電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案
一、方案背景
在電能的傳輸過程中，有許許多多的連接點(diǎn)，也就是我們俗稱的接頭，接頭發(fā)熱一直是影響電力系統(tǒng)**供電的一個重要難題。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明90%以上的電力設(shè)備故障都是由于接頭故障引發(fā)的。分析表明，金屬腐蝕、被覆層失效、接頭壓力失當(dāng)、金屬磨損、接觸電阻、過負(fù)荷等因素引起的接頭溫度過高，是造成接頭處接觸**，發(fā)熱的主要原因。因此，如果能夠在線有效自動監(jiān)測各連接點(diǎn)的溫度，一旦出現(xiàn)溫度異常情況，立刻上傳報警，通知維護(hù)人員及時排除隱患，把故障消除在萌芽狀態(tài)，就能達(dá)到防患于未然的目的。
發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜中眾多高壓電氣設(shè)備連接點(diǎn)是電力輸送*薄弱環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的實(shí)質(zhì)問題就是連接點(diǎn)發(fā)熱。隨著負(fù)荷的增大，連接點(diǎn)發(fā)熱已形成惡性循環(huán)：溫升、膨脹、收縮、氧化，如此循環(huán)使接觸電阻增大*終導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸**而發(fā)熱。這些發(fā)熱部件的溫度無法實(shí)時監(jiān)測，*終釀成了火災(zāi)事故。
近年來，在電廠和變電站時???發(fā)生因開關(guān)柜發(fā)熱造成火災(zāi)和大面積的停電事故。通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)溫度的運(yùn)行情況，可有效防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生，但由于開關(guān)柜特有結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行人工巡查和測溫。如何解決開關(guān)柜等電氣設(shè)備發(fā)熱的實(shí)時監(jiān)測是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。為此我們提出了建立電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)機(jī)制的觀念，利用小巧的測溫終端和無線射頻技術(shù)對易發(fā)熱部位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，保證電力設(shè)備的**穩(wěn)定運(yùn)行。
二、電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)介紹
2.1系統(tǒng)簡介
深圳拓普瑞電子有限公司率先將無線射頻模塊和溫度傳感器相結(jié)合，開發(fā)了一套基于無線通訊的電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)。它由無線溫度傳感器，測溫終端，數(shù)據(jù)終端和監(jiān)測管理中心等部分組成。集計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)、無線通信技術(shù)、溫度傳感技術(shù)等于一體，克服了高電壓、強(qiáng)電場的干擾，可以全天候監(jiān)測高壓電力設(shè)備溫度，具有溫度越限報警，溫度變化趨勢分析顯示，實(shí)時查詢測溫點(diǎn)溫度、歷史報警分析等功能。真正做到了溫度遠(yuǎn)距離遙測，為電力設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)，對保證電力設(shè)備**運(yùn)行有重大的意義。
圖1 測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2系統(tǒng)適用范圍
1、電力電纜接頭測溫
圖2 電纜測溫圖
可監(jiān)測電纜接頭的溫度，地下電纜溫度、電廠電纜溝熱點(diǎn)監(jiān)測，電纜分支箱內(nèi)接頭開關(guān)等設(shè)備的溫度監(jiān)測。
2、高壓開關(guān)柜系統(tǒng)測溫
圖3 開關(guān)柜測溫圖
可監(jiān)測高壓開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)觸點(diǎn)、母排接頭、電纜接頭等設(shè)備的溫度。
3、變電站測溫
圖4 變電站刀閘測溫圖
變電站內(nèi)變壓器及其連接件設(shè)備的溫度
變壓器套管線夾溫度監(jiān)測
變電站母排接頭溫度監(jiān)測
變電站高壓互感器等連接點(diǎn)測溫
4、箱式變電站測溫
圖5 箱式變測溫圖
箱式變電站母排接頭，電纜接頭等。
2.3硬件組成
該系統(tǒng)由無線測溫終端、測溫數(shù)據(jù)終端、監(jiān)測管理中心等組成。
1、無線溫度終端：
圖6 測溫終端
無線溫度終端由溫度測量單元、控制單元、無線傳輸模塊構(gòu)成。采用低功耗CPU技術(shù)，每個傳感器終端有一個固定編號。相互間不會產(chǎn)生干擾，不受高壓電場干擾，可以準(zhǔn)確將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)終端。外殼是絕緣塑料，并由絕緣材料密封。體積小、重量輕。
2、無線測溫數(shù)據(jù)終端：
圖7 測溫數(shù)據(jù)終端
無線測溫數(shù)據(jù)終端自動接收測溫終端所發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)終端可以顯示報警點(diǎn)和溫度數(shù)據(jù)。并可以通過GSM/GPRS上傳到監(jiān)測管理中心。
測溫終端可以安裝在開關(guān)柜、箱變、分支箱里，或放置在變電站里。
3、監(jiān)測管理中心：
圖8 測溫系統(tǒng)主站
監(jiān)測管理中心由通信交換機(jī)、工控機(jī)、管理軟件組成。
? 無線測溫終端可以把溫度數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS發(fā)送到交換機(jī)上，交換機(jī)通過串口線將數(shù)據(jù)發(fā)給工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)在后臺設(shè)備上顯示、報警。
? 每個管理中心可以監(jiān)測6萬個測溫終端。
? 管理軟件可以顯示上傳監(jiān)測點(diǎn)溫度，用曲線顯示監(jiān)測點(diǎn)溫度變化過程，查詢記錄。
2.4報警方式實(shí)現(xiàn)
1、溫差變化率過大報警：即前10s和后10s檢測的溫度值如果大于5℃（這個值可按具體情況設(shè)置），立刻報警。
2、 溫度越限報警：在測溫終端中設(shè)定一個值，一旦設(shè)備超過設(shè)定溫度，立刻報警。
