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制作人:赵峰华能山东石岛湾核电有限公司运行部HTR-PM启动停堆系统一、系统概述二、系统功能三、系统设备四、系统运行五、仪表及控制六、系统冷却目录一、系统概述概述HTR-PM两座反应堆需顺序启动和停堆,系统设置有两套启动停堆系统,每堆一套。在核岛启动停堆过程中,由于直流式蒸汽发生器在单堆功率低于30%额定功率的区域为介质参数不稳定区域,因此在该功率区间蒸汽发生器产生的蒸汽不能直接送入汽轮机,需要通过专设的启动停堆系统及旁路系统的配合,将该部分热量输送至最终热阱并回收部分工质。二、系统功能功能建立核岛二回路的启停循环,在机组的启停阶段负责匹配核岛二回路出口蒸汽参数与汽轮机进口蒸汽参数要求;满足两座反应堆顺序启停的要求;尽可能回收在启停阶段的工质。三、系统设备总述启动停堆系统主要包括以下设备和部件:汽水分离器、扩容器、疏水箱、疏水泵,汽水分离器压力、液位调节阀、关断阀及相关的管路系统等。三、系统设备汽水分离器功能:分离蒸汽和液体。低温蒸汽作为除氧器、轴封用汽,冷却的水回收至扩容器。原理:大量含水的蒸汽进入汽水分离器,并在其中以离心向下倾斜式运动。根据比重的不同,夹带的水份由于速度降低而被分离出来。被分离的液体流经疏水阀排出,干燥的蒸汽从分离器出口排出。参数:0.1-5.0MPa三、系统设备扩容器功能:降温降压原理:扩容降压、喷水减温。参数:正常运行由U型水位控制管对其进行水位控制。三、系统设备疏水箱及疏水泵回收工质:将汽水分离器分离出的水通过疏水泵送往凝汽器(已建立真空情况下),进行工质回收。疏水箱液位高出正常值时,可通过溢流管路自流到雨水井。四、系统运行流程说明HTR-PM每座反应堆各配有一套启动停堆系统。在反应堆启动过程中,只有一台反应堆启动完成后,才能进行第二座反应堆的启动,且第二座反应堆的启动需在汽水分离器至旁路阀的管线已冷却到300℃以内时方可启动。系统图如下。四、系统运行系统启动(冷态启动)蒸汽发生器出、入口参数详见1#NSSS系统和汽机冷态启动曲线第一阶段反应堆启动前机组各辅助系统投运正常。除盐水箱内水位正常,化学补水可用,凝汽器补水完毕,放射性检测水池可用,化学排水泵可用,工业水、消防水系统可用,仪用压缩空气可用,辅助电锅炉可用,循环水系统、开式循环水系统、闭式循环系统、抽真空系统、轴封系统、盘车、辅汽等系统正常并投运。 四、系统运行系统启动(冷态启动)投入主凝结水系统,对低压系统和除氧器进行清洗,待水质合格后,投入除氧器加热。

启动电动给水泵,通过再循环管道加快除氧加热至105℃,此时除氧器加热汽源采用辅助蒸汽,维持除氧器内压力0.01MPa—0.02MPa(表压)。联系水化验站值班员投入给水加氨系统。给蒸汽发生器上水:用电泵或凝结水输送泵进行给水管道注水。蒸汽发生器上满水后,逐渐提升泵出口压力,当调节阀压力达13.9MPa时投入自动控制,调整给水泵转速和给水调整门,当给水量达到129.6t/h时,进行冷态冲洗。四、系统运行系统启动(冷态启动)当疏水泵前含Fe2+<1000μg/L,将水排往凝汽器,投入凝结水精处理。待蒸汽发生器给水水质合格后,停止冲洗,反应堆准备启动。检查润滑油系统、调速油系统、顶轴油泵、盘车装置工作正常。投入汽封冷却器。由辅助电锅炉给高中压缸、低压缸轴封送汽。

四、系统运行系统启动(冷态启动)打开加热管道上的疏水门。机组冷态启动先抽真空后送轴封。关闭真空破坏门,并注水。打开主蒸汽管道、调节门、导管、抽汽管道及本体所有疏水门。开启主机抽空气门,凝汽器压力达45kPa(暂定)以下,反应堆具备启动条件。1#反应堆进入启动过程。

