电力负荷控制管理系统.docx
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电力负荷控制管理系统
华北电力大学（北京）电力学院
毕业设计
电力负荷控制管理系统总体设计
专业
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学生姓名
指导教师
年月日
摘要
随着电力市场由卖方市场向买方市场的转变，电力部门的经济效益将越来越取决于对供用电各环节进行管理的细致程度，其中，加强对大用户用电现场的管理是提高经济运行水平的有效途径之一。
建立大用户电力负荷管理系统，可实现大用户远程自动抄表和负荷现场管理，提高用电监测及负荷管理水平，为加强电力需求侧管理提供重要技术支持。
为了能够顺利地完成供电公司大用户用电现场管理系统的工程设计和实施，在本技术方案中，结合电量采集与配用电管理系统设计、开发和实施方面的专业技术和经验，以及在工程建设中的实际情况，面向电力公司提出的一种解决方案。
希望能为供电公司建立一套实用的、可靠的大用户用电现场管理系统，最大限度地满足供电公司在电能量采集和大用户用电现场管理现在和未来的需要，并以此提高供电公司的智能化、促进供电事业的腾飞。
本文从确保电网安全、稳定运行的角度出发，针对当前日益突出的电力供应紧张的局面，提出建设一套集实时监控、负荷预测、需求响应、智能报警、远程遥控为一体的电力负荷控制系统的设计思路。
本方案设计的电力负荷控制管理系统，考虑了设计的规范性和可扩展性，发挥了管理系统的作用，能够有效地控制调整电力负荷，通过远程抄表维护电网的安全运行，对该地区电力负荷管理起到了积极作用。
随着互联网技术的发展及相关行业的发展，负荷控制手段也越来越丰富，能够按照市场规律做出更多的电网调峰、居民用电智能化管理、基于尖峰电价/可中断负荷激励引导柔性负荷参与电网需求响应方面的探索尝试。
关键词：
电力负荷管理，需求侧管理，电力智能化
第一章电力负荷控制管理系统的意义
第一节电力负荷控制管理系统研究的目的
近年来，随着电力需求增长旺盛，新增负荷数量以几何倍数增长。
在用电营销任务重，用电营销人员少的情况下，如何更好的提高用电管理水平，实现用电负荷的数据采集和远程监控，给用户提供优质、高效的服务是电力行业亟待解决的重要问题。
面对需求日益增长的压力，以先进的科技技术手段代替人力去完成工作，成为解决该问题的唯一方法。
而电力负荷管理系统的产生正好符合这种日益增长的用电需要。
电力负荷管理系统作为电力营销技术支持系统的组成部分，是采集客户端实时用电信息的基础平台，是电力营销、客户服务、电力需求侧响应管理的必要技术手段，为提高电力系统的管理水平和优质服务提供了基石。
本文探讨了电力负荷管理系统在用电管理方面的功能拓展和应用，本着为电力营销服务、为电力客户服务的目的，电力负荷管理系统作为电力营销技术支持系统的组成部分，以其强大的技术功能，代替了用电营销人员繁杂低效的工作，既降低了各类设备运营维护成本又降低了人员的劳动强度，同时有效地提高了电力营销人员的管理水平，为电力客户提供了便捷高效的优质服务，同时随着负荷控制管理手段的不断丰富，解决特高压一场扰动及故障，提高系统的可靠性。
我们相信随着电力负荷管理系统功能的日益强大，电力负荷管理系统必将成为未来用电营销管理现代化及电网安全运行必不可少的手段之一。
第二节电力负荷控制管理系统研究的意义
1.负荷预测准确性
进行用电管理的一个重要环节是进行负荷预测，其中电网供电能力比较容易确定，而客户的实际负荷难以衡量。
利用负荷管理系统可实时监控客户的实时负荷，采用线性回归、时间序列、指数平滑和基于温度准则法进行短期或中长期电量及负荷预测，提高了负荷预测的准确性。
因此，负荷管理系统成为开展用电管理的重要技术支持系统。
负控中心可从每天的监测信息中筛选出各类信息，提高负荷预测准确度，方便深入了解负荷特性，为制定有序供电方案提供科学依据。
