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全国水利行业职业技能竞赛(doc59页)
《泵站运行工技能竞赛》
第一章供电负荷分级及要求
1.1负荷分级
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级,并应符合下列规定:
一、符合下列情况之一时,应为一级负荷:
1、中断供电将造成人身伤亡时。
2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如:
重大设备损坏、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
3、中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
例如:
重要通信枢纽、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。
在一级负荷中,当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应视为特别重要的负荷。
二、符合下列情况之一时,应为二级负荷:
1、中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如:
主要设备损坏、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复等。
2、中断供电将影响较重要用电单位的正常工作。
例如:
通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷,以及中断供电将造成较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
1.2供电要求
1.2.1一级负荷的供电电源应符合下列规定:
一级负荷应由双重电源供电;当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。
一级负荷中特别重要的负荷,除应由双重电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁将其它负荷接入应急供电系统。
下列电源可作为应急电源:
独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池。
1.2.2二级负荷的供电系统,宜由两回线路供电。
在负荷较小或地区供电条件困难时,二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。
当采用电缆线路时,应采用两根电缆组成的线路供电,其每根电缆应能承受100%的二级负荷。
第二章电气主接线
2.1概述
电气主接线是指泵站中的一次设备按照设计要求连接起来,表示汇集和分配电能的电路,也可称为主电路。
电气主接线由电动机、变压器、断路器、互感器等电气设备以及它们之间的连接导体所组成,它反映泵站的电能从接受到分配的过程。
电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图。
电气主接线是泵站电气部分的主体,它与电力系统、电气设备的选择和布置、继电保护等都有密切的关系,它的型式将影响泵站配电
电连续性要求不高的二、三级负荷用户。
2.2.1.2单母线分段接线
为提高供电可靠性,可将母线分段。
单母线分段接线的特点是:
(1)当母线发生故障时,仅故障母线段停止工作,另一段母线仍可以继续工作。
(2)两段母线可以看作是两个独立的电源,提高了供电的可靠性。
(3)当一段母线发生故障或检修时,必须断开接在该段母线上的所有支路,使之停止工作。
(4)任一支路的断路器检修时,该支路必须停止工作。
单母线分段接线与单母线接线相比提高了供电可靠性和灵活性。
用隔离开关、负荷开关分段的单母线接线,适用于由双回路供电的、允许短时停电的具有二级负荷的用户。
用断路器分段的单母线接线,可靠性提高,一般可以对一级负荷供电。
2.2.1.3“站变合一”的供电管理方式
对于泵站的专用变电所,一般采用“站变合一”的供电管理方式。
