁絞線的強(qiáng)度損失數(shù)據(jù)說明,鋼芯鋁絞 線在短時(shí)間受熱90150C時(shí),其強(qiáng)度并未遭受損失,反而有所提高,這可能是由于其 線股在受熱后調(diào)整伸長(zhǎng)和位移使受力條件得到改
12、善,鋼芯強(qiáng)度能更好利用的結(jié)果。報(bào)告 認(rèn)為僅從導(dǎo)線耐熱的角度考慮。鋼芯鋁絞線可采用150C,但為了避免接頭氧化而損壞, 在連續(xù)運(yùn)行時(shí),它們的溫度必須不超過70 Co2002年,電力建設(shè)研究所為提高導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度進(jìn)行了單絲和整線及其配套金 具的發(fā)熱試驗(yàn),并結(jié)合我國實(shí)際情況選擇了 LGJ-185/30、LGJ-400/35、LHBGJ -400/50和ACSR -720/50等4種常用的導(dǎo)線為代表。試驗(yàn)結(jié)果表明: 絞前單絲80C持續(xù)加溫時(shí)硬鋁或鋁鎂硅合金線強(qiáng)度損失率均小于5%;導(dǎo)線溫度由70C 提高至80C,對(duì)導(dǎo)線強(qiáng)度損失率的增大不超過1%。絞前線材在恒定溫度加熱下的強(qiáng) 度損失率見圖1o2 098
13、76543?- 1o。3.06鋁合金線再54硬鋁線歸22硬鋁線0 (S3 02硬鋁線p。302植鋅鋼絲0 5060 7C 8090100110wrc圖1絞前線材在恒定溫度加熱下的強(qiáng)度損失率絞后線材持續(xù)高溫后的強(qiáng)度損失率與絞前基本相同。硬鋁線在80C條件下經(jīng)1000h 加熱后,與常溫20C相比強(qiáng)度損失率相差不到5%;鋁鎂硅合金和鍍鋅鋼線強(qiáng)度損失率沒有變化。此外,4.54、3.22和3.02硬鋁 線持續(xù)加溫90C、1000h后,強(qiáng)度損失率分別為3.91%、5.08%和6.58%;加溫100C、 1000h后,強(qiáng)度損失率分別為6%、6.76%和9.4%。由此說明強(qiáng)度損失率與線徑有關(guān),越細(xì)損失越快。結(jié)
14、果表明,4種導(dǎo)線在80C和 90C持續(xù)高溫下的綜合強(qiáng)度損失率分別小于4%和 6%。試驗(yàn)觀測(cè)的4種導(dǎo)線在高溫下溫度膨脹系數(shù)和彈性模量變化很小。歸納以上情況,可以看出提高導(dǎo)線允許最高溫度到80C,對(duì)導(dǎo)線本身來說并不影 響其安全運(yùn)行。2.2溫度受連接處接觸傳導(dǎo)面穩(wěn)定性的影響線路上的導(dǎo)線連接點(diǎn)數(shù)量非常多,以500kV單回路為例,按一個(gè)導(dǎo)線端部為一個(gè)連 接端,并按導(dǎo)線盤長(zhǎng)2km、每公里2.5基塔、耐張塔占15%計(jì)算,估計(jì)100km線路含 有3000多個(gè)壓接端頭。這些連接部件都在野外施工、運(yùn)行,承受大電流、大張力和氣 候變化的影響,處于較為苛嚴(yán)的工作狀態(tài)。大量存在于導(dǎo)線連接處的接觸傳導(dǎo)表面,經(jīng)歷長(zhǎng)期戶外運(yùn)
15、行后,難免氧化衰變。為 了避免陷入接觸電阻和溫度升高的惡性循環(huán),各國都將導(dǎo)線允許最高溫度,限制得低于 導(dǎo)線本身所能承受的溫度。1980年國際大電網(wǎng)會(huì)議架空線專業(yè)的報(bào)告提出為避免接頭氧化,在連續(xù)運(yùn)行時(shí),它們 的溫度不得超過70C。有鑒于此,1976年和1999年修訂我國線路設(shè)計(jì)規(guī)程時(shí),也對(duì) 一般線路鋼芯鋁鉸線的允許最高溫度限制為70C,對(duì)大跨越線路則允許為90C。2002年在電力建設(shè)研究所做的提高導(dǎo)線允許溫度的試驗(yàn)中,測(cè)得壓接金具溫度均低于 導(dǎo)線溫度,見圖2,交流電阻約為等長(zhǎng)導(dǎo)線的0.350.65倍,均與國內(nèi)外其他觀測(cè)結(jié)果 類似??梢娕涮捉鹁咴谳d流時(shí)的工作情況,優(yōu)于導(dǎo)線本身。導(dǎo)線溫度/笆圖2導(dǎo)線