也可对客户的用电状况进行实时监测，有助于在用电高峰时段实行移峰填谷。
2.与电力营销系统实现了数据共享，确保数据的唯一性
电力负荷管理系统作为数字化营销系统的一个重要组成部分，与局级营销系统之间采用了中间库方式，实现了以下的营销管理功能：
共享档案，减少重复录入的工作量。
从营销系统获取的档案包括用户基本档案、行业编码、线路编号、变电站信息等。
这些档案在营销系统中变更后及时发送到负荷管理系统，保证了负荷管理系统和营销系统基本参数的一致性。
向营销系统发送月结表码和日冻结表码。
可根据用户的结算日，在该结算日自动向营销系统发送月结表码和需量数据。
此外，系统每日向营销系统发送日冻结表码（包括正向有功、正向无功、最大需量）。
响应营销系统的电子单命令。
包括购电设置、停送电控制、取消停电控制和欠费催费通知。
其中用户购电、取消停电和催费通知由系统自动执行，停送电命令则提醒值班人员，由值班人员执行。
执行成功后，将结果回送到营销系统备查。
剩余电量（费）不足告警。
投入购电控制的用户，在剩余电量小于购电命令中的告警阈值后，系统将剩余电量（费）不足用户发送到营销系统，供营销系统查询并发送欠费催费通知。
3.为降低线损提供了科技手段
电力负荷控制管理系统的统计线损功能可按台区、线路或母线设定线损计算关系，线路或台区所有计量点电量全部通过主站采集，完成变电所、线路电量损失、母线平衡计算，实现线损分析，绘制线损曲线。
电力负荷控制管理系统自动实现线路的线损统计分析，为降低线损提供了更加科学的手段。
该系统的电力市场需求分析和预测功能模块，能自动生成电力市场需求月报。
能够分析用电量和百分比，计算系统当月最大、最小负荷以及平均负荷，计算重点行业的平均负荷。
4.优化运行方式
（1）通过负荷管理系统分析负荷已成为制定年度电力调控目标、优化电网运行方式、平衡电力资源、确保电力供应的重要依据。
（2）该系统能为客户提供用电负荷曲线，帮助客户进行用电负荷曲线优化分析、企业生产成本分析，能为客户提供合理使用电能，提高用电效率，开展能效管理等数据分析和技术指导工作，改变了供电企业为加强对用户的优质服务而进行的客户的用电特性调查，企业生产经营调查，召开客户座谈会，走访行业协会等落后方式，从而为电力客户提供了便捷高效的优质服务。
5.有效杜绝窃电的发生
通过系统的防窃电管理功能，即用户侧失压或欠压窃电、分流或断流、相序错接线、极性错接线、电量曲线突变、瞬时量取消突变、主、副表周期电量对比异常等，系统对发生的以上事件能实时主动上报，用电检查人员根据报警事件即能迅速查处异常现象，有效杜绝窃电的发生。
6.实时控制负荷，科学调配
做到不拉路限电避峰限电计划的实施，很大程度依靠加大督查力度，其效果不甚理想，而现在，负控系统就是我们的千里眼、顺风耳，使限电方案公平透明，实行有保有限。
在终端接入跳闸回路后，负控系统就是我们的无影手，可执行负荷分级控制，强制避峰限电。
通过科学调配，实现科学远程控制负荷，减少了拉路限电。
7.反应迅速，确保电网安全稳定
通过用电负荷管理系统进行用电管理，能切实提高监视准确率和控制正确率，提高电网的用电负荷率，有效减少线路拉闸，减少对居民生活用电的影响。
广泛对新增工业客户、大客户负荷加装负控装置，在系统出现需紧急限电情况时，准确在规定时间内压限用电负荷，保证电网安全稳定运行。
第二章电力负荷控制管理系统现状
本章主要介绍国内、外发展概况，或该问题目前已有的解决方法。
各种方法之间的比较等。
该章的最后一节简要介绍自己论文中的主要工作。
第一节电力信息化建设的概况
党的十八大明确提出“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”，信息化建设的重要性被提升到一个前所未有的高度。
企业的外部环境要求企业通过信息化带动生产、经营、管理水平的不断提升。
信息化规划无疑是保障信息化建设有序、良性发展的最佳手段。