它是指将专用变电所的开关设备、保护控制设备等与泵站的同类设备统一进行选择和布置。
这种供电管理方式能节省电气设备和土建投资,并且可以相对减少运行管理人员。
2.2.2电动机电压侧接线
电动机电压母线一般采用单母线接线,对于多机组、大容量和重要泵站也有采用常用单母线分段接线。
第三章泵站主要电气设备
3.1同步电动机
同步电动机是属于交流电机,定子绕组与异步电动机相同。
它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的。
同步电动机工作在过励状态,从电网吸取容性无功功率,可就地向其它感性负载提供感性无功功率,从而提高功率因数。
因此,同步电动机的功率因数一般均设计为1-0.8(超前)。
3.1.1同步电动机的起动
同步电动机不能自起动,必须借助其他方法起动。
同步电动机的起动方法有辅助电机法,变频起动法和异步起动法等。
应用最广的是采用异步起动法。
3.1.1.1异步起动法
采用异步起动法时,转子上需加设鼠笼式起动绕组,起动时,先把励磁绕组通过一个电阻短接,该电阻的阻值约为励磁绕组本身电阻的10倍左右。
异步起动时,同步电动机的励磁绕组既不能开路,也不能直接短路。
如果励磁绕组开路,由于起动时定子旋转磁场与转子的相对速度很大,励磁绕组的匝数又较多,将在励磁绕组中感应出很高的电压,可能击穿绕组的绝缘,造成人身及设备的损害。
另外,励磁绕组也不能直接短路,否则励磁绕组电流很大,将产生一个较大的附加转矩,可能使同步电动机的转速无法上升到接近额定转速。
因此,同步电动机起动时,必须在励磁绕组中串入附加电阻。
定子绕组接通电源,靠起动绕组所产生的异步转矩起动,待转速上升至接近同步转速时(约95%n0),将励磁绕组换接到励磁电源上,使转子建立励磁磁场,此时气隙磁场与励磁磁场的转速十分接近,依靠两个磁场相互作用产生的转矩,能将电动机转子牵入同步,以同步转速稳定运行。
同步电动机异步起动时,为减小起动电流,也可采用降压起动方法。
3.2异步电动机
异步电动机的额定转速和其同步转速之间有一个滑差,这个滑差是必需的,它使转子绕组或铜条在定子旋转磁场的作用下产生感应电动势和电流,从而和定子旋转磁场相互作用使转子发生旋转,故也称为感应电动机。
3.2.1异步电动机的起动
异步电动机从接通电源开始,转速由零增加到额定转速或对应负载下的稳定转速的过程称为起动过程。
为使电动机能够尽快达到额定转速,要求具有足够大的起动转矩,起动电流较小。
起动时,电动机转子电流达到最大值,一般为额定电流的5-8倍。
根据磁动势平衡关系,定子电流随转子电流作相应的变化,一般为额定电流的4-7倍。
异步电动机起动的主要问题是起动电流很大,但起动转矩不大。
3.2.1.1鼠笼式电动机的起动
(1)直接起动
将额定电压直接加在电动机的定子绕组上,使电动机起动。
这种起动方法的缺点是起动电流大,起动转矩不大;优点是起动设备简单,起动迅速。
异步电动机能否采用直接起动由电网容量、起动的频繁程度、电网允许的干扰程度、电动机的容量、型式等决定。
(2)降压起动
利用起动设备将加在电动机定子绕组上的电源电压降低,起动结束后再恢复到额定电压运行。
降压起动以降低起动电流为目的,但同时电动机的起动转矩也大大减小。
①定子回路串电抗(电阻)降压起动
电动机起动时在定子回路串入适当的电抗器或变阻器,待电动机的转速升高后,切除电抗器或变阻器,电动机在全电压下正常运行。
②星形-三角形换接降压起动
适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机。
起动时将绕组改接成星形,待电机转速上升到接近额定转速时再改成三角形。
采用星形-三角形换接降压起动,其起动电流及起动转矩均减少到直接起动时的1/3。
③自耦变压器降压起动
起动时,电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机定子绕组上,限制了起动电流,待待电机转速上升到接近额定转速时,切除自耦变压器,电动机在全电压下正常运行。
3.2.1.2绕线式电动机的起动
鼠笼式电动机直接起动电流大,起动转矩不大;利用降压起动的方法虽减小了起动电流,但起动转矩也随起动电压成倍减小,因此只适用于空载和轻载的负荷。
