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文檔簡介

本課程主要介紹以下幾個裝置(1)備用電源和備用設備自動投入(2)自動重合閘(3)同步發(fā)電機的自動并列(4)自動按頻率減負荷(5)同步發(fā)電機的繼電強勵(6)發(fā)電機自動調節(jié)勵磁裝置(7)發(fā)電機自動調頻同步發(fā)電機自動并列裝置問題討論1、新建電廠如何將發(fā)出的電送到系統(tǒng)?2、兩個系統(tǒng)如何聯(lián)網運行?3、手動操作是否安全?自動操作怎么進行?4、同步發(fā)電機自動并列的方法和條件?

同步發(fā)電機自動并列裝置一、電力系統(tǒng)并列操作1、并列操作含義將同步電機投入電力系統(tǒng)并列運行的操作稱為并列操作或稱同期操作,進行并列操作所需要的裝置稱為同期裝置。2、對同步發(fā)電機并列操作的基本要求(1)并列瞬間,發(fā)電機的沖擊電流不應超過規(guī)定的允許值。(2)并列后,發(fā)電機應能迅速進入同步運行。3、同步發(fā)電機并列操作的方法(1)并列方法1)準同步方法:當發(fā)電機的頻率、電壓、相位分別與并列點處的頻率、電壓、相位接近時將發(fā)電機斷路器合閘,完成并列操作。特點:并列時產生的沖擊電流較小,不會使系統(tǒng)電壓降低,并列后容易拉入同步,在電力系統(tǒng)中廣泛采用。2)自同步方法:將未加勵磁接近同步速的發(fā)電機投入系統(tǒng)并同時給發(fā)電機加上勵磁,在原動力矩、同步力矩的作用下拖入同步。特點:并列速度快,并列時產生的沖擊電流較大,同時發(fā)電機要從系統(tǒng)中吸收無功,會引起系統(tǒng)電壓下降。(2)并列操作方法(以準同步為例)1)手動操作:電壓、頻率調整、合閘均手動;2)自動操作:電壓、頻率調整、合閘均自動;3)半自動操作:電壓、頻率調整手動、合閘自動。4、同步點:凡兩側有電源可進行并列操作的斷路器為同步點。如下圖所示。2、準同步并列條件(1)準同步并列的理想條件

同步發(fā)電機準同期并列時,即觸頭閉合瞬間必須滿足以下三個條件:

1)發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓相等。

2)發(fā)電機頻率和系統(tǒng)頻率相等。

3)發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓相角應相同。

(2)準同步并列的實際條件:

1)壓差限制在(5~10)%額定電壓;

2)頻差整定在(0.1~0.25)HZ、或0.2~0.5%fe;

3)合閘后相角差接近0°(一般不應超過5°)4、同步條件檢查1)整步電壓包含同步條件信息量的電壓。分為正弦整步電壓(圖2-5c)和線性整步電壓(圖2-6)(全波和半波)。線性整步電壓又分為全波和半波線性整步電壓。

整步電壓{正弦整步電壓線性整步電壓滑差電壓:并列斷路器兩側瞬時值之差稱為滑差電壓。用us表示。

us=uG-usysUs經過圖2-5(b)整流濾波便得到正弦整步電壓uzb。

正弦整步電壓(一)正弦整步電壓正弦整步電壓的特點:(1)通過測量uzb的最小值可以判斷電壓差是否滿足要求。(2)δ=0°,整步電壓出現(xiàn)最小值;δ=180°,整步電壓出現(xiàn)最大值,正弦整步電壓反映相角差大小。(3)由于uzb與t是非線性關系,在性能上不如線性整步電壓。即:(1)正弦整步電壓的最小值判斷壓差的大小(2)正弦整步電壓的頻率或周期判斷頻差的大小(3)正弦整步電壓的大小反映相角的大?。ǘ┚€性整步電壓&半波線性整步電壓框圖Us經過圖2-7便得到半波線性整步電壓uzb。

半波線性整步電壓的特點:見P102、全波線性整步電壓:(同極性有輸出)Us經過圖2-9便得到全波線性整步電壓uzb。全波線性整步電壓比半波整步電壓具有更好的線性工作特性,其他則與半波整步電壓類似。全波線性整步電壓的特點:全波線性整步電壓上升部分的斜率:全波線性整步電壓下降部分的斜率:(1)全波線性整步電壓的斜率:反映頻差的大?。?)全波線性整步電壓的最大值對應