冷态启动先送轴封会使上下缸温差过大,局部过热,胀差增大。四、系统运行系统启动(冷态启动)第二阶段,反应堆启动初期,过冷水阶段在0~140分钟,1#反应堆蒸发器(SG)出口温度由105℃度升至336.07℃。此时SG出口压力为13.9MPa。汽水分离器中压力控制在0.12~5.0MPa。由汽水分离器下部的疏水调节阀控制汽水分离器水位。四、系统运行系统启动(冷态启动)SG出口温度达到~264.2℃时,汽水分离器中压力将稳定在5.0MPa,汽水分离器中产生饱和蒸汽,且汽水分离器内水位正常。开启汽水分离器至旁路管线阀门,由旁路阀控制汽水分离器内部压力维持在5.0MPa,蒸汽经由旁路阀,参数降为0.6MPa,158.8℃,经过减温减压后进入凝汽器喉部的二级减温减压器,进入凝汽器。四、系统运行系统启动(冷态启动)汽水分离器中的水位由其水位调整阀调整,疏水进入疏水扩容器。疏水扩容器内的水经由U型水位控制管进入疏水箱。疏水箱内的水由疏水泵打入凝汽器(此时再循环管路阀门开启,满足疏水泵最小流量的要求)。

四、系统运行系统启动(冷态启动)第三阶段,汽水两相流阶段,SG出口为汽液两相流(13.9MPa,336.07℃)

此过程大约持续96分钟(根据反应堆启动曲线)。具体过程如下:当蒸汽温度达到336.07℃时,此时SG出口已经开始有蒸汽产生,在堆功率为15.77%时,SG出口全部为饱和蒸汽,此段过程中汽水分离器中的压力仍然由旁路阀控制在5.0MPa。四、系统运行系统启动(冷态启动)第四阶段,过热蒸汽阶段I(蒸汽的参数:13.9MPa,温度336.07℃~400℃)

SG出口全部为过热蒸汽,此段时间大约在134分钟(根据反应堆启动曲线)。在SG出口蒸汽参数达到13.9MPa、400℃以前,汽水分离器内的水位处于低低水位时,汽水分离器至凝汽器之间的阀门依次关闭,疏水系统停止运行,待疏水箱内水温降低至常温后,疏水箱内的水经过放水阀排至雨水井。四、系统运行系统启动(冷态启动)当SG出口蒸汽参数为13.9MPa,400℃时,SG出口的蒸汽参数开始稳定,缓慢开启汽水分离器出口汽轮机冲转气动调节阀,关小汽轮机旁路阀,并控制汽轮机前压力维持在4.0MPa,315℃,汽轮机开始冲转,流量达5.6kg/s时发电机并网,流量在3分钟达到16.7kg/s,即发电机5%初负荷(防止发电机逆功率)保持17分钟。此过程流程图见附件。此过程中,进入汽轮机的蒸汽量是由汽轮机进汽调节阀控制,多余的蒸汽经过旁路阀排放至凝汽器。四、系统运行系统启动(冷态启动)第五阶段,过热蒸汽阶段II,汽轮机SG出口全部为过热蒸汽(蒸汽参数:13.9MPa,400℃~571℃)此段时间大约在250分钟(根据反应堆启动曲线)。

SG出口的蒸汽参数已经稳定,汽轮机冲转结束,汽水分离器出口汽轮机冲转气动调节阀逐渐开大直到全开,同时主蒸汽管道阀门逐渐开大,使进入汽轮机的蒸汽流量、压力和温度逐渐增加。四、系统运行系统启动(冷态启动)当1#SG蒸汽参数达到13.9MPa,571℃额定值,堆功率达到22.1%时,旁路阀门全部关闭。此时汽轮机进汽参数为13.24MPa,566℃,稳定后,主汽管道上的关断阀门缓慢全开。1#反应堆升至满功率,1#反应堆启动完毕。四、系统运行系统启动(冷态启动)2#反应堆启动。此时1#反应堆已经运行,汽水分离器至旁路阀的管线已冷却到300℃以内。第一阶段详见1#反应堆启动第二阶段,反应堆启动初期,过冷水阶段2#SG出口水温在172.9℃~336.07℃饱和温度以下,此段时间大约160分钟(根据反应堆启动曲线)在0~160分钟,SG出口温由172.9℃升至336.07℃。此阶段同1#启动,初温不同(1#由105℃到336.07℃),其它阶段详见1#反应堆启动。四、系统运行系统启动(冷态启动)第三阶段详见1#反应堆启动。第四阶段,SG出口全部为过热蒸汽(蒸汽参数:13.9MPa,温度336.07℃~571℃)