16、溫度與金具平均溫度之差隨導(dǎo)線溫度變化關(guān)系由上述情況可見,提高導(dǎo)線允許最高溫度,并不影響其配套金具的安全運(yùn)行。2.3調(diào)整對(duì)地和交叉跨越間距對(duì)安全間距的選擇,首先要分析一下現(xiàn)行線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否合理?,F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定導(dǎo) 線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫情況或覆冰無風(fēng)情況求得的最大孤垂,不考慮由于電 流、太陽輻射引起的孤垂增大,華東地區(qū)設(shè)計(jì)導(dǎo)線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫 (+40C )來校核的。標(biāo)準(zhǔn)只要求送電線路與標(biāo)準(zhǔn)鐵路、高速公路及一級(jí)公路交叉時(shí), 如交叉檔距超過200m,最大孤垂按導(dǎo)線+70C計(jì)算。研究人員選擇了 21種導(dǎo)線,在4種氣象條件下,以傳統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算了 40、70、 80C導(dǎo)線孤垂,見表4。
17、由表4可知:對(duì)于按40C孤垂定位的500kV線路,在I、11、 III氣象類,當(dāng)l=lp時(shí),70C孤垂都能滿足規(guī)程要求,除對(duì)山巖和百年洪水位外,80、 90Cm垂也都能滿足要求。1=11時(shí),除lp=300m情況之外,70C孤垂均能滿足規(guī)程要 求,80、90C孤垂不能滿足規(guī)程要求。1=12時(shí),70、80、90C孤垂均不能滿足規(guī)程要 求。在IX氣象區(qū)中,高溫孤垂增大比I、II、W氣象分類小。當(dāng)lp=300m,l=l1時(shí), 70C孤垂已不能滿足規(guī)程要求;在任何檔距下,當(dāng)l=l2時(shí),70C均不能滿足規(guī)程要求。 表4 4種氣象條件下40、70、80C導(dǎo)線孤垂代表檔類距100 hP200 乎l&W!300
18、 4240 P400 -Psoa 中600甲3G0 4400甲R(shí)qqL500 4300 4虹WCI6G0 f700 4800 f300 中4oa fK -FOO革720 qfiOO fIF II+1 185/10 *+100/15 戶4300/25,甲O.BO hP0.95 乎1.15 hP1.30 -P1.451.50D. 80 V1. 5 F1. 50 41. 751. 90Z 00 F1.201 :英1.451.551.S0300/25 1.65H-720 4 1/25K-720 *F1 5DQ革1.75fl.TCiA 3 +Il *1 00 p2501. 503501. 3S 4450
19、2.155502. 2S 450,507501.90.2.40.552.65Z.75.052.50.朋3 15上尸400 P500600 4TOO800 900 Fgoo iloo pA E/mFA Ef m1=氏戶_f=L 中1=上戶H +5.B0 9.75 P5. 0012.-SO I/m 甲也+導(dǎo)線類VJ/m 口IX 口也菖X鄉(xiāng)Jx 2I: 口J=_Jx巨J=-rzJ=J: +nJ - (1854 + 240X2 310Q 40. 55 褓C. TO 5Q. M點(diǎn)2504Q0泓10 . 704.印11.505. 55L4;出200 P240/550. 75 W1. 00 #1. 25 曰
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21、0 點(diǎn)5W7Q02.554, 953. W5,55 *4. 15S. 10400 P0. 95 W1. 251. 50 曰6003002. 15,a SO2; E5S. OE +.W. 556 30500 r1 00 V1 30掉1. 60 F7009G01 903 IS乏. E54.20 *3. 153如6001. 00 舊1. 301. 65 日30010001.75:2. 75253:-BE 42. 904. 55TOO尸I. 001. 35 矽1. 659C011001.652 45猝D%:距+W T54. 10800 口1. 001. 35 #1. B5 刀100012001.552
