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安徽淮北市 曹啟申
一、現場係統情況
煤mei礦kuang因yin生sheng產chan的de特te殊shu性xing，礦kuang井jing通tong風feng係xi統tong關guan係xi到dao礦kuang山shan的de安an全quan生sheng產chan，所suo以yi通tong風feng係xi統tong在zai煤mei炭tan生sheng產chan中zhong具ju有you舉ju足zu輕qing重zhong的de地di位wei。其qi中zhong主zhu扇shan風feng機ji在zai煤mei礦kuang生sheng產chan中zhong有you著zhe最zui重zhong要yao的de地di位wei，隨sui著zhe開kai采cai和he掘jue進jin的de不bu斷duan延yan伸shen，巷xiang道dao延yan長chang，盡jin管guan風feng量liang基ji本ben不bu變bian，但dan風feng壓ya要yao求qiu卻que不bu斷duan增zeng加jia，風feng機ji需xu用yong功gong率lv也ye隨sui之zhi增zeng加jia。根gen據ju反fan風feng及ji開kai采cai後hou期qi運yun行xing狀zhuang況kuang來lai確que定ding的de主zhu扇shan風feng機ji及ji拖tuo動dong電dian動dong機ji的de功gong率lv通tong常chang遠yuan大da於yu煤mei礦kuang長chang期qi開kai采cai所suo需xu的de正zheng常chang運yun行xing功gong率lv。五wu溝gou煤mei礦kuang主zhu扇shan風feng機ji采cai用yong500KW/6KV電動機傳動，電機采用直接啟動的方式。
目前采用高壓電動機直接啟動，存在以下幾個問題：
●電能的嚴重浪費。煤礦的服務年限大多在60年以上，投產初期到井田穩定開采一般在10年左右，這就意味著有這10年nian的de時shi間jian裏li，主zhu扇shan風feng機ji一yi直zhi處chu在zai較jiao輕qing負fu載zai下xia運yun行xing。由you於yu工gong頻pin運yun行xing的de電dian動dong機ji轉zhuan速su不bu可ke調tiao節jie，隻zhi能neng通tong過guo改gai變bian風feng機ji葉ye片pian的de角jiao度du進jin行xing風feng量liang調tiao節jie，因yin此ci造zao成cheng能neng源yuan浪lang費fei，增zeng加jia了le生sheng產chan成cheng本ben。
●啟(qi)動(dong)困(kun)難(nan)，機(ji)械(xie)損(sun)傷(shang)嚴(yan)重(zhong)。主(zhu)扇(shan)風(feng)機(ji)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)啟(qi)動(dong)，啟(qi)動(dong)時(shi)間(jian)長(chang)，啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)大(da)，對(dui)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)絕(jue)緣(yuan)有(you)著(zhe)較(jiao)大(da)的(de)威(wei)脅(xie)，嚴(yan)重(zhong)時(shi)甚(shen)至(zhi)燒(shao)毀(hui)電(dian)動(dong)機(ji)。而(er)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)啟(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)單(dan)軸(zhou)轉(zhuan)矩(ju)現(xian)象(xiang)使(shi)風(feng)機(ji)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)應(ying)力(li)，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)動(dong)機(ji)、風機及其它機械的使用壽命。
●自zi動dong化hua程cheng度du低di。主zhu扇shan風feng機ji依yi靠kao人ren工gong調tiao節jie風feng機ji葉ye片pian調tiao節jie風feng量liang和he風feng壓ya，更geng不bu具ju備bei風feng量liang的de自zi動dong實shi時shi調tiao節jie功gong能neng，自zi動dong化hua程cheng度du低di。在zai故gu障zhang狀zhuang態tai下xia，如ru風feng流liu短duan路lu，將jiang對dui礦kuang井jing正zheng常chang生sheng產chan造zao成cheng嚴yan重zhong影ying響xiang。
為了礦井的安全生產和降低生產成本，提升該煤礦的自動化水平，對主扇風機進行變頻調速改造具有非常重要的意義。
二、高壓變頻改造方案
1、主回路係統方案
kaolvdaoxianchangshebeishijiyunxingdeqingkuang，meikuangzhushanzhouliufengjibianpinxitongcaiyongyituoershoudongpanglufangshi，caiyongyitaibianpinqifenbiedanduchuandongertaifengjizhongdeyitaifengjidediandongji，zhengchangqingkuangxia，yunxuyouyifuzaigongzuozaibianpinzhuangtai，lingyifuzaigongzuozaigongpinzhuangtai，yekeyiliangtaidouzaigongpinzhuangtai；