此段时间大约在250分钟。此时SG出口的蒸汽参数已经稳定,控制2#SG出口介质的压力13.9MPa;2#SG出口蒸汽为过热蒸汽时,旁路阀控制汽水分离器中的压力为5.0MPa,蒸汽通过旁路排放。

四、系统运行系统启动(冷态启动)第五阶段,过热蒸汽阶段II,汽轮机SG出口全部为过热蒸汽(蒸汽的参数在13.9MPa,571℃)。此阶段的蒸汽全部通过旁路阀排放,此段时间大约在50分钟。当2#SG蒸汽参数达到13.9MPa,571℃额定值时,由汽水分离器入口调节阀控制蒸汽发生器出口压力维持在13.9MPa,主蒸汽管道上阀门缓慢打开,汽轮机缓慢升功率,汽轮机控制进汽量,多余蒸汽通过旁路阀排放。当反应堆升功率至67%,主蒸汽管道上阀门全开,汽水分离器退出运行。2#反应堆升至满功率,2#反应堆启动完毕。四、系统运行系统启动核岛的2#NSSS系统热态及极热态(热态初始状态:1#NSSS系统满功率运行,2#NSSS系统停堆,高中压进汽缸上部调节级内壁温度大于400℃;极热态初始状态:汽机停机小于1小时,金属温度大于460℃)启动过程与2#NSSS系统冷态相仿(见启动曲线图),区别是各阶段的时间不同。核岛的温态和热态启动过程与其冷态相仿(见启动曲线图1、2),区别是汽轮机冲转的蒸汽参数不同(温态4.0MPa,400℃;热态4.0MPa,483℃),各阶段的时间不同(冷态冲转时间17分钟,温态冲转时间10分钟,热态冲转时间5分钟)。四、系统运行系统启动核岛的极热态启动过程(不停堆工况)见启动曲线(初始状态:1#NSSS系统满功率运行,2#NSSS系统停堆,汽机停机小于1小时,金属温度大于460℃),启动过程与冷态相仿,区别是汽轮机冲转的蒸汽参数不同(极热态4MPa,530℃)、各阶段的时间不同,冲转时在汽轮机进汽量为16.7kg/s时,无需停留时间,尽快通过。因超过400℃即消耗分离器的使用寿命,故此工况无实际意义。

四、系统运行系统停运(2#堆停堆)1号堆额定运行,2号堆准备停堆(启动系统所有阀门均处于关闭状态);见图2#NSSS系统正常停闭曲线,初始状态:1#和2#NSSS系统满功率运行,汽机100%负荷运行。2号堆降功率至约17%(汽轮机额定功率),2号堆出口蒸汽参数为13.9MPa,571℃,流量36kg/s;投入汽水分离器并控制其压力5.0MPa,稳定后,汽轮机开始降功率至50%,旁路阀配合调节流量。

四、系统运行系统停运(2#堆停堆)当汽轮机功率降至50%稳定后,主蒸汽管道上阀门关闭、蒸汽通过汽水分离器、旁路阀进入凝汽器,反应堆开始降功率。蒸汽发生器出口蒸汽参数从571℃降至336.07℃,在此过程中,汽水分离内的水位达到正常值时,控制汽水分离器内在正常水位,疏水经过扩容器、疏水箱和疏水泵进入凝汽器。

反应堆继续降负荷,汽水分离器压力低于5.0MPa时,旁路阀关闭。当反应堆功率降到零,蒸汽发生器进出口水温一致时,2号堆对应的给水泵停运。汽水分离器内无水位时,疏水各阀门依次关闭,2号堆停堆结束。

四、系统运行系统停运(1#堆停堆)2号堆已经停堆,1号堆准备停堆;(启动系统所有阀门均处于关闭状态),初始状态:1#NSSS系统满功率运行,2#NSSS系统正常停堆,汽机50%负荷运行。见图1#NSSS系统和汽机正常停闭曲线。