对于重载起动的负荷,广泛采用起动性能较好的绕线式电动机。
绕线式电动机与鼠笼式电动机最大的区别是转子绕组为三相对称绕组。
转子回路串入可调电阻或频敏变阻器,可以减小起动电流,同时增大起动转矩。
①转子回路串入电阻起动
起动过程中为了获得较大的加速转矩,缩短起动时间,并使起动过程平滑,应在转子回路串入多级对称电阻,随着转速的升高,逐步切除起动电阻。
如果绕线式电动机不接起动电阻,而采用全压起动,由电动机机械特性可知,起动转矩很小,有可能导致电动机起动困难,甚至无法起动。
绕线式电动机转子回路串入电阻起动,可以减小起动电流,同时增大起动转矩,选择适当的电阻值可使起动转矩达到最大值,因此可以允许电动机在重载下起动。
②转子回路串入频敏变阻器起动
频敏变阻器是根据涡流的原理工作,铁芯涡流损耗与频率的平方成正比。
当绕线式电动机刚起动时,铁芯中涡流损耗及对应的等效电阻最大,相当于转子回路串入了一个较大的起动电阻,起到了减小起动电流、增大起动转矩的作用。
起动后,随着转速上升,频敏变阻器的涡流损耗减小,反应铁芯损耗的等效电阻也随着减小,起到转子回路自动切除电阻的作用。
绕线式电动机在轻载起动时,一般采用频敏变阻器起动,重载时一般采用串变阻器起动。
3.2.2异步电动机的运行方式
3.2.2.1电动机的运行方式
电动机的运行方式一般分为:
正常运行方式(常指额定运行方式)、异常运行方式和事故运行方式。
1正常运行方式
1)正常运行方式
电动机的各项运行参数均在允许的范围内,温度、温升、振动等均不超过允许值,可以长期、连续地运行。
2)额定运行方式
电动机的各项运行参数均为额定值,温度、温升、振动等均不超过允许值,是正常运行方式的一种特例。
3)空载运行方式
指电动机不带负载的运行方式,也是正常运行方式的一种特例。
2异常运行方式
电动机在运行中,某一项或若干项参数超过允许值。
异常运行会缩短电动机的使用寿命。
大多数情况下,异常运行如
果得不到及时的处理会转化成事故。
③事故运行方式
电动机在运行中,某一项或若干项参数超过允许值的程度已达到足以使电动机发生损坏的情况。
电动机的事故主要分为短路、断线、绝缘击穿等电气事故和各种机械故障。
3.2.2.2电动机的绝缘电阻允许值
为了防止电动机因绝缘下降而发生相间或相对地故障,电动机在投入运行前应测量绝缘电阻。
交付运行的电动机的绝缘电阻要求使:
1)额定电压为380V的电动机的绝缘电阻不小于0.5MΩ(用500V
摇表)。
2)额定电压大于等于3kV的电动机的绝缘电阻每千伏不小于1M
Ω(用1000V摇表)。
3)绝缘电阻低于允许值,电动机不允许投入运行。
3.2.2.3电动机对频率、电压的要求
电动机正常运行对频率、电压的变化范围有一定的要求,超出了要求的范围,就会进入异常运行状态,甚至会发生事故。
电源电压的要求:
-5%-+10%的额定电压范围内。
电源频率的要求:
频率的偏离在±0.5Hz额定频率的范围内。
相间电压不平衡性要求:
不平衡度不超过5%。
相间电流不平衡性要求:
当其它各项参数满足要求时,相间电流的不平衡度不超过10%,且任何一相的电流值不超过额定值。
①电源电压降低对电动机运行的影响
若电动机的负载不变,电压降低,使电磁力矩下降,引起电动机的转速下降,转子感应电动势增加,转子电流增加,从而使定子电流增加,对电动机的正常运行不利。
②电源电压上升对电动机运行的影响
若电动机的负载不变,电压升高,使电磁力矩上升,引起电动机的转速上升,转子感应电动势减小,转子电流减小,从而使定子电流减小,但另一方面,由于电动机定子铁损与电压的平方成正比,电源电压升高会使电动机定子铁损增加,引起铁芯的温度上升。
③频率变化对电动机运行的影响
若电动机的外加电压不变,频率与电动机铁芯的磁通成反比。
频率的下降会导致电动机每极的磁通增加,从而使得产生磁通的激磁电流增加,引起无功电流的增加,使得电动机的功率因数降低,增加定子电流,电动机温度升高。
④三相电压、电流不平衡电动机运行的影响
三相电压不平衡主要是由于电源电压不对称引起,三相电流不平衡则主要是由于负载不对称引起。
无论是三相电压不平衡还是三相电流不平衡,均会导致电动机磁通的不对称,引起电动机的局部发热,电动机的振动增加,严重时可能会损坏电动机。
