呼伦贝尔辽宁交直流混合输电系统的建模与仿真。（专业）电力系统及其自动化。声明..
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交直流混合输电系统的建模与仿真
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gy09-500kV紧凑型六分裂导线输电线路工程张力架线施工工艺
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&&& 近几年随着电网负荷持续增长，结构性缺电将更为突出，造成电网局部“卡脖子”的原因除了电网建设受阻外，还有输电线路下违章建筑、超高树木、盗窃破坏电力设施等，严重影响了电网运行安全。我国地理环境多样，输电线路具有点多面广、裸露野外、地势较高，山区地形复杂等情况。见图一、二。电力部门对输电线路的管理和维护的工作量大，难度高，所面临主要问题是：电力设施被严重偷盗及外力破坏；输电线路上大款段导线舞动、恶劣气候环境、输电线路及其他因素的影响。
电力部门对输电线路的管理和维护的工作量大，难度高，所面临主要问题是：电力设施被严重偷盗及外力破坏；输电线路上大款段导线舞动、恶劣气候环境、输电线路及其他因素的影响。下面将围绕电力线路杆塔设施及周边情况进行分析。
■电力线路杆塔相关设施介绍
<FONT color=#)架空电力线路：杆塔、基础、拉线、接地装置、导线、避雷线、金具、绝缘子、登杆塔的爬梯和脚钉，导线跨越航道的保护设施，巡（保）线站，巡视检修专用道路、船舶和桥梁，标志牌及附属设施；
<FONT color=#)电力电缆线路：架空、地下、水底电力电缆和电缆联结装置，电缆管道、电缆隧道、电缆沟、电缆桥，电缆井、盖板、入孔、标石、水线标志牌及附属设施；
<FONT color=#)电力线路上的变压器、电容器、断路器、刀闸、避雷器、互感器、熔断、计量仪表装置、配电室、箱式变电站及附属设施。
■电力线路杆塔设施保护的监控范围
<FONT color=#)沿线环境：在线路保护区内有施工活动（如建筑、爆破、机耕、钻探、地下采掘等）；在线路保护区内有易燃易爆设施或者物品；在线路防护区内有超高的树木或竹；在线路防护区内有超高的机械；交叉跨越及邻近物距离不符合要求；杆塔或拉线上拴牲畜、悬挂物件；防洪设施损坏、排水沟不畅通；巡线通道、便桥等不畅通；
<FONT color=#)杆塔基础：基础周围土壤有突起、沉陷或水冲刷，或有取土现象；基础有裂纹、损坏、下沉、上拔、积水或掩埋；基础保护帽风化破碎、裂纹；挡土墙、护坡有隐患；
<FONT color=#)接地装置：接地引下线与杆塔连接不牢固；接地引下线断线、锈蚀；接地网外露、损坏、锈蚀；
<FONT color=#)杆塔本体：杆塔倾斜，或横担弯曲变形；杆塔锈蚀、裂纹；部件缺损、锈蚀或连接松动；杆塔上有鸟巢或蔓藤类植物；拉棒、拉线锈蚀或被掩埋，拉线松弛、断股、抽筋，拉线尾过短、螺帽缺损；钢管积水、排水孔堵塞；杆根位移或腐蚀严重；
<FONT color=#)绝缘子、金具及导地线附件：绝缘子有严重污秽；绝缘子有裂纹、破损或锈蚀；合成绝缘子电蚀或闪络痕迹；玻璃绝缘子有自爆或闪络痕迹；金具锈蚀、变形、磨损或有裂纹；销子缺损或脱出；防振锤、间隔棒、均压环、阻尼线锈蚀或异常；连接管、预绞丝异常；
<FONT color=#)导线和地线：缺损、锈蚀、断股、烧伤；弛度不平衡，有过紧或过松现象；振动、舞动、导线互缠；悬挂有异物；耐张引流线夹过热变色、变形、螺丝松动、烧伤；ADSS及外挂线路异常；
<FONT color=#)附件及其它设施：避雷器及其装置缺损；故障定位等检测装置缺损；线路、相序、回路、杆塔标志缺损或模糊不清；警告及防护标志缺损或模糊不清；塔顶示高灯及其装置缺损或失效等等；
■危害电力线路杆塔设施的行为
<FONT color=#)向电力线路设施射击；
<FONT color=#)向导线抛掷物体；