电力供需矛盾突出的压力，迫使电网公司面临着日趋严峻的生产、经营形势。
同时电网企业作为垄断性企业，将来必然要求进入社会市场经济，进一步深化电力体制改革。
内外部环境的变化，都要求电网完善提升自身生产经营的管理水平，提升自身核心竞争力。
信息化系统作为众多现代化企业管理思想的载体，无疑是快速提升经营管理水平的最佳途径之一。
电力负荷控制管理是信息话的基础，为保障信息化建设的顺利进行，电力负荷控制管理系统需首先完善。
随着电力系统规模和容量的不断扩大，系统结构、运行方式日益复杂，营销服务的不断深入和细致，对营销自动化系统提出了越来越高的要求。
营销自动化的核心即电力负荷控制管理环节，当前电力负荷控制管理的系统的主要实现方式为“数据采集处理一体化、电能量数据和基础档案存储一体化、主站计算机资源一体化、无线数据通信资源一体化”，分别对大客户负荷管理模块、厂站电能量遥测模块、配变监测子模块和低压集中抄表子模块进行规划。
系统实现功能包括：
计量数据采集处理、负荷监控，进行分区、分压、分线、分台区线损统计功能等。
规划涉及计算机主站系统、远程数据通信网络以及安装在用电现场的自动化采集终端和计量表计等各个方面。
全面保证营销自动化系统的资源共享，实现系统的开发性和可扩展性。
电力负荷管理系统所需要的主流技术已经非常成熟。
目前EAI/EIP、SOA、数据库集群、精简IT架构等技术已经走出了尝试探索阶段，在电力信息化领域已经获得良好应用，积累了丰富经验，可以通过规划较好地引入电网信息化建设当中。
同时信息化发展规划已经在电力行业得到了大量的实践，信息化规划涉及数据网络、信息安全、应用系统、信息技术架构、信息化管理、信息化人才等多领域内容，规划工作本身具有较大的风险和难度。
而近几年在电力行业信息化规划实践工作中逐渐形成了成熟的模型和方案。
第二节电力负荷控制管理系统的概况
1.电力负荷控制管理系统的简述
近年来,随着电力需求增长旺盛,新增负荷数量以几何倍数增长。
在用电营销任务重,用电营销人员少的情况下,如何更好的提高用电管理水平,
实现用电负荷的数据采集和远程监控,给用户提供优质、高效的服务是电力行业亟待解决的重要问题。
面对需求日益增长的压力,以先进的科技技术手段代替人力去完成工作,成为解决该问题的唯一方法。
而电力负荷管理系统的产生正好符合这种日益增长的用电需要。
电力负荷管理系统作为电力营销技术支持系统的组成部分,是采集客户端实时用电信息的基础平台,是电力营销、客户服务、电力需求侧管理的必要技术手段,为提高电力系统的管理水平和优质服务提供了基石。
下面主要介绍电力负荷管理系统的功能特点、系统构成以及系统在实际中的应用效果。
2.当前电力负荷管理系统的功能特点
（1）数据采集功能:
能够遥测包括母线、电表、终端的各类电气参数,如实时有功功率总加、实时无功功率总加、每日和当前有功及无功功率曲线、功率最大/最小值及出现时间、最大需量及出现时间、每月、每日和当前有功及无功电能量累积值、分时有功电能量累积值、有功及无功电能量曲线、终端与电能表直接通信读取的电能表计量数据、每日和当前电压、功率因数、谐波、频率、停电时间及相关统计数据、电能计量装置工况、开关状态、事件记录数据等。
实现终端抄表、交流采样、负荷管理、数据统计分析、主站通信、远程升级功能。
（2）负荷控制功能:
负控系统终端集遥测、遥信、遥控功能为一体,具有可靠性高、容量大、兼容性好等特点。
支持按功率自动控制、电信号控制等各种控制方式,可实现功率定值闭环控制、电量定值闭环控制、远方遥控、负荷控制管理。
（3）召测分析功能:
后台主站支持终端主动上传,具有定时召测和人工召测功能,设置多套负荷曲线对比功能,并对负何前后电量数据进行全程记录,自动进行用电分析。
（4）分析制定避峰限电计划功能:
在执行数据采集管理功能的同时,可按变电站、线路、大客户制定相应的避峰限电计划,按周期或某一时段进行避峰限电效果分析,为用电管理部门制定最终的避峰限电计划提供可靠的技术分析依据。