2.5系統(tǒng)軟件
1、軟件主界面（詳見下圖）。
圖9 電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)軟件主界面
2、軟件功能
? 設(shè)置是否發(fā)送報警信息，是否帶參數(shù)
? 設(shè)置圖形報警、聲音報警
? 定時短信配置
? 圖形分析：
u 生成曲線圖
u 生成分布圖
u 生成比例圖
u 生成參數(shù)表格
? 報警查詢
u 查詢以往所有線路的報警日志，可使用多種查詢條件，如按日期查詢、按線路查詢、按相序查詢、按報警值查詢、按故障類型查詢等，并可實(shí)現(xiàn)多種查詢條件組合查詢
u 報警日志可以導(dǎo)出以Excel表格形式保存
u **報警日志，默認(rèn)按線路**，可以全部**，也可以按條件**
u 直接打印報警日志
u 系統(tǒng)運(yùn)行時間較長，報警日志記錄數(shù)據(jù)較多時，系統(tǒng)將對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲，轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)可通過歷史查詢功能進(jìn)行查詢
3、 軟件的融合性
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)軟件可以與我公司的智能化配網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的融合，可與線路故障監(jiān)測系統(tǒng)、變壓器防盜系統(tǒng)、線路狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)一套完整的電網(wǎng)監(jiān)測解決方案。
三、產(chǎn)品優(yōu)勢
1、從數(shù)據(jù)處理的角度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)具有專家系統(tǒng)的功能，軟件可以對每個被檢測設(shè)備（例如母排，變壓器等）建立檔案，通過收集大量的歷史數(shù)據(jù)，建立設(shè)備正常運(yùn)行的溫度范圍，一旦溫度超出正常范圍即發(fā)出預(yù)警報告。
專家系統(tǒng)不僅可以縱向比較歷史數(shù)據(jù)，還可以橫向比較不同監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)對比及時對異常的設(shè)備發(fā)出預(yù)警。專家系統(tǒng)的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測的預(yù)警功能，而不是簡單的溫度測量。
紅外測溫儀只是簡單的測溫，對于溫度值必須要有經(jīng)驗(yàn)的人員作分析工作，才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否存在問題。
2、從功能方面比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以定時上傳溫度值，還能及時對溫升過大和溫度越界進(jìn)行報警。用戶通過溫度預(yù)警系統(tǒng)可以調(diào)取每個被監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時溫度值。
紅外測溫儀，只是測量溫度的工具，需手動測量，人工記錄。
3、從適用范圍比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以監(jiān)測任何隱蔽角落、人力監(jiān)測不到的溫度點(diǎn)，做到全方位的監(jiān)測。例如可以檢測某些有高壓、人無法接近的節(jié)點(diǎn)；還有某些存在有害氣體的設(shè)備的測溫等。
紅外測溫儀需要人為測量，許多狹窄、密閉的空間，人員無法進(jìn)入，不能做到溫度點(diǎn)的**監(jiān)測，留下了測溫死角。
4、從自動化程度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)可以24小時不間斷地監(jiān)測被測點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測的自動化，節(jié)省了人力查詢，可以根據(jù)設(shè)備溫度變化及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障隱患。
使用紅外測溫儀需要人工巡視檢測大量設(shè)備，勞動強(qiáng)度大、受測量距離影響比較大。如果測溫時間不定期，則不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，不能做到科學(xué)有效的預(yù)警和管理，效率較低。
5、從系統(tǒng)角度比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)是一套自動化的溫度管理系統(tǒng)，按照電力行業(yè)的軟件習(xí)慣分層設(shè)計，可以與配電管理系統(tǒng)等軟件融合，大大提升現(xiàn)代化管理程度。
紅外測溫儀只是一個簡單的測溫工具，沒有配套的管理軟件。在指導(dǎo)紅外作業(yè)及整理數(shù)據(jù)時不規(guī)范，容易流于形式，起不到應(yīng)有的效果。
6、從傳輸方式上比較
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)是通過無線射頻技術(shù)把檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收終端，無需重新安裝光纖，增加連接線，不會對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾，安裝方便，絕緣**，造價低。
光纖測溫采用光纖傳遞信號，安裝不方便，增加了連接線，造價高，光纖還有易折、不耐高溫等特點(diǎn)。
四、系統(tǒng)特點(diǎn)
電廠和變電站頻繁發(fā)生接頭過熱事故，造成火災(zāi)和大面積的停電事故，解決接點(diǎn)溫度在線實(shí)時監(jiān)測是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。通過監(jiān)測各接點(diǎn)溫度的變化情況，可有效防止設(shè)備因發(fā)熱引起的火災(zāi)發(fā)生，這種方法可以有效的解決開關(guān)柜等特定的高壓密閉結(jié)構(gòu)溫度檢測的問題，從而實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)中電力設(shè)備溫度的實(shí)時在線監(jiān)測，保證高壓開關(guān)柜**運(yùn)行。
電力設(shè)備溫升預(yù)警系統(tǒng)集計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)、無線通信技術(shù)、溫度傳感技術(shù)等于一體，解決了高電壓、強(qiáng)電場干擾，可以全天候監(jiān)測電力高壓設(shè)備溫度，在溫度越限可以報警，具有溫度變化分析顯示功能。真正做到了溫度遠(yuǎn)距離遙測，把故障消除在萌芽狀態(tài)，使供電系統(tǒng)達(dá)到**供電的目的。