<FONT color=#)在架空电力线路导线两侧各三百米的区域内放风筝；
<FONT color=#)擅自在导线上接用电器设备；
<FONT color=#)擅自攀登杆塔或在杆塔上架设电力线、通信线、广播线，安装广播喇叭；
<FONT color=#)利用杆塔、拉线作起重牵引地锚；
<FONT color=#)在杆塔、拉线上拴牲畜、悬挂物体、攀附农作物；
<FONT color=#)在杆塔、拉线基础的规定范围内取土、打桩、钻探、开挖或倾倒酸、碱、盐及其它有害化学物品
<FONT color=#)在杆塔内（不含杆塔与杆塔之间）或杆塔与拉线之间修筑道路；
<FONT color=#)拆卸杆塔或拉线上的器材，移动、损坏永久性标志或标志牌
<FONT color=#)在架空电力线路保护区内，堆放谷物、草料、垃圾、矿渣、易燃物、易爆物及其它影响安全供电的物品；
<FONT color=#)在架空电力线路保护区内，烧窑、烧荒；
<FONT color=#)在架空电力线路保护区内，兴建建筑物；
<FONT color=#)在架空电力线路保护区内，种植竹子；
<FONT color=#)非法侵占电力设施建设项目依法征用的土地；
<FONT color=#)涂改、移动、损害、拔除电力设施建设的测量标桩和标记；
<FONT color=#)破坏、封堵施工道路，截断施工水源或电源。
从上述分析可以看出，电力行业的用户对线路杆塔的监控需求是非常清晰而且很有必要的。因此，基于电力线路杆塔的视频监控产品，它应该要解决以下几个问题：
<FONT color=#）数据通信的传输通道；
<FONT color=#）现场实时视频采集和各种传感器的数据采集；
<FONT color=#）杆塔监控装置自给供电；
<FONT color=#）所有设备必须满足全天候野外作业、适应各种野外工作环境；<FONT color=#）适用于电力线路杆塔监控特点的监控管理系统软件平台，方便用户使用和管理；
1.系统介绍
&& 我司设计开发的ETM4000电力线路及杆塔视频监控系统是针对输电部门的需求，在运用智能图像处理器产品的基础上，集成了先进的智能图像处理技术、低功耗控制技术、3G/CDMA通信技术和Mesh通信技术、太阳能应用技术、数据采集处理技术等。通过使用公网无线（3G/CDMA）和先进的Mesh无线局域网数据传输通道，传输包括环境数据、报警数据（塔基有人攀爬告警、振动报警等报警信息）、视频（线路视频监控、塔基视频监控、红外夜晚视频监控），从而实现对高压输变电线路/塔基情况进行在线实时监测。同时通过自身太阳能供电，完成全天候工作，达到实时监控的效果，可极大的提高电力系统工作效率及安全监护水平。
1.2系统组成
ETM4000电力线路及杆塔视频监控系统主要组成部分如下：&&&&&&&&&&&&&&&&&
1.通信传输子系统
1)公网通信传输模式：采用3G/CDMA自动切换模式。优先选用带宽更大的3G以获得更好的视频图像质量，如果在3G没有覆盖的地区，则通信传输子系统会自动切换为采用CDMA的通信方式。通信传输子系统采用了一系列先进的无线通信技术（动态异频组网技术、智能功率控制技术、高级动态路由调整技术、无缝软切换技术、视频优化技术、双信道智能结合技术、多级视频压缩缓冲技术、智能图像模糊处理技术等），从而确保了视频图像在传输过程中平滑、清晰、流畅，在3G网络环境下，最高可支持704*576像素下25帧/S的视频数据流。
2)无线Mesh局域网传输模式：无线Mesh网络，是一种无线多跳网状拓扑网络，具有自组织、自管理、自愈能力，安全性好、稳定性高、覆盖范围大，带宽大，零资费，组网灵活方便等优点，是输电线路无线信息高速公路的最佳传输方式。
2.防误报式微波入侵报警子系统