（5）报警功能:
对掉电、断相、欠压、逆相序等异常工况自动报警。
（6）窃电监测和示警:
监控用电方计量柜、电表用电异常情况,一旦出现窃电情况,对异常情况报警,并记录发生时刻及恢复时刻。
（7）远方抄表:
实时抄读用户侧电表读数,为电费结算提供依据。
（8）支持各类报表的自动统计与生成。
第三节需求响应在电力负荷控制管理系统里的实现
1.发达地区需求响应的情况
在国内一些发达地区，大量的电力资源来自外部送电，自身调峰电厂建设收地域/环境等方面的影响趋于饱和，电网调峰压力巨大，因此响应的电力需求侧管理工作异常繁重。
经过对一些发达地区的用电情况进行统计分析，如何有效的消减短时尖峰负荷已经成为电力负荷管理方面的主要研究方向，经过对电网尖峰负荷分析，空调负荷等非工负荷已成为形成电网尖峰负荷的主要因素。
然而，传统电力负荷管理手段主要面向大中型工业用户的生产性负荷，其优点是执行对象集中，执行到位率高，单位用户执行容量大；缺点是有序用电仅由少量大中型工业用户的生产性负荷来承担，而中小型工商用户、居民用户的用电负荷不受约束，影响了地方经济的发展，也有失公平公正。
基于此，结合电力需求侧管理工作中面临的新形势，从公平公正角度出发，积极创新探索，特别是在非工空调参与电网调峰、居民用电智能化管理、基于尖峰电价/可中断负荷激励引导柔性负荷参与电网需求响应等方面进行了有益的探索，探讨一种电力负荷管理体系。
本文根据负荷的特点，对需求响应分为四个阶段：
如表2-1
表2-1电力负荷管理思路
负荷管理阶段
主要特点
主要目的
第一阶段：
传统有序用电
负荷监控全覆盖
具备4轮负控功能
解决系统大容量负荷缺额
第二阶段：
非公负荷调峰
非工空调参与削峰
柔性控制大范围应用
解决有序用电公平公正
第三阶段：
电力需要响应
尖峰电价实施
负荷响应的激励补贴
解决有序用电经济及互动
第四阶段：
负荷紧急群控
非工负荷一键式调控
负荷群快速紧急响应
解决特高压异常扰动及故障
2.电力负荷管理理论技术研究
为了更好的支撑电力负荷管理4个阶段的实践应用，需要面向工业负荷、商业负荷、居民负荷以及分布式电源/储能等，基于电力需求侧管理理论和相关政策，建立技术支撑体系，推动政府出台配套支持政策。
图1为某省所尝试的负荷管理体系。
图1负荷管理体系
在理论方面，研究面向传统负荷、居民负荷和非工负荷的全负荷管理理论，其中用户有序用电价值体系（如图2）随着值得参考。
图2有序用电价值提携
传统的有序用电安排优先选择大工业用户，因为他们的降负荷效果明显，选择较少的企业就能迅速达到预期的降负荷的效果，但这种方法显然忽视了大工业用户的利益，在一定的资源总量下，并不是效益最高的安排方法，这是对社会资源的一种浪费。
用户有序用电价值体系就是通过建立一系列的指标来评估用户参与避峰、调休、错时和检修等有序用电措施的适合程度和潜力大小，是衡量单个用户执行有序用电相关措施潜力和标准化体系。
通过对用户所在行业、用电容量等静态指标和用户保安负荷、周休日时间等有序特性指标进行分析建模，实现用户参与避峰、错峰、调休等有序用电措施的价值量化，为有序用电方案编制、计划执行提供了有效的量化依据。
在电力负荷管理技术方面，面向非工负荷（主要集中式空调负荷）、居民负荷，形成以柔性控制为特色的集中式空调调控技术，辅以智能插座用于居民用电负荷调控。
第三章电力负荷控制管理系统的设计方案
第一节电力负荷控制管理系统整体方案
1.系统建设目标
（1）数据自动采集：
自动或定时采集各大用户计量点累计电量、瞬时电量、用电事件、电能质量等供电数据，实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性，为电量结算提供准确依据。
（2）计量装置监测：
远程监测电能计量装置运行信息，分析计量故障、窃电等信息，及时发现客户异常用电。
（3）负荷控制：