其主要特點(diǎn)如下：
1、實(shí)時性：可以在線監(jiān)測溫度變化，不用到現(xiàn)場測量
2、功耗低：終端采用低功耗設(shè)計，可以穩(wěn)定使用8年
3、**性：溫度測量精度可以達(dá)到0.5℃
4、**性：沒有導(dǎo)線連接、絕緣安裝，不用現(xiàn)場維護(hù)，安裝方便
5、高效益：可以節(jié)約購買昂貴的測溫儀器費(fèi)用，可以節(jié)約人力，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行遙測自動化。
五、組網(wǎng)方案
5.1終端與主站通訊方式選擇
GPRS通信方式
圖10 GPRS通信簡圖
測溫數(shù)據(jù)終端可以通過GPRS移動網(wǎng)絡(luò)接入Internet，并和系統(tǒng)主站服務(wù)器之間建立點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接，如上圖所示。
GPRS通信方式只要將SIM卡開通GPRS業(yè)務(wù)即可，它可在GPRS通道無法建立時使用SMS將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳，可靠性較高。但此通信方式必須在有GPRS基站覆蓋范圍內(nèi)才可使用，且必須在局端為系統(tǒng)主站申請固定IP以便建立路由。
光纖通信方式
圖11光纖通信簡圖
測溫數(shù)據(jù)終端可以通過RS232/RS485串口或者協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入光端機(jī)，通過光纖與遠(yuǎn)端的系統(tǒng)主站服務(wù)器之間建立數(shù)據(jù)連接，如上圖所示：
光纖通信不依賴移動網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、實(shí)時性好、**性好，但由于RS232/RS485串口通信距離的限制，只適合測溫數(shù)據(jù)終端與光端機(jī)距離較近的系統(tǒng)。
如果光端機(jī)不提供RS232/RS485接口，需要額外安裝轉(zhuǎn)換適配器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和速率適配，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了穩(wěn)定性。
六、安裝實(shí)施方案
6.1系統(tǒng)配置選型
根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況及需求，在本方案中進(jìn)行如下配置選型：
表6-1系統(tǒng)配置表
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序號
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型號
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名稱
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說明
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配置
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單位
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數(shù)量
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1
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TP系列
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測溫終端
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銅排型
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標(biāo)配
|
個
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|
|
電纜線
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2
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TP系列
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測溫數(shù)據(jù)終端
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GPRS
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標(biāo)配
|
個
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|
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RS-485
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RS-232
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3
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TP系列
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附件（485電纜、電源線等）
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標(biāo)配
|
套
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視用戶現(xiàn)場情況而定
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4
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TP系列
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濕度傳感器
|
|
可選
|
個
|
|
|
5
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TP系列
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凝露傳感器
|
|
可選
|
個
|
|
|
6
|
TP系列
|
防雨機(jī)箱