該係列變頻采用若幹個低壓PWM變(bian)頻(pin)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)串(chuan)聯(lian)的(de)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)直(zhi)接(jie)高(gao)壓(ya)輸(shu)出(chu)。變(bian)頻(pin)器(qi)具(ju)有(you)對(dui)電(dian)網(wang)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)極(ji)小(xiao)，輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)高(gao)，輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)質(zhi)量(liang)好(hao)，不(bu)存(cun)在(zai)諧(xie)波(bo)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)機(ji)附(fu)加(jia)發(fa)熱(re)、轉矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。
一拖二手動旁路係統
基本原理：它是由8個高壓隔離開關QS1～QS8組成（見左圖）。其中QS2和QS3,QS5和QS6安裝機械互鎖裝置；各隔離開關間有電氣互鎖。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態，M2工作在工頻狀態時，QS3、QS7和QS4、QS5、QS8分閘，QS2、QS1和QS6處於合閘狀態；M2工作在變頻狀態，M1工作在工頻狀態時，與M1工作在變頻狀態，M2工作在工頻狀態時類似；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處於任一狀態，其它隔離開關都分閘，兩台負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。
特點：正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態，另一負載工作在工頻狀態，也可以兩台都在工頻狀態。
同時工頻運行時1#電機通過QS7、QS3 ，2#電機通過QS8、QS6切換完成反風功能，變頻運行時通過變頻設備內部設置即可完成電機轉向的正反方向的轉換完成反風功能。
2、控製係統方案
變頻係統控製方式可以采用下述4種方式，現場用戶可以根據實際情況采用相應的一種或幾種控製方式。
A、閉環控製方式
變頻係統可以根據現場要求在變頻操作界麵上設定需要的壓力或流量值、huotongguomonigeidingxingshigeidingxuyaodeyalihuoliuliangzhi，bianpinshebeigenjushedingzhihexianchangyalihuoliuliangdefankuizhizidongbihuankongzhitiaojieshebeizhuansu，shixitongyalihuoliuliangzhiyunxingzaiyaoqiudeshedingzhi。
B、本控開環控製方式
變bian頻pin係xi統tong可ke以yi通tong過guo本ben控kong方fang式shi在zai變bian頻pin設she備bei控kong製zhi櫃gui監jian控kong界jie麵mian手shou動dong設she定ding負fu載zai設she備bei需xu要yao運yun行xing的de轉zhuan速su值zhi，變bian頻pin設she備bei自zi動dong將jiang負fu載zai設she備bei傳chuan動dong到dao要yao求qiu轉zhuan速su值zhi。
C、總線控製方式
變頻係統也可以通過RS485、Profibus/Device Net 與工廠控製係統通訊進行協調控製。
D、遠控開環控製方式
變頻調速係統可由現場DCS監控操作係統進行協調控製，根據運行工況按設定程序，實現對負載設備電動機轉速控製。
具體控製接口情況如下：
變頻係統和現場DCS監控操作係統進行通訊連接，從現場DCS監控操作係統上發出變頻器的啟動、停機等信號。變頻器反饋以下信號接入到現場監控操作係統上： (1)報警及故障信息：重故障報警、輕故障報警；(2)調速裝置的狀態信息：待機狀態、正常運行狀態、故障狀態、係統旁路狀態；（3）電機電流、轉速、電壓等。
以下為變頻器與現場DCS監控操作係統係統具體接口：
1）．變頻器需要提供的開關量輸出6：
(1) 變頻器待機狀態指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。
(2) 變頻器運行狀態指示：表示變頻器正在運行。
(3) 變頻器控製狀態指示：節點閉合表示變頻器控製權為現場遠程控製；節點斷開表示變頻器控製權為本地變頻器控製。
(4) 變頻器輕故障指示：表示變頻器產生報警信號。
(5) 變頻器重故障指示：表示變頻器發生重故障，立即關斷輸出切斷高壓。
(6)電機在工頻旁路：表示風機電動機處於工頻旁路狀態。
以上所有數字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為AC220V、3A/DC24V，1A。
2）．變頻器需要提供的模擬量2路：
(1) 變頻器輸出轉速
(2) 電機電流
變頻器提供2路4～20mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負載能力均為250Ω。
3）．需要提供給變頻器的模擬量1路：
(1) 變頻器轉速給定值
現場提供1路4～20mADC二線製電流源輸出，帶載能力必須大於250Ω，4～20mADC對應轉速低高限，須呈線性關係。