动态监测用户负荷，为需求侧管理提供准确、及时的负荷数据，根据需要通知客户并通过拉闸进行控制负荷。
（4）供电质量监测：
电压合格率、功率因数合格率、供电可靠性、谐波的监测分析。
（5）统计分析：
实现各大用户计量点分时电量统计、负荷分析、线损统计与分析等。
（6）季节尖峰电价的实现，实现负荷响应的激励补贴
（7）建立智能决策系统，实现有序用电精准调控
2.系统的总体方案设计
电力负控系统是根据我国电力供应紧张状况及计划用电的政策，在全国范围内推广使用的一种用电管理措施。
它的主要功能是监控电力用户的用电状况，根据电网总的负荷情况，采取各种措施促使用户避开高峰用电，以提高国民经济的整体效益。
为此，电力负控系统具有多种监视和调控用户用电的功能。
并且，本系统主要功能确定为:
负荷监控和用电管理，同时还要为调度管理中心和用电管理信息系统等的资源共享保留可扩充的接口。
电力负荷控制管理系统主要采用辐射的分散用户集中管理方式，
由前置机、操作机和用电信息分析处理三个分系统组成。
网络结构采用标准以太网形式，内部以星形方式连接，使整个网络结构稳定，便于扩充，并且功能划分清楚，便于使用和操作。
1系统组成
本系统主要由以下几个分系统组成:
前置核心处理机分系统（简称前置机）、后台负控操作机分系统（含一次接线图子模块，简称操作机）、用电信息分析处理分系统。
下面简述各个模块的主要功能组成。
1.1前置核心处理机分系统
前置机分系统是整个系统的核心部分，单独的前置机程序的连续正常运行是系统最小运行条件。
按照负控系统实用化验收标准，前置机的主要功能可分为基本功能和扩充功能两部分:
1）基本功能包括负控数据定时自动采集（召测）与数据库录人、负控数据即时补召（补测）功能、网络通讯任务调度与传输（即时遥测遥信遥控与通话等后台指令）、自我主备状态监视与切换、全网或组的即时巡测、即时全网对时，除此以外还必须设计灵活配置有关定时和即时巡测、终端监视等方式的模块，以及有线无线通讯的无缝结合;2）扩充功能包括负控终端用户用电情况的监视（以动态棒图和曲线方式）与记录、终端通信状况统计（缺测、误码、停电、参数丢失、通话申请）、网络状态监视、面向管理员的开放的调试界面与自动排错功能、限电方案等。
另外，前置机还有一个重要功能就是充当机将所有返回数据转发给操作机，由操作机对数据进行相应处理。
原则上前置机不处理分析转发的下行或上行信息，但需要动态显示转发指令的来源（哪个工作站）、时间（本机）、结果（通讯回令状况）等信息。
前置机把所有到中断的指令进行负控描绘后，按照优先级排队来处理。
根据操作对象的通讯性质不同，建立三个排队:
有线、无线、有线中继，这三个排队除了低层的通讯操作不同，工作的原理完全一样。
然后经多信道处理后，反馈回操作机。
如果前置机的信息为“不执行”，则经“任务取消”后，返回操作机。
另外，如果出现其他故障，则跳出此循环，如图1所示。
操作机任务取消排队处理}返回}多信道处理
1.2操作机分系统
作为各类工作站的主要操作和管理平台，操作机分系统在整个电力负荷监控管理系统中是极其重要的组成部分。
操作机是实现各项电力负荷监控功能的核心模块，对负荷控制终端遥控、遥调、设置、中继站操作、智能表设置与查询等指令都集成于其中，同时它还包括了部分系统管理功能如终端（用户）档案管理、负荷数据曲线等，它是用户最常使用的操作工具。
操作机若想完成某一负控功能必须以前置机为中继，首先根据操作员指令和输人的数据利用规约处理DLL，形成一定的指令码，将该代码发给前置机，再通过调制解调器经无线信道发送到终端;终端接到该指令后，作出相应动作;反馈信息经相反的次序返回，体现到操作机的屏幕上。
为向前置机发送代码及接收其上传信息，最可行的方法就是利用TCP/IP协议通过网络实现。
1.3用电信息分析处理分系统
该模块担负着体现系统真正价值的任务，依托于负控数据库中的基本完备的内容，对其进行汇总、分析与计算，一方面建立灵活的数据组合查询机制，另一方面实现统计电费、同期负荷分析、母线平衡分析等关系到提高用户经济效益的具体分析功能。