δ=0?(或360?)(3)全波線性整步電壓的最小值對應

δ=180?2)合閘脈沖命令的發(fā)出及導前時間脈沖的產生1、恒定越前一時間發(fā)出;約為0.1~0.7s2、恒定越前一相角發(fā)出;見P.7和P.11。線性整步電壓通過比例-微分電路及電平檢測獲得。(1)線性整步電壓(最大值對應)通過圖2-11比例-微分電路及電平檢測獲得。(2)線性整步電壓(最大值對應δ=0°

)通過圖2-12比例-微分電路及電平檢測獲得。。小結1、同步發(fā)電機并列的方法2、準同步并列的要求3、準同步并列的實際條件4、整步電壓(1)正弦整步電壓的特點(2)全波線性整步電壓的特點5、導前時間脈沖的獲得方法思考題P412-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-72.3.3頻差大小的檢測(一)比較導前時間脈沖和導前相角脈沖出現(xiàn)的先后次序檢查頻差大小1、導前相角脈沖的形成導前δ=0的固定相角δad的脈沖為恒定相角脈沖,uδ.ad導前相角脈沖的形成:2、工作原理:通過比較恒定導前時間脈沖與恒定導前相角脈沖出現(xiàn)的先后秩序,達到檢測頻差的目的。2.4頻差方向的鑒別2.4.1利用發(fā)電機方波電壓和系統(tǒng)方波電壓鑒別頻差方向頻差大小檢查的區(qū)間在180o<δ<360o頻差方向檢查的區(qū)間在0o<δ<180o(一)利用[uG]和[usys]的后沿與[ug]和[usys]的g高低電位的對應關系檢出頻差1、頻差方向鑒別的區(qū)間:2、頻差方向鑒別的工作原理:在區(qū)間通過比較[uG]和[usys]的后沿與[ug]和[usys]的高低電位的對應關系檢出頻差方向。(1)當[usys]后沿對應[uG]的高電位,或[uG]的后沿對應[usys]的低電位則發(fā)電機的頻率小于系統(tǒng)頻率(fg<fsys)。(2)當[usys]后沿對應[uG]的低電位,或[uG]的后沿對應[usys]的高電位則發(fā)電機的頻率大于系統(tǒng)(fg>fsys)。2.4.2直接比較usys和uG周期的長短檢測頻差方向2.5壓差大小和方向的鑒別2.5.1壓差大小的鑒別:作用:檢查壓差的大小。2.5.2壓差方向的鑒別:作用:在壓差不滿足要求的情況下,檢定發(fā)電機的電壓是否比系統(tǒng)高,如發(fā)電機的電壓比系統(tǒng)高,發(fā)減勵磁脈沖;反之發(fā)增加勵磁的脈沖。小結1、導前相角脈沖的獲得方法;2、導前時間脈沖獲得方法;3、頻差大小檢測的原理及檢測區(qū)間;4、頻差方向檢測的原理及檢測區(qū)間;思考題:2-9作業(yè):2-11、2-13、2-16三、準同步并列裝置的基本構成原理

根據(jù)準同期并列的條件可見,任何自動準同期裝置都應完成兩個基本任務:

一是自動檢測待并發(fā)電機與系統(tǒng)間電壓幅值差和頻率差是否滿足并列條件,若滿足條件則自動控制發(fā)出合閘脈沖,保證合閘相角差在允許范圍之內。

二是當電壓幅值差和頻率差不滿足要求時,閉鎖合閘控制回路,并迅速對待并發(fā)電機發(fā)出調節(jié)電壓和頻率的控制脈沖信號。

為完成基本任務,自動準同期并列裝置一般由四個單元構成:整步電壓信號發(fā)生器單元,電壓差控制單元,頻率差控制單元以及合閘相角差控制單元。如下圖所示。

31)整步電壓信號發(fā)生器單元

其任務是為并列條件的分析、判斷和控制提供檢測信息。(整步電壓:包含有并列條件信息,便于準同期并列分析用的信號電壓)2)電壓差控制單元

其功能是檢查發(fā)電機電壓與系統(tǒng)側電壓的幅值差,若超出允許偏差時,閉鎖合閘脈沖輸出,判別壓差方向,調節(jié)待并發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的給定值,升壓或降壓,使發(fā)電機和系統(tǒng)電壓的幅值差在允許范圍之內。