采用了先进的微波报警器，微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，此时可认为报警产生，而传统的红外报警主要利用和光电效应来探测，易受温度、光线等环境因素影响而产生误报，微波报警则不会受这些因素的影响。微波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透，所以不会有探测盲区。为了减少误报，本系统采用了双线微波信号，当双线信号都触发报警时，则由智能控制器自动分析报警目标的运动轨迹和行为，并具有智能延时功能，如果在指定时间内，报警解除，则不通知后台管理子系统，否则将通知后台管理子系统并触发联动报警；如果是小动物或其它过小的物体仅触发了一线微波信号报警，则认为报警无效。产品如下图所示：
3.前端采集子系统
1)红外高速球机+智能控制服务器：智能控制服务器为定制的低功耗（4-6W）的视频编码设备，主要实现对视频模拟信号进行H.264编码压缩，然后通过无线网络将视频数据进行传输。摄像机采用定制的低功耗（白天功耗≤5W）红外高速球机，红外高速球机为内置自带变焦镜头的高性能数字信号处理（DSP）摄像机，它是集万向变速云台、数字译码器和红外灯于一体的高科技日夜监控产品。可任意迅速定位及连续追踪扫描，实现了真正意义上的全方位、无盲点、全天候监视；可以自动适应环境明暗和上标远近的变化；它采用全数码控制，设计精巧，最大限度地减少了系统部件之间的可靠性又方便安装和维护。使用精密步进电机驱动，运转平稳、反应灵敏、定位准确。红外球型摄像机具有断电记忆功能，启动后能自动恢复断电前的工作状态，使系统更加安全可靠。球机的拍摄距离为白天250-500米，夜间50米，并且支持28倍变焦，可以进行远近调节。同时该球机还带有恒温功能，当外界温度过低的情况下，普通的球机可能会被冻住而无法正常工作，而该球机在此时会自动开启恒温的功能，将冻住的部分进行溶解，以保证球机正常的工作。
2)专用网络红外高速球机：主要实现H.264视频编码压缩并通过无线网络进行视频数据传输；电源输入DC 12V，低功耗（白天功耗≤15W），性能上能够满足全天候野外监视，球机的拍摄距离为白天250-500米，夜间50米，并且支持28倍变焦，可以进行远近调节。同时该球机还带有恒温功能，工作温度-20~70℃。
4.前端供电子系统：太阳能供电单元+远程电源智能控制器；
1)前端供电子系统采用德国进口的单晶体太阳能电池板，该电池板光电转换效率达到20%。且充电特性曲线平滑，从而有效延长了供电子系统的使用寿命。
2)远程电源智能控制器主要完成前端电源系统的监控和管理，包括远程控制电源系统的工作状态、告警分析和联动控制等功能。
产品如下图所示：
5.后台管理子系统
后台管理子系统的主要模块介绍如下：
1) 视频管理服务器
中心视频管理服务器(CESServer)是网络视频监控系统的核心，负责管理系统中的各种设备和资源，包括音视频流管理、联动管理、录像管理和用户管理等。只要用户登录中心管理服务器，就可以配置它所管理的所有资源。
2) 存储服务
存储服务(Storage Server)采用分布式存储管理技术，实现存储的层次化、网络化，可以使用集中式存储或分布式存储，方便使用者对本地存储的录像进行有效的管理。对已存储的录像可以有多种查找方式：按视频名称、录像日期、用户自定义查找方式。
3) 移动视频网关服务
移动视频网关（MVGStation）架设在有线网络和无线3G/CDMA/Mesh网络之间，进行协议转换，使通过无线传输的无线编码器可以无缝接入到监控系统中。
4) 站点注册服务
站点注册服务是中心管理服务器配套使用的子服务系统，主要负责解决前端设备的动态接入问题，管理前端产品和存储站点的在线注册，维护前端设备的地址列表。
5) 短信猫服务
短信猫服务是通过硬件GSM MODEM设备通过电话、短信方式对前端设备进行电源开关控制等服务。
看门狗对站点注册、中心管理、存储、移动网关四种服务进行监控。当发现正在运行的服务出现异常，会尝试停止服务或删除进程，并记录日志，重新启动服务。
7) 远程智能电源管理服务