用电信息分析子系统包括数据查询、报表管理、用电分析和用电检查四部分。
按指定条件组合，可在本系统查询各种用电数据及其他信息。
具体做法是，此系统通过对由负控系统采集的用户和地县关口的用电数据进行统计、汇总处理，生成各种报表;判断出全区监测用户和地县关口的负荷、用电量及其变化情况;系统还可以对采集的电厂（站）的发电量、发电功率的变化情况进行分析。
在对采集的用户模拟量、脉冲量数据以及与从电能表采集的模拟量数据进行比较、分析后，可以对用户的用电情况进行检查和监视，检查用户是否有窃电行为。
这样，系统就可以很有效的进行监视管理工作，从而达到三电工作的基本要求。
2系统网络结构
电力负控系统的网络结构采用标准以太网结构，内部以星型连接方式实现，局域网的外连部分使用分级星型连接，最大程度地保证整个系统的扩充性和稳定性。
另外，采用这种结构也有利于系统在将来增加其他管理工作站，而且同电力局其他系统如调度、电力局管理信息系统等的连接也将非常方便。
第二节电力负荷控制管理系统的具体功能设计
1.详细规划和设计
大用户电力负荷管理系统涉及面广，面向对象多。
在系统建设时，根据各地区电网的实际情况做出统一的规划、可研和设计，避免盲目建设和重复投资。
系统坚持高起点、高水平的原则，保证其先进性。
系统以实现需求为目标，充分结合实用、先进、可靠、经济几方面的因素。
2..功能独立性
大用户电力负荷管理系统的核心是电能量数据的准确性、负荷控制的可靠性，是其他系统所不能替代的。
系统保持相对独立性，在确保系统安全和数据安全的前提下，实现与其它系统的数据交换。
3..系统扩展性
随着技术进步及电力体制改革深化，大用户电力负荷管理系统的规模和应用都会有很大的发展变化，为保证投资效益，系统提供很好的可扩展性，满足不断增加的大用户接入需要。
4..系统开放性
系统在设计上遵循标准化的原则，在遵循统一标准的前提下，允许不同厂商的产品相互替代，另外，系统还具有良好的兼容性，以保证本系统与其他系统进行信息交换。
5..系统安全性
考虑到系统的大用户数据最终将作为计费的依据，因此系统的安全性至关重要，在系统设计与建设过程中，采用了有效的机制保证整个系统的安全性。
6..分期建设原则
由于大用户电力负荷管理系统包含面广、接入点多，在作好规划和设计的同时，从实用、发展和投资的角度出发，分期建设。
7..分档次建设的原则
各地区供电局的大用户供电规模存在很大差异，根据各地区315kVA以上大用户数量，将大用户电力负荷管理系统分为大、中、小三种类型：
1、大型：
大用户计量点数大于10000点。
2、中型：
大用户计量点数大5000点，小于10000点。
3、小型：
大用户计量点数小于5000点。
8..规范安装
为减少安装过程中出现的问题，方便运行维护，同时降低安装成本，严格按照终端安装的规范进行施工，保证终端各种要求具备功能的实现，保证终端的可靠稳定运行，保证现场计量设备不受影响。
第三节电力负荷控制管理系统的主站方案
1.数据采集
数据采集支持GPRS、CDMA等公共无线数据通信方式、拨号通信方式，同时支持网络通信、短信、GSM相接合的通信方式。
系统支持多采集服务器负载均衡、多线程并发的通信调度管理机制。
系统支持灵活配置两个或多个通道互为备用，多通道根据任务繁重程度自动均衡负载。
系统定时和随时抄录远方数据，定时采集的时间间隔和数据采集项目由授权用户灵活定义，重复召唤的次数也由授权用户灵活定义。
根据应用需要可灵活制定抄表策略。
对无法抄录的计量点，系统以多种的方式发出报警，方便值班人员进行人工召抄，对因主站故障未能抄录的数据，在系统恢复正常时，能自动补测。
表计异常、CT/PT异常、客户侧终端异常或故障等事件，能
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