3)頻率差控制單元

其功能是檢測滑差角頻率(兩個電壓相量相對旋轉角速度),,若超出允許偏差時,閉鎖合閘脈沖輸出,判別頻差方向,調節(jié)待并發(fā)電機組轉速控制系統(tǒng)的給定值,升速或減速,使滑差角頻率在允許偏差范圍內。

4)合閘相角差控制單元

其任務是當電壓差和頻率差符合允許偏差時,允許輸出恒定導前時間的合閘脈沖。它不僅控制發(fā)出合閘脈沖的導前時間(以斷路器主觸頭接通=0時作為時間參考點,合閘脈沖須提前于它發(fā)出,所提前的時間稱為導前時間),而且控制合閘脈沖是否發(fā)出。

四、自動準同期并列裝置的類型(一)恒定越前時間自動準同期并列準同期并列時,調節(jié)發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的頻率基本相等(注意,不能完全相等),在發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的相角差△δ為零之前一個恒定時間向發(fā)電機斷路器發(fā)出閉合信號,將發(fā)電機并入電力系統(tǒng)。下圖是恒定越前時間自動準同期并列的基本構成圖。

2.6ZZQ-5型自動準同步裝置ZZQ-5由合閘部分、調壓部分、調頻部分、電源部分構成。2.6.1合閘部分;(一)作用(任務):在壓差、頻差均滿足要求的情況下,導前(δ=0°)tad時間發(fā)出合閘脈沖。(二)構成:1、導前時間獲得部分;2、頻差檢測部分;3、壓差控制部分;4、邏輯部分:對頻差檢查、壓差控制部分的輸出和導前時間脈沖進行邏輯判斷,當滿足準同步條件時發(fā)出合閘脈沖。2.6.2調頻部分(1)作用:鑒別頻差的方向,當發(fā)電機頻率高于系統(tǒng)頻率,發(fā)減速脈沖;當發(fā)電機頻率低于系統(tǒng)頻率發(fā)增速脈沖。(2)構成1)頻差方向鑒別:2)調速脈沖的形成:δ在0°~180°發(fā)調速脈沖。(3)、頻差大小檢測:(一)比較導前時間和導前相角脈沖次序檢查頻差大小(4)頻差方向鑒別(一)利用[usys]和[ug]的后沿與[ug]和[usys]的電平的對應關系檢出頻差(二)檢測usys和ug周期的長短檢測頻差方向2.6.3、調壓部分:(1)作用:1)鑒別壓差方向,分別發(fā)出減壓或升壓的脈沖;2)壓差閉鎖:當壓差滿足要求,自動解除合閘回路的閉鎖,反之閉鎖合閘回路。(2)構成1)壓差方向鑒別:2)調壓脈沖的形成:3)壓差閉鎖(3)、壓差方向的鑒別:作用:在壓差不滿足要求的情況下,檢定發(fā)電機的電壓是否比系統(tǒng)高,如發(fā)電機的電壓比系統(tǒng)高,發(fā)減勵磁脈沖;反之發(fā)增加勵磁的脈沖。(4)、壓差大小檢測作用:當壓差不滿足要求閉鎖合閘回路。當壓差滿足要求開發(fā)合閘回路(允許合閘)2.6.4電源、出口、信號小結1、ZZQ-5的組成及各部分的作用2、ZZQ-5中合閘部分的構成及作用思考題:2-8、作業(yè):2-17、2-182.7數(shù)字式并列裝置2.7.1概述傳統(tǒng)自動同期并列存在的問題