4）．需要提供給變頻器的開關量有2路：
(1) 啟動指令：幹接點，3秒脈衝閉合時有效，變頻器開始運行。
(2) 停機指令：幹接點，3秒脈衝閉合時有效，變頻器正常停機。
5、變頻器與其他電氣設備接口
1）．變頻器給高壓開關櫃的有2路：
(1)高壓緊急分斷：變頻器出現重故障時，自動分斷高壓開關，閉點有效。
(2)高壓合閘允許：變頻器自檢通過或係統處於工頻狀態，具備上高壓條件，閉點有效。
以上所有數字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為DC220V，3A。
2）．高壓開關櫃給變頻器的狀態信號1路：
(1)高壓開關分閘信號：高壓開關處於分斷時，輔助節點閉合；1個。
變頻係統具有如下特點：
變頻係統，既可以變頻調速運行，也可以投工頻運行；
為變頻器提供的交流220V控製電源掉電時，變頻器可以通過內部配置UPS供電使控製係統繼續運行達30分鍾；現場如果采用交、直流220V雙路供電時，變頻裝置能按照交流電源優先的原則進行交、直流無擾切換供電，保證供電可靠性。
在現場速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉速繼續運轉，維持機組的工況不變；
3、有關變頻改造後風機效率情況說明
fengjishebeigongpinyunxingshi，weibaozhengshengchangongyiyaoqiudeyalijiliuliangzhi，yibantongguogaibianfengmendangbandekaidumanzuyaoqiu，xiangyingdefengdaofengzuquxianyehuifashengbianhua；gugongpinyunxingdangbantiaojiefangshishiyizhongbaochifengjitexingquxianjixiaolvfanweibubian，gaibianfengdaofengzuquxianlaimanzushijigongyixuqiudefangshi，youyufengdaofengzuquxiandebianhuajiuyoukenenghuichuxianfengjiyunxingzaidixiaolvqudeqingkuang。
主zhu扇shan風feng機ji變bian頻pin改gai造zao後hou，其qi各ge轉zhuan速su點dian的de壓ya力li和he流liu量liang曲qu線xian相xiang對dui工gong頻pin時shi的de曲qu線xian是shi平ping行xing往wang下xia移yi動dong的de，相xiang應ying的de各ge速su度du點dian的de風feng機ji高gao效xiao運yun行xing區qu也ye是shi跟gen著zhe各ge轉zhuan速su點dian的de壓ya力li和he流liu量liang曲qu線xian移yi動dong的de；變頻改造後，在保持風道風阻曲線不變的情況下，通過調節風機轉速達到滿足工藝要求壓力和流量的目的；故gu變bian頻pin運yun行xing調tiao節jie方fang式shi是shi一yi種zhong保bao持chi風feng道dao風feng阻zu曲qu線xian不bu變bian，改gai變bian壓ya力li和he流liu量liang曲qu線xian來lai滿man足zu實shi際ji工gong藝yi需xu求qiu的de方fang式shi，由you於yu風feng機ji效xiao率lv曲qu線xian是shi跟gen著zhe各ge轉zhuan速su點dian的de壓ya力li和he流liu量liang曲qu線xian移yi動dong變bian化hua的de，故gu變bian頻pin改gai造zao後hou能neng保bao證zheng風feng機ji一yi直zhi運yun行xing在zai高gao效xiao率lv區qu。
4、係統散熱方案
高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)屬(shu)於(yu)大(da)型(xing)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)，對(dui)環(huan)境(jing)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)嚴(yan)格(ge)。統(tong)計(ji)多(duo)台(tai)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)，由(you)於(yu)現(xian)場(chang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao)而(er)引(yin)起(qi)的(de)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)比(bi)例(li)較(jiao)大(da)，因(yin)此(ci)總(zong)結(jie)了(le)三(san)種(zhong)方(fang)案(an)為(wei)：1、加裝風道；2、加裝空調；3、加裝空冷器。三種方案各有其適用的範圍。
1、加(jia)裝(zhuang)風(feng)道(dao)。常(chang)規(gui)的(de)設(she)計(ji)是(shi)在(zai)機(ji)櫃(gui)上(shang)麵(mian)安(an)裝(zhuang)風(feng)道(dao)，將(jiang)變(bian)頻(pin)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)直(zhi)接(jie)排(pai)放(fang)到(dao)室(shi)外(wai)，由(you)變(bian)頻(pin)器(qi)室(shi)的(de)進(jin)風(feng)口(kou)不(bu)斷(duan)補(bu)充(chong)冷(leng)風(feng)，對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)。在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)如(ru)果(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)櫃(gui)頂(ding)風(feng)機(ji)距(ju)出(chu)風(feng)口(kou)較(jiao)近(jin)（小於2米，中間無轉折），出風口可不加裝輔助排風機，否則需加裝排風機。如果進風口的現場施工存在不便，風道需有轉折，則可以考慮加裝風機強迫進風。