1号堆降负荷至17%,1号堆出口蒸汽参数为9MPa,571℃,流量36kg/s;投入汽水分离器,由旁路阀维持汽水分离器内的压力13.9MPa,旁路阀相对应的减温水阀开启),稳定后,主蒸汽管道上的阀门关闭。四、系统运行系统停运(1#堆停堆)反应堆开始降功率同时汽轮机降负荷,蒸汽发生器出口蒸汽由571℃降至400℃稳定一段时间,同时汽轮机的进汽压力从13.24MPa降至4.0MPa。稳定一段时间,降到4.0MPa后,汽轮机进汽量继续减少,直至到3kg/s,汽轮机停机。在这过程多余的蒸汽通过旁路阀排放到凝汽器。汽轮机停机后,由旁路阀维持汽水分离器内的压力为5.0MPa。反应堆继续降功率。在此过程中,控制汽水分离器处于正常水位,疏水经过扩容器、疏水箱和疏水泵进入凝汽器。四、系统运行系统停运(1#堆停堆)当蒸汽发生器出口蒸汽参数为13.9MPa、264.2℃以下,汽水分离器内的压力低于5.0MPa,调节阀后无蒸汽产生时,旁路阀关闭。蒸汽发生器出口的水经过汽水分离器、疏水扩容器、疏水箱、疏水泵进入凝汽器;当反应堆功率降到零,蒸汽发生器进出口水温一致时,1号堆对应的给水泵停运;汽水分离器内无水位时,其水位调节阀、疏水至凝汽器的阀门、疏水泵依次关闭,1号堆停堆结束;汽水分离器上的大气排放阀开启,将内部的热量释放后关闭。四、系统运行特殊工况当1#或2#反应堆正常运行,2#或1#反应堆正在启动阶段时,发生汽轮机甩负荷事故。如果正在运行的2#或1#反应堆在1#或2#反应堆启动阶段发生汽轮机甩负荷事故,则反应堆产生的蒸汽均由相应的反应堆SG出口大气释放阀排放(根据清华提供的资料,该释放阀的排放容量为单台堆容量的108%);如果此阀发生故障,反应堆出口的安全阀起跳(根据清华提供的资料,反应堆出口设置2个先导式安全阀,每个安全阀的排放容量均为单台堆容量的108%)。

四、系统运行特殊工况当两台反应堆正常运行,其中一台反应堆发生故障停堆。当两台反应堆正常运行,其中一台反应堆发生故障停堆,该反应堆入口给水关断门和反应堆出口蒸汽关断门关闭,反应堆余热靠核岛余热排出系统带走,汽轮机最大产生50%负荷阶跃,该堆对应的给水泵停运,出口蒸汽关闭。四、系统运行特殊工况当两台反应堆正常运行,汽轮机发生甩负荷事故。当两台反应堆正常运行,汽轮机发生甩负荷事故时,旁路阀在3s内开启,50%左右蒸汽经过旁路阀减温减压后进入凝汽器。50%左右多余蒸汽通过核岛大气释放阀排入大气,反应堆出口的安全阀起跳(根据清华提供的资料,反应堆出口设置2个先导式安全阀,每个安全阀的排放容量均为单台堆容量的108%)。

四、系统运行特殊工况当1#或2#反应堆正常运行,2#或1#反应堆正在停堆阶段时,发生甩负荷事故。

如果正在运行的2#或1#反应堆在1#或2#反应堆停堆阶段发生甩负荷事故,则反应堆产生的蒸汽均由相应的反应堆SG出口大气释放阀排放;如果此阀发生故障,反应堆出口的安全阀起跳。

四、系统运行特殊工况外电网故障甩负荷:在电厂稳定功率运行过程中,由于外电网出现故障,需要将外电网断开,此时不会引起反应堆停堆,并允许在一定时间内带厂用电负荷运行。

外电网故障引起汽轮机部分或全部甩负荷。汽轮机的蒸汽旁路系统动作,排出多余蒸汽到凝汽器。因为旁路流量只有额定容量的50%,在开始阶段可能无法实现功率的匹配,导致蒸汽压力和温度的升高,则通过大气排放阀直接将多余蒸汽排放到大气;四、系统运行特殊工况在蒸汽旁路系统和蒸汽排放动作的同时,控制两座反应堆的功率,按照-20%FP/min的最大功率下降速度降到50%额定功率;维持反应堆在50%额定功率运行,发电机带厂用电运行,多余蒸汽通过蒸汽旁路系统排放到冷凝器。同时,尽快修复电网,重新并网带负荷。如果电网在短时间内(1小时左右)无法修复,则停汽轮机并执行正常停堆过程。如果甩负荷时造成了反应堆停堆,则反应堆进入热停堆状态。