通过短信猫，对前端设备电源进行相关控制，提供用户的权限、设备的电话、短信、定时、报警等方式的电源控制操作的后台，并在后台备份记录前端电源管理设备的系统状态参数。
6.远程监控子系统
可以通过电力综合视讯平台、PDA手机、远程WEB和客户端等多种方式实现对杆塔视频监控系统的实时监控和管理；
1.3 系统功能
ETM4000电力线路及杆塔视频监控系统基本功能如下：
监视距离：白天可视距离为300米以内，夜间50米以内电力输电线路运行状况。效果如下图所示：
监视内容：能实时监控电力输电线路及杆塔状态，能清楚的看到绝缘子的状况，当塔下有人作业或是有人爬塔时能看到人脸。
电话启动：手机或值班座机响铃（免资费）远程控制监控系统，监控输电线路状况，启动回传视频和录像，可设置时间自动关闭前端录像。
短信启动：可通过手机短信方式来控制监控系统，监控输电状况，启动回传视频和录像，可设置时间自动启动和关闭系统。
定时启动：预先设置某个时间段自动启动杆塔视频监控系统，在规定的时间段完成工作后自动关闭前端视频监视。
摄像机预置位：可预先设置针对杆塔不同角度的拍摄位置，便于多角度远程监视杆塔周边情况。当红外报警发生后，自动锁定监控目标位置，拍摄回传视频录像。
拍照功能：人为破坏或异常情况发生时，可启动拍照功能，抓拍图像，通过无线网络实时传输到后台管理系统或者移动终端。&&&&&&&&
微波报警：采用智能控制器自动分析报警行为，可以避免小动物及鸟类经过监视点发生的频繁报警误报。
联动报警：报警探头探测到有人为破坏电力设施行为或异常情况发生时，前端采集单元自动录像，把所监控到的图像传到后台监控中心触发报警，并自动发送短信通知相关人员。
远程喊话预警：当人为破坏发生时，值班人员可同时远程喊话进行威慑，防止破坏的发生。
权限设置：对用户设置不同的控制访问权限，利用手机和后台管理系统修改系统参数，提高系统运行的安全性。
录像存储回放：在运行过程中会自动录像并保存，便于查看及分析数据。
电子地图管理：在地图上可以标记出野外铁塔监视点的位置信息，并能在地图上直接查看视点现场情况。如下图所示：
多方式远程监控：电力综合视讯平台、PDA手机、远程WEB以及客户端实时监控；下图所示WEB监控方式：
1.4系统特点
先进性：采用了先进的无线通信技术（动态异频组网技术、智能功率控制技术、高级动态路由调整技术、无缝软切换技术、视频优化技术）保证视频图像在传输过程中平滑、清晰、流畅，在3G网络环境下，最高可支持704*576像素下25f/S的视频数据流；基于无线Mesh组成的电力杆塔自组网是电力系统专网，安全性好、覆盖范围大、性能稳定，可传输数据带宽范围是10Mbps-20Mbps。；有效弥补了电力输电线路状态可视监控这一领域的空白。
可靠性：无线通信单元、前端采集单元、供电单元均有恒温装置，零下40度，高温80度甚至更恶劣环境下都能正常工作。
安全性：无线传输采用DES、3DES、WEP、TKIP、WPA等加密技术，保证信息传输的安全可靠，后台综合管理系统采用分级权限管理，保证了访问安全。
响应速度快：系统处于7*24待机状态，从发出指令到看到图像的响应仅需15秒。
高性能的太阳能供电系统：太阳能板采用德国进口的单晶硅片，转换效率高达21.5%；完全无日照的时候也能发电，输出功率为1.01W。
低功耗性：整机采用了超低功耗元件、电源管理设计合理、科学，太阳能发电系统功能突出，在无日照环境条件下能连续正常工作13至18天。
整机功耗计算:白天工作时最大功耗为12w，夜晚工作时最大功耗为21w，待机状态时，功耗最大仅为1.2w。
全套设备的总供电电源为50AH/12V胶体电池，输出功率为600W太阳能发电系统，按日均白天时间长为10小时，则：
无日照环境太阳能发电系统日均发电量为：1.01W*14h=14.14Wh
假设系统每天工作时间为白天2.5h(系统工作时间是指系统实时监控并回传现场图像时间)，则
系统工作日最大功耗＝12*2.5 h＝30W h
系统休眠日最大功耗＝1.2W*21.5h=25.8W h