恒定越前時間自動準同期并列沖擊電流小,拉入同步快,但存在以下問題和不足。

①從原理上不能保證發(fā)電機組在Δf=0時并列。這是因為如果在Δδ≠0時又同時出現(xiàn)Δf=0,這個不等于零的相角差就會一直保留下去,不能實現(xiàn)準同期并列。因此,為了實現(xiàn)恒定越前時間準同期并列,就一定不能使Δf=0。②不能保證發(fā)電機在Δδ=0時并列。目前電力系統(tǒng)中運行的恒定越前時間自動準同期裝置的恒定越前時間的獲得大都是建立在滑差角頻率ωS為常數(shù)的基礎上。而實際運行時ωS

并不能保持常數(shù)而隨時間有一些變化,這就從原理上不能保證越前時間恒定。同時加上斷路器合閘時間存在的誤差,就使得從原理上不能保證發(fā)電機在Δδ=0時并列。③均頻和均壓控制速度慢。目前運行的恒定越前時間自動準同期裝置的均頻和均壓控制命令是間歇式脈沖,控制速度慢,使得并列時間長。這對于處理系統(tǒng)事故很不利。

④恒定越前時間自動準同期裝置是獨立于機組調速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)的一種單一功能和自動裝置,這使得電廠自動裝置的種類多,不經濟。簡單說就是:(1)在壓差、頻差滿足要求的情況下以勻速準則實現(xiàn)準同期合閘。這是理想情況,實際并非如此,合閘瞬間將有很大的相角(2)為了獲得穩(wěn)定的滑差需要較長的時間。(3)由于元件老化導前時間可能變化。2.7.2硬件電路(一)主機微處理器(CPU)是控制裝置的核心。它和存儲器(RAM、ROM)一起,通常又稱為主機??刂茖ο筮\行變量的采樣輸入存放在可讀寫的隨機存儲器RAM內,固定的參數(shù)和設定值以及編制的程序,則固化存放在只讀存儲器ROM內。自動并列裝置的重要參數(shù),如斷路器合閘時間、頻率差和電壓差允許并列的閥值、轉差角加速度計算系數(shù)、頻率和電壓控制調節(jié)的脈沖寬度等,為了既能固定存儲,又便于設置和整定值的修改,可存放在E2PROM中o(二)輸入、輸出接口電路

在計算機控制系統(tǒng)中,輸入、輸出過程通道的信息不能直接與主機的總線相接,它必須由接口電路來完成信息傳遞任務?,F(xiàn)在各種型號的CPU芯片都有相應的通用接口芯片供選用。它們有串行接口、并行接口、管理接口(計數(shù)/定時、中斷管理等)、模擬量數(shù)字量間轉換(A/D、D/A)等電路o(三)輸入、輸出過程通道·

為了實現(xiàn)發(fā)電機自動并列操作,須將電網和待并發(fā)電機的電壓、頻率等狀態(tài)量按要求送到接口電路進入主機。計算機將調節(jié)量、合閘信號等輸出控制待并機組,這就需要把計算機接口電路輸出信號變換為適合于對待并機組進行調節(jié)或合閘的操作信號??梢娫谟嬎銠C接口電路和并列操作控制對象的過程之間必須設置信息的傳遞和交換設備,通常人們稱之為過程輸入、輸出通道。1.輸入通道

按發(fā)電機并列條件,分別從發(fā)電機和母線電壓互感器二次側交流電壓信號中提取電壓幅值、頻率和相角差等三種信息,作為并列操作的依據(jù)。

2.輸出通道自動并列裝置的輸出控制信號有:①發(fā)電機轉速調節(jié)的增速、減速信號;②調節(jié)發(fā)電機電壓的升壓、降壓信號·;③并列斷路器合閘脈沖控制信號。這些控制信號可由并行接口電路輸出,經放大后驅動繼電器用觸點控制相應的電路。(四)人—機聯(lián)系

(1)鍵盤——用于輸人程序和數(shù)據(jù).(2)按鈕——供運行人員操作.(3)CRT、LCD顯示器——生產廠家及現(xiàn)場應用人員調試程序或定值輸入及相關操作的顯示.(4)數(shù)碼和發(fā)光二極管顯示指示——為操作人員提供直觀的顯示方式,以利于對并列過程的監(jiān)控。2.7.3數(shù)值式并列裝置的軟件(一)電壓的檢測:(二)頻率的檢測(三)導前時間檢測1、相角的測量2、導前相角的計算3、導前相角的計算4、合閘脈沖發(fā)出(二)自動跟蹤同期并列