五、仪表及控制仪表

仪表与控制作为启停堆系统的一部分,主要描述了仪表与控制的基本信息及设计要求。蒸汽发生器(SG)出口压力每台蒸汽发生器出口至汽水分离器入口隔离阀前管道上设置三台冗余的压力变送器。指示功能:操纵员可在主控室内监测蒸汽发生器出口压力,并根据压力指示对系统进行判断并选择合理操作。控制功能:反应堆启停期间,压力信号作为汽水分离器入口气动调节阀的输入信号,调节该阀门维持蒸汽发生器出口压力。同时,该信号送至核岛控制系统,参与给水泵转速的控制,共同维持蒸汽发生器出口压力。

五、仪表及控制仪表汽水分离器入口调节阀后压力每台汽水分离器入口调节阀后管道上设置一台压力变送器,变送器量程范围应覆盖蒸汽发生器出口最大运行压力。指示功能:启停堆系统投运期间,该压力通道用于汽水分离器入口调节阀后压力的在线性能监视。五、仪表及控制仪表汽水分离器压力每台汽水分离器本体上设置三台冗余的压力变送器。指示功能:启停堆系统投运期间,操纵员可在主控室内监测汽水分离器内压力,并根据压力指示对系统所处阶段进行分析。控制功能:在机组启停期间,压力信号作为主蒸汽系统液控旁路阀的输入信号,调节该阀门开度来控制汽水分离器内压力,以满足机组启停过程中各工况下汽水分离器压力曲线的要求。五、仪表及控制仪表疏水泵出口压力

每台疏水泵出口设置一只就地压力表。指示功能:用于疏水泵出口压力的就地监测。五、仪表及控制仪表蒸汽发生器出口温度每台蒸汽发生器出口至汽水分离器入口隔离阀前管道上设置两只热电偶,热电偶量程范围覆盖蒸汽发生器出口最大运行温度。指示功能:启停堆系统投运期间,操纵员可在主控室内监测蒸汽发生器出口温度,并根据温度指示对系统进行判断并选择合理操作。五、仪表及控制仪表汽水分离器入口调节阀后温度每台汽水分离器入口调节阀后管道上设置一只热电偶,热电偶量程范围应覆盖蒸汽发生器出口最大运行温度。指示功能:温度通道用于汽水分离器入口调节阀后温度的在线性能监视。

五、仪表及控制仪表汽水分离器出口温度

每台汽水分离器出口隔离阀前管道上设置三只热电偶,用来测量汽水分离器出口隔离阀前温度以及汽水分离器出口蒸汽过热度计算。热电偶量程范围应覆盖汽水分离器最大运行温度。指示功能:启停堆系统投运期间,操纵员可在主控室内监测汽水分离器出口温度及过热度,并根据温度指示对系统进行判断并选择合理操作。五、仪表及控制仪表汽水分离器壁温

每台汽水分离器设置八只热电偶,用来测量汽水分离器壁温。热电偶量程范围覆盖汽水分离器最大运行温度。指示功能:启停堆系统投运期间,操纵员可在主控室内监测汽水分离器出口温度及过热度,并根据温度指示对系统进行判断并选择合理操作。

五、仪表及控制仪表汽水分离器液位

每台汽水分离器本体上设置三台汽水分离器控制液位变送器,测量信号送至DCS经中值选择器运算获得液位信号。

指示功能:液位信号用于汽水分离器的液位在线监测,以确定汽水分离器的水位是否在正常范围内。报警功能:液位变送器设置报警值,提示操纵员对异常情况进行处理。五、仪表及控制仪表控制功能:汽水分离器投运期间,液位信号作为汽水分离器出口气动疏水调节阀的输入,调节该阀门以维持汽水分离器内液位在设定值。当汽水分离器内液位低于低低设定值时,快关汽水分离器出口气动疏水调节阀并连锁关闭其阀前电动隔离阀;当汽水分离器内液位高于正常值时,联锁开启汽水分离器出口气动疏水阀前电动隔离阀;当汽水分离器内液位高于高值时,联锁关闭汽水分离器出口电动隔离阀。