系统总日最大功耗＝工作日最大功耗+休眠日最大功耗－太阳能日均发电量
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& & =30+25.8-14.14=41.66W/d
系统最低供电日数＝600W/41.66W＝14天
综上，即使在完全无日照的条件下，系统最少也能每天工作2.5h，连续工作14天。
智能性：系统自动拍摄杆塔及电力输电线路状态监控情况，并实时传到后台监控管理中心；可实现远程开/关系统电源；可实现短信远程联动报警通知功能；可实现远程在线访问管理。
扩展性：系统模块化配置，多样化计算机通信接口，兼容性好，有良好的扩展性。如：覆冰监测功能；线温监测功能；微气候监测功能；鸟害监测功能；绝缘子状态监测功能等均可在现有系统上进行扩展。
轻便性：前端装置（太阳能板、通讯箱、球机、电池、配件等）总重量不到40KG，灵活轻便、易于安装。
经济性：系统配置灵活、设备综合成本低、性价比高
2.系统方案
2.1 3G无线网络方案
方案特点：
◆适用于被监控对象在物理位置上不规则布局，监控点零星分布。
◆传输采用运营商的3G网络，所有的电力杆塔的监控视频通过3G网络在监控中心视频管理服务器进行汇集；3G资费需要参考当地运营商的标准。
◆每个杆塔监控点的都需要配置3G通信模块。
◆监控中心视频管理服务器负责所有杆塔监控点的设备管理、视频调度、告警管理、录像管理以及设备控制。系统中的所有数据流均需要经过视频管理服务器进行鉴权和转发。
◆监控中心视频管理服务器必须分配广域网的IP地址，并实现广域网IP地址到内网IP地址的映射；系统安全性存在一定隐患。
◆系统支持以Web页面的方式提供给远程Web用户访问。
◆电力杆塔视频可以无缝接入电力综合视讯视频平台，方便用户统一管理。
2.2 Mesh无线网络方案
Mesh无线网络在电力杆塔视频监控系统中的应用方案如下图所示：
方案特点：
◆适用于被监控点沿线规则布局，如某条电力高压线路杆塔；或者被监控点集中在方圆3-5公里内。
◆Mesh无线局域网络中相邻两个节点最大视距范围为10-15公里，如果某个节点出现故障，系统将自动寻找相邻节点，完成网络自动恢复，同时系统会产生节点网络中断告警。
◆Mesh无线局域网络中的每个节点具有半径200米左右的信号覆盖区域，可以实现PDA巡检作业等功能应用。
◆传输采用自行组建的Mesh无线局域网络，无需资费；每个电力杆塔的监控视频都通过Mesh网络汇聚到所属变电站，变电站通过电力综合数据网将监控视频数据传输到监控中心的视频管理服务器。
◆所属变电站需要配置Mesh中继模块，实现无线网络到有线网络的自动切换。
◆无线局域网络中的杆塔监控点到所属变电站的数据带宽为10Mbps-20Mbps。
◆监控中心视频管理服务器负责所有杆塔监控点的设备管理、视频调度、告警管理、录像管理以及设备控制。系统中的所有数据流均需要经过视频管理服务器进行鉴权和转发。
◆监控中心视频管理服务器属于内网服务器，只需分配内网的IP地址就能实现数据访问，安全性高。
◆系统支持以Web页面的方式提供给远程Web用户访问。
◆电力杆塔视频可以无缝接入电力综合视讯视频平台，方便用户统一管理。
Mesh无线专用网络带宽分布情况如下图所示:
2.3 系统硬件组成
单个杆塔监控点的主要硬件组成有两种配置方案，如下表所示：
主要设备项
太阳能板（1套）
胶体电池（1套）
太阳能充电控制器（1套）
模拟红外高速球机（1套）
IP红外高速球机（1套）
智能控制服务器（1套）
微波智能报警器（1套）
远程智能电源控制器（1套）
通信箱体及其他附件若干
下面将介绍上述配置方案中所涉及的设备参数：
1.智能控制服务器
1路，1Vpp-75Ω,NTSC/PAL制自适应，BNC阴性
H．264 Base Line
支持时间、日期、汉字显示
QCIF：PAL制176×144 NTSC制：176*120
CIF： PAL制352×288 NTSC制：352*240