1、跟蹤同期并列原理框圖下圖是跟蹤同期并列原理框圖,分為跟蹤同期控制和斷路器合閘控制兩部分。跟蹤同期并列兼有自同期并列速度快和準同期并列沖擊小、拉入同步快等優(yōu)點而摒棄了它們的缺點。

跟蹤同期控制

跟蹤同期控制是一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。調速同期裝置的輸入為發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓。它自動檢測△U、△f和△δ的大小,實時控制輸入原動機的動力元素(汽輪機的進汽量或水輪機的進水量)和發(fā)電機的勵磁電流,使發(fā)電機電壓的幅值、頻率和相角分別跟蹤電力系統(tǒng)電壓的幅值、頻率和相角,控制目標是使△U、△f和△δ三者同時為零。

斷路器合閘控制

理論分析和實踐都表明,選擇合理的控制系統(tǒng)結構和控制準則,跟蹤同期控制可以實現(xiàn)△U、△f和△δ三者同時為零,且能持續(xù)較長時間。顯然,在上述三者同時為零時無論手動還是自動并列機組,都不再需要通過“恒定越前時間”來捕捉使并列相角差為零的合閘時機,這就可使發(fā)電機在理想準同期并列條件下并入電力系統(tǒng)。

2、跟蹤同期并列不需要專用硬設備

跟蹤同期并列不需要專用的硬設備。它的功能是建立在微機調速器的硬設備之上的,稱之為“調速同期裝置”。在發(fā)電機未并網之前,調速同期裝置執(zhí)行跟蹤同期控制和并列控制程序,實現(xiàn)發(fā)電機電壓對電力系統(tǒng)電壓的跟蹤,并決定是否向發(fā)電機斷路器發(fā)出合閘命令,完成發(fā)電機自動跟蹤同期并列功能。在發(fā)電機并網之后,調速同期裝置則執(zhí)行調速控制程序,完成調速器功能。3、跟蹤同期并列的并列方式

(1)手動跟蹤同期并列:手動跟蹤同期并列時,調速同期裝置只實施跟蹤同期控制,控制目標是使ΔU、Δf和Δδ三者同時持續(xù)為零,而斷路器合閘操作則是由人工手動完成的。(2)自動跟蹤同期并列:在電力系統(tǒng)正常時使用。(3)快速跟蹤同期并列:在電力系統(tǒng)事故時使用。自動跟蹤同期并列和快速跟蹤同期并列的工作機制是一樣的,只是為了在電力系統(tǒng)事故時使發(fā)電機快速并人電力系統(tǒng),快速跟蹤同期并列的合閘條件控制得比自動跟蹤同期并列寬一些。4.跟蹤同期并列的現(xiàn)狀

目前,我國生產的水輪發(fā)電機組微機調速器中已普遍設置了頻率跟蹤功能,且能很好地跟蹤電力系統(tǒng)頻率,也有幾家公司生產的微機調速器中同時設置了頻率跟蹤和相角跟蹤功能。但是,斷路器合閘控制大多是采用由專門設置的同期裝置完成。理論分析表明,跟蹤同期并列更適合在汽輪發(fā)電機組上應用。由于跟蹤同期并列沖擊小、速度快,可以使機組在理想的同期條件下并列,可以預計跟蹤同期并列終將會成為發(fā)電機與系統(tǒng)并列的主導同期并列方式。六、微機自動同期裝置

微機自動準同期裝置作為一種計算機自動控制裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件包括基于微處理器(CPU)構成的主機、輸入和輸出通道及其接口電路和人機聯(lián)系設備等。這些與一般的計算機控制裝置大同小異。微機自動同期裝置的功能主要通過軟件實現(xiàn)。各種不同形式的微機自動同期裝置的不同之處往往也表現(xiàn)在軟件上。微機自動同期裝置的研究主要集中在減少并列沖擊和提高并列速度兩個方面。

下圖是發(fā)電機微機跟蹤同期控制框圖。圖中上半部分為頻率和相角跟蹤控制框圖。圖中的中間部分是電壓跟蹤控制框圖,由電壓測量、電壓差方向檢測及電壓控制脈沖形成環(huán)節(jié)組成。其中,電壓測量采用模擬電路,將交流電壓變成于幅值成正比的直流電壓,電壓差方向檢測及電壓控制脈沖形成由軟件完成。