五、仪表及控制仪表每台汽水分离器本体上设置一台全量程液位变送器,液位变送器量程范围应覆盖整个汽水分离器本体的高度。指示功能:全量程液位变送器用于汽水分离器全范围内的液位监测。每台汽水分离器本体上设置三只冗余的液位开关。开关量信号经由DCS内部三取二逻辑运算获得。

报警功能:当汽水分离器内液位低于低低设定值时,液位开关触发报警信号,提示操纵员注意并进行合理操作。控制功能:当开关送出低低液位信号时,联锁关闭汽水分离器出口气动疏水调节阀及其阀前电动隔离阀。五、仪表及控制仪表扩容器液位

扩容器本体上设置一台液位变送器。指示功能:液位变送器用于扩容器的液位在线监测,以确定疏水箱的水位是否在正常范围内。扩容器本体上设置一只就地液位计。指示功能:用以实现扩容器本体的就地液位监视。

五、仪表及控制仪表疏水箱液位

疏水箱本体上一台液位变送器。指示功能:液位变送器用于疏水箱液位的在线监测,以确定疏水箱的水位是否在正常范围内。报警功能:液位变送器设置低低报警值,提示操纵员对异常情况进行处理。控制功能:系统正常运行时,液位信号作为疏水泵出口电动调节阀的输入,调节该阀门以维持汽水分离器内液位在设定值。当疏水箱液位高于正常值时,联锁启动疏水泵;当疏水箱液位低于低设定值时,同时联锁关闭疏水泵和疏水泵出口电动调节阀;当疏水箱液位低于低低设定值时,疏水泵保护跳闸。五、仪表及控制仪表疏水箱液位

疏水箱本体上设置一只就地液位计。指示功能:用以实现疏水箱本体的就地液位监视。五、仪表及控制控制连锁汽水分离器入口电动隔离阀

该阀门由操纵员于主控室内手动控制开、关。启停堆系统投运时对应阀门手动开启,系统切除时阀门手动关闭。该阀门无自动模式。

五、仪表及控制控制连锁汽水分离器出口电动隔离阀该阀门由操纵员于主控室内手动控制开、关。系统启动时,当汽水分离器内压力大于5.0MPa时手动开启;停机时,汽水分离器内压力小于5MPa时手动关闭。为防止汽轮机进水,当汽水分离器内液位超过高设定值时联锁关闭该阀门。五、仪表及控制控制连锁汽水分离器入口气动调节阀该阀门可由操纵员于主控室内手动控制开、关,也可置于自动状态。当阀门置于自动状态时,由蒸汽发生器出口压力通道调节阀门开度,维持蒸汽发生器出口压力为13.9MPa。五、仪表及控制控制连锁汽水分离器出口汽轮机冲转气动调节阀该阀门可由操纵员于主控室内手动控制开、关,也可置于自动状态。在启动过程中,当汽水分离器出口蒸汽温度过热度大于50℃时,手动开启该阀门对汽机进行冲转。当阀门置于自动状态时,冲转过程中,由主蒸汽母管压力通道调节阀门开度,控制阀后汽轮机进气压力为4.0MPa。五、仪表及控制控制连锁汽水分离器出口汽轮机冲转气动调节阀后的电动隔离阀

该阀门由操纵员于主控室内手动控制开、关,无自动模式。汽水分离器出口气动疏水阀前的电动隔离阀该阀门可由操纵员于主控室内手动控制开、关,也可置于自动状态。当阀门置于自动状态时,当汽水分离器内液位低于低低设定值时,联锁关闭该阀门;当汽水分离器内水位达到正常值时,联锁开启该阀门。

五、仪表及控制控制连锁汽水分离器出口气动疏水阀该阀门可由操纵员于主控室内手动控制开、关,也可置于自动状态。当阀门置于自动状态时,汽水分离器本体液位通道控制该阀门开度,以维持汽水分离器内液位在正常设定值;当汽水分离器内液位低于低低设定值时,联锁关闭该阀门。

疏水泵出口电动调节阀

该阀门可由操纵员于主控室内手动控制开、关

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