3.2.2.4电动机的允许温度、温升
电动机在运行中总是存在铜损(电流流过电阻的损耗)和铁损(铁芯损耗,由磁通引起),它们均会转化为热量引起电动机温度的升高。
电动机的绝缘材料在高温的作用下会加速老化,引起绝缘的降低。
电动机在运行中既不能使温度超过允许值,也不能使温升超过允许值。
电动机各部位的允许温度、温升如下:
表一P≥5000kW
电动机
部位
A级绝缘
E级绝缘
B级绝缘
F级绝缘
H级绝缘
温度
温
升
温度
温
升
温
度
温
升
温
度
温
升
温
度
温
升
定子绕组
105
65
125
85
145
105
170
130
转子绕组
100
60
115
75
120
80
145
105
165
125
定子铁芯
100
60
120
80
145
105
165
125
表二200kW<P<5000kW
电动机
部位
A级绝缘
E级绝缘
B级绝缘
F级绝缘
H级绝缘
温度
温
升
温度
温
升
温
度
温
升
温
度
温
升
温
度
温
升
定子绕组
100
60
115
75
120
80
145
105
165
125
转子绕组
100
60
115
75
120
80
145
105
165
125
定子铁芯
100
60
115
75
120
80
145
105
165
125
3.2.3大功率异步电动机的软起动
软起动可以分为有级和无级两类,前者的调节是分档的;后者的调节是连续的。
有级的的软起动,如Y/△变换软起动、自耦变压器软起动等。
无级调节主要有三种:
以电解液液阻限流的软起动、以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动、以磁饱和电抗器为限流元件的磁控软起动。
变频器也是一种软起动装置,而且是比较理想的一种,它可以在限流的同时保持高的起动转矩。
目前使用变频器一般都是着眼于调速,常常不把它归类于软起动装置。
3.2.3.1液阻软起动
液阻是一种由电解液形成的电阻,它导电的本质是离子导电。
其阻值正比于二块电极板的距离,反比于电解液的电导率,极板距离和电导率都便于控制,且液阻的热容量大。
液阻的这两大特点(阻值可以无级控制和热容量大),恰恰是软起动所需要的。
但液阻软起动也有如下缺点:
1)基于液阻限流,液阻箱容积大,且一次起动后电解液通常会有10℃~30℃的温升,使软起动的重复性差;
2)移动极板需要一套伺服机构,移动速度较慢,难以实现起动方式的多样化;
3)液阻软起动装置液箱中的水,需要定期补充。
电极板长期浸泡于电解液中,表面会有一定的锈蚀,需要作表面处理;
液阻软起动装置可以串在绕线式电动机转子回路中以实现重载软起动,在软起动过程中不产生高次谐波。
3.2.3.2晶闸管软起动
目前在低压范围内,晶闸管软起动产品的主要性能大大优于液阻软起动。
与液阻软起动相比,它的体积小,结构紧凑,几乎免维护,功能齐全,启动重复性好,保护周全,这些都是液阻软起动无法达到的。
但是,晶闸管软起动也有如下缺点:
1)高压产品的价格较液阻高出很多;
2)晶闸管引起的高次谐波较严重。
3.2.3.3磁控软起动
磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。
将三相电抗器串在电源和电动机定子之间实现降压是两者的共同点。
磁控软起动不同于电控器软起动的主要点是其电抗值可控。
总体说来,启动开始时电抗器的电抗值较大,在软起动过程中,通过反馈调节使电抗值逐渐减小,及至软起动完成后被旁路短接。
电抗值的变化是通过控制直流励磁电流,改变铁芯的饱和度实现的,故称磁控软起动。
电抗值的调节是静止的,无接触的,非机械式的。
所以,在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。
磁饱和电抗器具有一定的惯性,这使得磁控软起动的快速性比晶闸管软起动慢一个数量级,而对于电动机系统的大惯性来说,磁控软起动的惯性是不足为虑的。
磁饱和电抗器产生的高次谐波比工作于斩波状态的晶闸管要小一些。
磁控软起动装置需要有相对功率较大的辅助电源,噪声较大则是其不足之处。
3.2.3.4变频器