|
|
可選
|
個
|
|
|
7
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TP系列
|
PT取電裝置
|
含蓄電池
|
可選
|
臺
|
|
|
6
|
TP系列
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通信交換機(jī)
|
|
標(biāo)配
|
臺
|
|
|
7
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工控機(jī)
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應(yīng)用服務(wù)器
|
|
標(biāo)配
|
臺
|
|
|
8
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TP系列
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UPS電源
|
臺
|
標(biāo)配
|
臺
|
|
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9
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TP系列
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系統(tǒng)軟件
|
套
|
標(biāo)配
|
臺
|
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表6?2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定表
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序號
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參數(shù)名稱
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單位
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參數(shù)值
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說明
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1
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定時上傳周期
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分鐘
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120（默認(rèn)）
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2
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定時采集周期
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分鐘
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10（默認(rèn)）
|
|
|
3
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溫度越限報警門限
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℃
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70（默認(rèn)）
|
|
|
4
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溫度突變越限門限
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℃/秒
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5℃/10秒(默認(rèn))
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表6-3終端取電方式選擇表
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序號
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設(shè)備名稱
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供電方式
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備注
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1
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測溫數(shù)據(jù)終端
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PT取電+蓄電池/市電供電
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說明：
測溫終端按只進(jìn)行統(tǒng)計；
一臺測溫數(shù)據(jù)終端一般支持接收和上傳50個測溫終端數(shù)據(jù)；
測溫終端至測溫數(shù)據(jù)終端的直線可視距離一般不超過100米；
6.2系統(tǒng)安裝方案
本項(xiàng)目所涉及的現(xiàn)場概況：
系統(tǒng)的終端裝置的布點(diǎn)方案為：
終端裝置安裝分布如下圖所示：
測溫終端詳細(xì)安裝位置如下表所示：
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序號
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設(shè)備名稱
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安裝位置
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所屬數(shù)據(jù)終端號
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作用
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備注
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說明：
測溫終端需在備注中說明安裝的方式；
所屬數(shù)據(jù)終端號用來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)終端。