加裝風道的優點是成本低，可靠性高，散熱效果良好。適用於現場環境比較清潔的場合，否則就需要經常清洗濾網。
2、加裝空調就是把高壓變頻調速係統放置於一個比較封閉且相對狹小的房間內（主要是可以減小空調的容量），但(dan)要(yao)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)維(wei)護(hu)的(de)需(xu)要(yao)，然(ran)後(hou)在(zai)房(fang)間(jian)內(nei)安(an)裝(zhuang)空(kong)調(tiao)，通(tong)過(guo)空(kong)調(tiao)內(nei)部(bu)的(de)循(xun)環(huan)將(jiang)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)排(pai)到(dao)室(shi)外(wai)。空(kong)調(tiao)總(zong)體(ti)的(de)製(zhi)冷(leng)量(liang)為(wei)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)發(fa)熱(re)量(liang)加(jia)上(shang)空(kong)間(jian)製(zhi)冷(leng)所(suo)需(xu)的(de)製(zhi)冷(leng)量(liang)。變(bian)頻(pin)器(qi)發(fa)熱(re)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)選(xuan)擇(ze)，考(kao)慮(lv)一(yi)定(ding)的(de)裕(yu)量(liang)，最(zui)大(da)發(fa)熱(re)量(liang)為(wei)變(bian)頻(pin)器(qi)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)的(de)4%，如果長期運行頻率低於40Hz，則發熱量可按照變頻器額定功率的2%進行估算。空間製冷所需的製冷量，一般每平方米可以按照150瓦特計算。
jiazhuangkongtiaodeyoudianshiyouyumeiyoushineiwaikongqidezhijieliutong，rongyibaochishineihuanjingdeqingjie，danshikongtiaodekekaoxinghuiyingxiangdaoxitongdewendingxing，chucitouziheyunxingchengbenhuixiangyingzengjia。
3、加裝空冷器。空冷器是一種利用高效、環保、節jie能neng的de冷leng卻que係xi統tong，其qi應ying用yong技ji術shu在zai國guo內nei處chu於yu領ling先xian地di位wei。從cong變bian頻pin器qi出chu來lai的de熱re風feng，經jing過guo風feng管guan連lian接jie到dao內nei有you固gu定ding水shui冷leng管guan的de散san熱re器qi中zhong，散san熱re器qi中zhong通tong過guo溫wen度du低di於yu33℃的(de)冷(leng)水(shui)，熱(re)風(feng)經(jing)過(guo)散(san)熱(re)片(pian)後(hou)，將(jiang)熱(re)量(liang)傳(chuan)遞(di)給(gei)冷(leng)水(shui)，變(bian)成(cheng)冷(leng)風(feng)從(cong)散(san)熱(re)片(pian)吹(chui)出(chu)，熱(re)量(liang)被(bei)循(xun)環(huan)冷(leng)卻(que)水(shui)帶(dai)走(zou)，保(bao)證(zheng)了(le)變(bian)頻(pin)器(qi)控(kong)製(zhi)室(shi)內(nei)的(de)溫(wen)度(du)恒(heng)定(ding)。
四、風機變頻調速節能分析及計算
1、現場設備數據：
五溝煤礦風機運行工況調查表
1、設備基本情況表（銘牌）：
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風機型號 |
MAF-2100-1A |
配套電機型號 |
Y500-6 |
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額定壓力 |
2782 |
額定功率 |
500KW |
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額定流量 |
初期 139 後期176 |
額定電壓 |
6000V |
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壓力 |
初期1950 後期3400 |
額定電流 |
59.9 |
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額定轉速 |
990r/min |
額定轉速 |
988r/min |
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級數 |
/ |
效率 |
/ |
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返風方式 |