七、SID-2CM微機自動同期裝置(一)基本功能

1.能適應TV的不同相別和電壓值

同步裝置可以不依賴外部轉角電路和相電壓及線電壓的轉換電路。這將大大簡化二次線的設計工作量及同步接線。

2.應有良好的均頻與均壓控制品質它們應根據(jù)頻差和壓差的絕對偏差及其變化率隨時調整控制力度,以期快速且平滑地使偏差值達到整定范圍。注意同步時產生逆功率:

所謂逆功率是指在斷路器合閘瞬間,由于存在著頻差和壓差,必然會出現(xiàn)在發(fā)電機與系統(tǒng)間有功功率和無功功率的交換,功率的流向是由頻率和電壓高的那一側流人頻率和電壓低的那一側。當發(fā)電機作為被輸人功率對象時,這個功率就稱為逆功率。對于汽輪機逆向無功和有功功率是有害的,因此同步裝置在實施控制時應能設置成不產生逆功率的控制方式。3.應確保在相差為零度時同步

相角差的存在,意味著在同步瞬間,發(fā)電機定子所產生的電磁轉矩在極短的時段內要強迫轉子縱向磁軸與其取向一致。不難想像一個數(shù)百噸重的轉子軸系(包括原動機轉子、發(fā)電機轉子、勵磁機轉子)在很短時段內立即旋轉一個相當于相差的電角度會產生巨大的機械轉矩沖擊,這會導致發(fā)電機轉子繞組及軸系的機械損傷。4.應不失時機的捕獲第一次出現(xiàn)的同步時機

作為同步裝置必須在算法上確保能捕獲第一次出現(xiàn)的同步時機,而不能像那些模擬式同步裝置靠碰運氣。同步快速性的重要意義不僅在事故情況下顯得很重要,同時也能獲得良好的經濟性,因發(fā)電機在同步過程中空轉能耗也不是個小數(shù),越快同步,損耗就越少。

5.應具備低壓和高壓閉鎖功能系統(tǒng)事故會引發(fā)電壓下降和升高,TV斷線或熔絲熔斷會導致同步裝置誤判,此時都應使同步裝置進入閉鎖狀態(tài),以避免產生后果嚴重的誤同步。

6.應能及時消除同步過程中的同頻狀態(tài)

同步裝置和調速器不同,調速器的作用是跟蹤系統(tǒng)頻率,始終維持發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率相等(或相近)。而同步裝置在差頻并網時如發(fā)電機與系統(tǒng)頻率相同或很相近時是不能并網的,即使此時相角差保持在零度也不能同步。原因很簡單,一旦同步裝置發(fā)出合閘脈沖后相角差又拉大了,就會造成大的沖擊。因此,同步裝置在檢測到并列點兩側電壓同頻時必須控制發(fā)電機調速器,破壞當前的同頻狀態(tài)。一般應進行加速控制,以免同步時出現(xiàn)逆有功功率。7.應具備接入發(fā)電廠分布式控制系統(tǒng)(DCS)和變電所微機監(jiān)控系統(tǒng)(SNCS)的通信

功能自動準同步裝置應通過現(xiàn)場總線與上位計算機相連。上位機可根據(jù)工藝流程起動或退出同步裝置,并在同步過程中獲取必要的信息構造生動的畫面,使遠在集控室的值班員能監(jiān)視到同步的全過程。8.應能自動在線測量并列點斷路器合閘回路動作時間

恒定導前時間是自動準同步裝置的重要整定值,它關系到同步時的沖擊大小。僅靠電廠在斷路器檢修時所測得的數(shù)據(jù)是不準確的,因隨著斷路器運行時間的加長,其數(shù)值會發(fā)生變化。而且導前時間還應包含合閘回路中其他環(huán)節(jié)(如中間繼電器,接觸器等)的動作時間。因此,同步裝置具有在線測量合閘回路動作時間就尤為重要。

9.應賦予更多便于設計和使用的功能

1)自動轉角功能:同步接線設計的一個重要問題就是同步點選擇,選擇的原則是并列點斷路器兩側TV的

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