变频器可以设定为软启动工作方式,并在大功率电机的起停控制中得到广泛的应用。
3.3电力变压器
3.3.1变压器的允许运行方式
3.3.1.1温度与温升的允许运行方式
(1)允许温度
运行中的变压器由于铜损耗和铁损耗的原因,温度必然会升高。
铁损耗基本不变,铜损耗与电流的平方成正比变化。
随着长时间温度的作用,变压器绝缘材料的原有绝缘性能会降低,温度越高,绝缘老化越快。
通过试验得知,当变压器绝缘材料的工作超过允许的长期工作最高温度时,每升高8℃,其使用寿命减少一半。
这是变压器运行的8℃原则(干式变压器为10℃原则)。
油浸式变压器的最高温度到最低温度的秩序依此为:
绕组-铁芯-上层油温-下层油温。
变压器绕组热点温度的额定值(长期工作的允许最高温度)为正常的寿命温度,变压器绕组热点温度的最高允许值(非长期的)为安全温度。
油浸式变压器的绝缘材料一般为A级,其最高的耐热温度为105℃,也就是说油浸式变压器绕组的最高允许温度为105℃。
由于绕组的平均温度约比油温高10℃,因此油浸式变压器上层油温最高允许温度为95℃,考虑到油温对油的劣化作用,故上层油温的允许值一般不超过85℃。
(2)允许温升
允许温度是反映变压器绝缘材料耐受温度破坏的能力,允许温升是反映变压器绝缘材料承受对应热的允许空间。
绝缘材料一旦确定,其承受热的空间温度就不允许超过对应的允许值。
变压器温度与周围环境温度的差值叫温升,温升的极限值叫允许温升。
因此A级绝缘的油浸式变压器,周围环境温度为+40℃,上层油的允许温升不超过55K。
变压器在运行中,不仅要监视上层油温,同时要监视上层油的温升。
这是由于变压器内部介质的传热能力与周围环境温度的变化不是成正比的,当周围环境温度下降很多时,变压器外壳的散热能力大大增加,而变压器内部的散热能力却提高很少。
当变压器在环境温度很低的情况下带大负荷或超负荷运行时,由于外壳散热能力的提高,尽管上层油温尚未超过允许值,但是上层油的温升已经超过允许值,这样的运行也是不允许的。
变压器在任何环境条件下运行,其温度、温升都不能超过允许值。
3.3.1.2变压器的允许过负荷
在正常的冷却条件下,变压器负载的变化,是导致变压器温度波动的根本原因。
过负荷电流或短路电流是导致变压器温度突变从而影响寿命的根本原因。
根据对变压器的影响及时间的关系,变压器的负载可分为正常周期性负载、长期急救周期性负载和短期急救性负载三种。
(1)正常周期性负载:
变压器在额定条件下或在周期性负载下运行,一段时间环境温度较高或超过额定电流,可以由其它时间内环境温度较低或低于额定电流,在热老化方面等效补偿。
变压器可以在正常周期性负载下正常运行。
(2)长期急救周期性负载:
要求变压器长时间在环境温度较高或超过额定电流的情况下运行。
这种运行方式将导致变压器的加速老化,在不同程度上缩短变压器的寿命,应尽量减少出现这种运行方式,必须要采用的话,应尽量缩短超额定电流运行的时间、超额定电流的倍数。
当变压器存在较严重的缺陷或绝缘有弱点时,一般不应超额定电流运行。
(3)短期急救性负载:
要求变压器短时间大幅度超额定电流运行。
这种运行方式可能导致变压器绕组热点温度达到危险的程度,应尽量压缩负载、减少运行的时间,一般不超过0.5h。
3.3.1.3变压器运行的允许电压
由于系统运行方式的改变、负载的变动及发生事故等,电压总会有一定的波动,变压器一次绕组的电压也会有一定的波动。
当电压低于变压器分接头电压时,对变压器本身并无损害,但会变压器的容量不能得到充分利用。
当电压高于变压器分接头电压较多时,会对变压器的运行产生不利的影响,使铁芯损耗增加,变压器所消耗的无功功率增加,从而使变压器的实际出力降低。
按照变压器的运行规范,变压器的运行电压一般不应高于运行分接额定电压的105%,对于特殊的使用情况,允许在不超过110%的额定电压下运行,此时允许的电流值应遵守相关的规定。
3.4无功补偿装置
3.4.1无功功率
供、配电系统中的电气设备,大多是根据电磁感应原理工作的。
变压器是通过电磁场改变电压,并将电能由原边绕组传送到副边绕组;电动机也是通过磁场才能传动。
磁场所具有的能量由电源提供,但是变压器和电动机在能量转换过程中所建立的交变磁场,在一个周期内,如果设备在线路上吸收(上半周)和释放回线路上(下半周)的功率相等,它们只是与电源之间进行能量的互换,在设备上并未消耗真正的能量,这种没有被设备消耗的功率称为感性无功功率,这类设备称为电感性负荷。