電機反轉 |
功率因數 |
0.85 |
2、運行情況表（實際運行,取10～30天數據，）：
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目前風機的調節手段 |
風機運行角度： |
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風機壓力 1680Pa |
風機流量 107 m3/s |
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電機電壓 6300V |
電機電流 38.7A |
2、工頻狀態下耗電計算
Pd：電動機功率 ； d：電動機效率 ； U：電動機輸入電壓 ；
I：電動機實際運行電流 ；cosφ：功率因子。
計算公式：Pd = ×U×I×cosφ …①
然後將電機實際工頻下運行的電流代入上麵的公式，得出電機工頻狀態下的功率Pd
實際計算方法：工頻運行下功率：Pd= ×6.3×38.7×0.85=358.9KW
3、變頻狀態下年耗電量計算
1）、風機類負載的運行特性及管路性能曲線的繪製與計算：
Pd’：電動機軸功率 ； P′：風機軸功率 ； ：電動機效率 ； ：變頻器實際效率 ；
Q：出口流量 ；H：出、入口壓力差，。
風機設備屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關係：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。通過風機數據，依據  公式可依次求得風機在采用變頻調速運行時對應的風機總功耗 。
另有，電動機效率 與電動機負荷率β之間的關係如圖一所示。
變頻器的效率 與電動機負荷率β之間的關係如圖二所示。
計算說明：
現場設備變頻改造後實際節電效果僅僅與現有設備工頻運行時的工況及電流有關，與節電計算是沒有關係的；好的節電計算僅僅能達到能為設備變頻改造提供比較準確的節電率估算的作用；變頻改造後，不管采用什麼品牌的變頻器，在設備能夠穩定運行的情況下其節電效果是基本相同的；品質優良的變頻設備能夠很好的保障用戶的節能效果和在各種生產過程正常高效地運行。
五、應用高壓變頻調速係統產生的其他效果
1、維護量減少。采用變頻調速後，無論哪種工藝條件，隨時可以通過調整轉速使係統運行在工藝要求的狀態下工作。
2、提高設備的使用壽命，大大降低維修費用以及時間。
3、工gong作zuo強qiang度du降jiang低di。變bian頻pin調tiao速su係xi統tong可ke由you主zhu控kong係xi統tong進jin行xing協xie調tiao控kong製zhi，根gen據ju運yun行xing工gong況kuang按an設she定ding程cheng序xu，實shi現xian對dui負fu載zai電dian動dong機ji轉zhuan速su自zi動dong控kong製zhi。大da大da降jiang低di了le勞lao動dong強qiang度du，提ti高gao了le生sheng產chan效xiao率lv，為wei優you化hua運yun營ying提ti供gong了le可ke靠kao保bao證zheng。
4、jianshaoleduidianwangdechongji。caiyongbianpintiaojiehou，xitongshixianruanqidong，dianjiqidongdianliuyuanyuanxiaoyuedingdianliu，qidongshijianxiangyingyanchang，duidianwangwudadechongji，jianqingleqidongjixiezhuanjuduidianjijixiesunshang，youxiaodeyanchangledianjideshiyongshouming。
5、提高功率因數
電壓源型變頻器功率因數可達0.96,采用變頻調速係統後，無需無功補償裝置就能滿足電網要求。不但提高了廠變及其它相關電氣設備的利用率、而且節約了線路能量損失，節約了經費，可謂一舉多得。
6、完善的故障診斷和保護功能
變頻器具備對電機和變頻器本身完善的保護功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接(jie)地(di)等(deng)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)設(she)備(bei)在(zai)不(bu)正(zheng)常(chang)狀(zhuang)態(tai)下(xia)長(chang)時(shi)間(jian)運(yun)行(xing)，保(bao)證(zheng)設(she)備(bei)不(bu)至(zhi)於(yu)損(sun)壞(huai)。並(bing)且(qie)，故(gu)障(zhang)信(xin)息(xi)可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)地(di)指(zhi)示(shi)故(gu)障(zhang)點(dian)，變(bian)頻(pin)器(qi)使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)書(shu)中(zhong)還(hai)有(you)引(yin)起(qi)故(gu)障(zhang)的(de)原(yuan)因(yin)及(ji)排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)的(de)措(cuo)施(shi)，極(ji)大(da)地(di)方(fang)便(bian)了(le)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)排(pai)查(zha)故(gu)障(zhang)。
曹啟申，男，1977年6月出生，籍貫：安徽淮北，畢業於淮南工業學院電氣自動化專業，現任機運事業部電氣主管，工程師，從事四大件電氣技術維護、管理工作。
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