4CIF:PAL制 704×576 NTSC制: 704*576
CIF最高可达20帧/秒，平均延时3—10秒
1—25帧/秒可调
无线信道自适应码率控制算法
手机流：用于手机浏览，由移动视频网关转码生成
存储流：用于本地硬盘存储的高质量码流
G.723．1（6.3kbps）等
多路音频输入，RCA接口（阴性，即莲花座），麦克风或Line In 方式可选
麦克风输入，-46~-3dBV 1KΩ福输入，3Vmax 1KΩ
1路音频输出，3Vmax，可接耳机，RCA接口（阴性，即莲花座）
以太网10/100Base-TX,RJ-45接口
支持TCP/IP、UDP/IP、IGMP、HTTP、RDP、DHCP、PPPOE等
可通过网络远程在线升级或下载升级包到本地升级
弹出式SIM/UIM卡座，50Ω射频天线接口900M
单卡、双卡、或4卡传输，CDMA/EDGE卡型号可选
CHAP协议认证和DES算法加密，通过扰码保护数据传输
密钥/扰码更新周期10分钟，防止暴力破解
支持VPDN虚拟拨号专网
多路干节点开关量输入
1路继电器开关量输出，输出功率30W，最大电压220VDC，250VAC
双工RS-232，三线
双向单工RS-485，接口两芯卡线端子
Pelco-d、pelc0-p、sony、松下等多种协议（可扩展）
DB9接口（阴性），配适转 接线和螺丝接线端子
短按1次为重启设备；长按（&10S）恢复出厂设置
-10°C~50°C(室内),-40°C ~80°C(室外加温控箱)
20%~80%RHG
金属折弯,烤漆
225×135×45MM
2.红外高速球
DC12V （-0.5V~+1V）
室内球: (0°C~+40°C)&& 室外球: (-40°C~60°C)
≤95%无结露现象
白天≤5W，晚上≤14W
PELCO_D ,& PELCO_P
通信波特率
1200 bps& 2400 bps&& 4800 bps&&& 9600 bps
水平旋转速度
0.1° ~280° /s& (1~64级变速)
水平旋转范围
自动翻转功能
二级分段控制(一级水平180° 二级垂直90°)
速度与焦距自动匹配
根据摄像机焦距的大小自动调节运动速度开
自动控制红外灯
夜晚根据像机焦距自动切换远近红外灯
A—B两点扫描
A—B两点扫描速度
1~64级可设
预置位停留时间
1~60秒可设
预置位数量
预置位运行速度
1~64级可设
巡视组数量
巡视组预置位数量
1—255秒可设
轨迹记忆时间
风扇及加热器
自动温度控制（-5°C启动加热器）
3.微波智能报警器
广角33 （10米），最高56区（ 112束）3-12米（可调探测距离）
纵向： 24度& 横向：±15度
室内或室外最高限额
静态25mA 报警15mA
微带电路、振荡单元
上电1分钟后进入工作状态
灵敏度可调的30％、80％、100％、120 ％
智能分析报警行为，并做出正确判断
环境温度范围
-40 ~80℃无凝结
正面：树脂，底面：聚乙烯树脂
4.太阳能板
开电路电压
最大系统电压
保险丝组级别
列具有的单位数量
每行具有的列数
最大可容功差
厚度（包括连接箱）
大于10微米的光滑阳极电镀
5.太阳能控制器
额定光伏电流
额定光伏电流/2，每路
过放保护电压
过放恢复电压
过高保护电压
过高恢复电压
快速充放电最终电压
-40-50摄氏度
-40毫伏/摄氏度
温度过高保护
温度过高保护恢复
光电池额定电压
6.远程智能电源控制器
报警输入端
报警输出端
支持电话拨号、短信、报警、定时上线方式
环境温度范围
20℃ ~50℃无凝结
129.54×124.46mm
指示灯（黄色）
常亮：正在搜索网络&& 闪烁：正常
230×135×205mm
标称使用温度
-20℃～+50℃
315X215X540
长度130cm/直径6cm/5kg
太阳能支架
高度55cm/直径5cm/3.5kg
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