同样,在一个周期内,如果设备释放回线路上(上半周)和在线路上吸收(下半周)的功率相等,这种功率称为容性无功功率,这类设备称为容性负荷。
3.4.2无功补偿方式
对于电力系统而言,在高压侧或低压侧均可进行补偿。
但是,如果在低压侧进行补偿,既可减少变压器、输电线路等的损耗,又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压,所以补偿电容器的安装越靠近负载端,对用户而言越可获取较大的经济效益。
理论上而言,无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功,就在哪里补偿,整个系统将没有无功电流的流动。
但在实际电网当中这是不可能做到的。
因为无论是变压器、输电线路还是各种负载,均会需要无功。
所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式:
①变电所集中补偿;②配电线路分散补偿;③负荷侧集中补偿;
④用户负荷的就地补偿。
对于低压配网无功补偿,通常采用负荷侧集中补偿方式,即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置,随着负荷的变化,自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
按照电压质量和无功电力管理的相关规范要求,无功补偿的原则是分散补偿、就地平衡。
补偿的方式为高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主。
110kV及以下电压等级主变压器二次侧功率因数应为0.90及以上;100千伏安及以上容量的变压器二次侧功率因数应为0.90及以上(10kV配电变压器容量在100千伏安及以上,必须进行无功补偿)。
3.4.3无功补偿设备的现状
传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等。
但是并联电容器阻抗固定不能动态的跟踪负荷无功功率的变化;而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备,其损耗、噪声都很大,还不适用于太大或太小的无功补偿。
所以这些设备已经越来越不适应
电力系统发展的需要。
20世纪70年代以来,随着研究的进一步加深出现了一种静止无功补偿技术。
所谓静止无功补偿是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器,使其具有吸收和发出无功电流的能力,用于提高系统的功率因数,稳定系统电压,抑制系统振荡等功能。
目前这种静止开关主要分为两种,即断路器和电力电子开关。
由于用断路器作为接触器,其开关速度较慢,不可能快速跟踪负载无功功率的变化,而且投切电容器时常会引起较为严重的冲击涌流和操作过电压,这样不但易造成接触点烧焊,而且使补偿电容器内部击穿,所受的应力大,维修量大。
目前所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备,主要有以下三大类型,一类是具有饱和电抗器的静止无功补偿装置;第二类是晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器,这两种装置统称为SVC;第三类是采用自换相变流技术的静止无功补偿装置——高级静止无功发生器ASVG,它是通过将自换相桥式电路直接并联到电网上或者通过电抗器并联到电网上。
ASVG根据直流侧采用电容和电感两种不同的储能元件,可以分为电压型和电流型两种,无论是电压型,还是电流型的ASVG
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- 全国水利行业职业技能竞赛doc 59页 全国 水利 行业 职业技能 竞赛 doc 59
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