22、: 25S. 103. 00 4芷603: 75丁 - C400) iX-2- P300 P400/95I. 00 FI. 301. 60 F500TOOQ:一 755. 40.3 E57 10 +4.506. 80400 P日1. 05 曰1. 401. 75 日600BOO2.404. 253. 155. 6E +3: 957. 00500尸1. 101. 45 F1. 80700900您一 1560冠54. T5 +的,SS5. 90B00 口1. 15 舊1. 50 星1. 35 日00010002.005. 10足.54. 15 4歸:30E. 15注:表中的Af1 Af2 Af3分
23、別表示70、80、90C孤垂與40C孤垂之間的差值。因此若按+70C來校核對(duì)地距離,現(xiàn)行運(yùn)行線路對(duì)地距離在設(shè)計(jì)時(shí)有很多地方已不 滿足要求。若按+40C來校核是合理的,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的對(duì)地距離就有很大的裕度。因此我們根據(jù)現(xiàn)行線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),且考慮的是在一回線路故障的情況下,提高另 一回線路的短時(shí)載流量,確定了導(dǎo)線溫度在+80Cm垂時(shí)交叉跨越和對(duì)地距離的確定原 則:若將現(xiàn)行線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)活動(dòng)目的物距離考慮操作過電壓間隙,對(duì)相對(duì)固定的目的 物考慮雷電過電壓間隙;對(duì)電桿距離增加2.5m是針對(duì)可能上桿的維修人員的活動(dòng)空間, 考慮農(nóng)器具高度一般不超過4.2m和公路限高一般不超過4.5m,大氣過電壓距離為 3
24、.2m,帶電作業(yè)距離為3.3m,根據(jù)車輛多少,確定安全裕度分別為1、2、3m。確定 在+80C孤垂下交叉跨越和對(duì)地距離,如表5所示。表5 +80C下導(dǎo)線內(nèi)控距離變.蹬物中內(nèi)桎距離花MCAn早規(guī)程要求4十如以m =規(guī)程要求!mem廣電力線48C3:.34O. 5 )S 42.5 4逋信線3- 8(3: 3+0. 5) *8. 52. 5 -p對(duì)桿頂【塔頂)5. 5C2. 5+2. 5+0. 5J- e日.S對(duì)地#8. 0(4. 5+2: 5+1)10.5/41 J/DIV$4DIV ali gn=center41+J變也物嫉內(nèi)控距爵MDYJm曰粗程要求,4 .規(guī)程要求、+70/m 4土公路q9.
25、 0 (4. 5+2. 5+2)刀10.5/11 小q等綴公路*10 0(4.5f2.5Oj;*J14辛樹術(shù)9T, 574?注:括號(hào)中2.5m和3.3m分別為操作和帶電作業(yè)間隙,4.5m考慮農(nóng)器具和公路 限高;其他為裕度:1、2、3m為安全裕度,0.5m為測(cè)量誤差。3提高線路輸送容量試點(diǎn)工作3.1工作重點(diǎn)為了緩解蘇南地區(qū)2003年迎峰度夏用電緊張形勢(shì),研究人員確定武南至斗山5265、 5266線、斗山至石牌5267、5268線,這4條迎峰度夏潮流受控線路作為提高線路輸 送容量的試點(diǎn)工程。根據(jù)以上的研究分析,確定工作的重點(diǎn)為:測(cè)量和校核這4條線路在+80C孤垂 下的交跨情況;檢查這4條線路的金具連接情況;校核這4條線路間隔的相關(guān)其他 變電設(shè)備的過流能力。通過對(duì)這4條線路交跨距離的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和+80C下的孤垂校核,共有多處交跨 未達(dá)到內(nèi)控距離,各相關(guān)供電公司對(duì)未達(dá)到內(nèi)控距離的交跨距離進(jìn)行了處理。通過對(duì)連接金具多次紅外測(cè)溫結(jié)果發(fā)現(xiàn),導(dǎo)線接續(xù)管連接良好,未發(fā)現(xiàn)溫度 異?,F(xiàn)象,對(duì)由螺栓連接松動(dòng)、螺栓銹蝕等引起溫升異常的耐張線夾,全部進(jìn)行了處
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