CN115561625A - 基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统及方法 - Google Patents
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Abstract
基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统及方法,故障诊断系统包括传动机构箱、扭矩监测装置、故障诊断模块;扭矩监测装置包括顺次固定连接的传动机构接头、扭矩传感器、传动主轴和减速器;扭矩传感器一侧连接角度传感器;扭矩传感器和角度传感器分别通过线缆连接监测终端;故障诊断模块以监测终端输入的设备运行曲线判断设备故障点,本申请连接方便可靠,可进行常规的预警和对设备故障原因自我分析判断,本发明设置的设备缺陷库,通过模拟隔离开关不同位置的故障,将故障位置、故障曲线和对应数据存入缺陷库中,隔离开关运行出现故障时,系统除能够及时预警外,还可将故障曲线与缺陷库中的曲线进行比对分析,对故障位置进行初步判断。
Description
技术领域
本发明属于检测设备技术领域,具体涉及基于高压隔离开关扭矩检测装置的故障诊断系统及方法。
背景技术
高压隔离开关是发电厂和变电站电气系统中重要的开关电器,需与高压断路器配套使用。隔离开关是应用于额定电压10KV至1000KV的交、直流输变电系统的开关设备。高压隔离开关供高压设备的有电压而列负荷载的情况下接通,切断或转换线路之用。其主要功能是:保证高压电器及装置在检修工作时的安全,起隔离电压的作用,不能用与切断、投入负荷电流和开断短路,电流高压隔离开关保证了高压电器及装置在检修工作时的安全,可将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离,以保证检修工作的安全。目前对隔离开关的检修主要依靠技术人员人工排查,但是仅靠工作人员的经验来判定是否有卡滞,会导致测试结果的准确率低,导致隔离开关固有的缺陷不能得到充分暴露,因此隔离开关的机械故障很难做到早期检修预防、自动分析故障原因,导致因隔离开关机械卡涩故障造成的事故频发。
现有技术文件1(CN 108827517 A)提出一种隔离开关操作扭矩实时监测装置,包括顺次轴向固定连接的连杆、第一抱箍、过渡轴、扭矩传感器、第二抱箍和驱动机构,以及与扭矩传感器连接的扭矩测试仪;当驱动机构输出扭矩时可将扭矩传递给隔离开关,从而驱动隔离开关分闸或合闸,同时经扭矩传感器能将扭矩大小的变化信号实时传输给扭矩测试仪进行处理,现有技术文件1的不足之处在于,1、将扭矩传感器安装在驱动机构外部,传感器自身无防护性,而隔离开关绝大部分安装在户外环境,传感器的灵敏度极易受到恶劣环境的影响,导致数据采集不准确,对检修人员造成误导;2、结构复杂,将简单的传动环节分割成了多个部分,零部件众多,安装繁琐,安装稍有偏差将导致采集数据失真,无法反映隔离开关的真实状态;3、采用扭矩与时间的关系形成曲线,根据曲线的平滑度可判断隔离开关的状态,虽能体现隔离开关状态,但需要检修人员凭借经验判断曲线变化程度,不利于提高检修作业精确度。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统及方法,以实现隔离开关故障检测及故障原因分析。
本发明采用如下的技术方案。
基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,
故障诊断系统包括传动机构箱、扭矩监测装置、故障诊断模块;
扭矩监测装置包括顺次固定连接的传动机构接头、扭矩传感器、传动主轴和减速器;扭矩传感器一侧连接角度传感器;
扭矩传感器和角度传感器分别通过线缆连接监测终端;
故障诊断模块以监测终端输入的设备运行曲线判断设备故障点。
扭矩传感器的底部一侧固定连接一块两侧弯折的不锈钢板,不锈钢板用于放置角度传感器;扭矩传感器用于采集高压隔离开关设备的扭矩数据;角度传感器用于采集高压隔离开关的角度数据。
传动机构接头设置于传动机构箱顶部,扭矩传感器、传动主轴、减速器和角度传感器设于传动机构箱内部。
监测终端包括微处理器、LCD显示屏和通讯接口;
其中,微处理器以扭矩传感器和角度传感器采集的扭矩数据和角度数据作为输入,以高压隔离开关设备动作曲线作为输出;LCD显示屏输入端连接微处理器和故障诊断模块,用于显示动作曲线和故障信息。
扭矩传感器的两端分别通过不锈钢轴销与传动机构接头和传动主轴固定连接。
故障诊断模块包括数据传输模块、故障预警模块、参数异常模块、故障点判断模块、存储模块;
其中数据传输模块将监测终端输出的动作曲线传送至故障点判断模块;故障点判断模块用于判断高压隔离开关是否出现故障以及判断故障点位置,并将判断结果发送至故障预警模块和参数异常模块;存储模块用于保存扭矩数据、角度数据、故障点及其对应的异常动作曲线、标准曲线。
所述通讯接口为RS485或网口通讯方式。
一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断方法,包括以下步骤:
S1、调试隔离开关,设置扭矩采样精度和角度采样量程后上电运行扭矩监测装置;
S2、采集上电运行后高压隔离开关第一次开闸和第一次合闸的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制动作曲线,并将动作曲线定义为开闸标准曲线和合闸标准曲线;
S3、以标准曲线记录的各点扭矩为基准,分别设定各采样点的扭矩值、最终角度的上限值与下限值,低于上限值、高于下限值的范围则视为正常。
故障诊断方法还包括故障点判断方法:
步骤1,采集不同零部件故障时高压隔离开关的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标分别绘制各个零部件的异常动作曲线,并建立缺陷库;
步骤2,采用模糊算法对缺陷库内存储的异常动作曲线进行组合,预测多个零部件同时故障时的异常动作曲线,并将其保存在缺陷库内;
步骤3,采集各个高压隔离开关设备的扭矩数据和角度数据,并以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制高压隔离开关设备实际动作曲线,将实际动作曲线与曲线库内保存的异常动作曲线进行匹配,当曲线相似度达到设定阈值时,则判断该高压隔离开关设备的故障零部件为该异常动作曲线对应的故障零部件;报告可能的故障点,对检修人员的排查工作给出目标,减轻排查难度,减少停电时间。
步骤1所述不同零部件故障包括:主拐臂故障、拐臂拉杆故障、传动底座故障、极间传动连杆故障。本发明的有益效果在于,与现有技术相比,通过安装高精度的扭矩传感器和角度传感器,该装置实现对隔离开关运行扭矩和角度的监测,监测终端根据采样数据形成隔离开关的运行曲线,将运行曲线与标准曲线进行对照,判断隔离开关的运行状态是否正常,倘若隔离开关某刻出现传动卡滞,或传动环节脱开,相关参数超出设定值,则进行故障预警。
本发明与现有技术相比,传感器安装在传动机构箱内,传动机构箱的防护性在IP55以上,传感器工作在稳定的环境中,其灵敏度与使用寿命能够得到保证;扭矩传感器仅通过两个不锈钢轴销即可与传动主轴与接头连接,连接方便可靠。
诊断系统设备缺陷库的设置,使系统除进行常规的预警外,还具备了对设备故障原因自我分析判断的功能。本发明设置的设备缺陷库,通过模拟隔离开关不同位置的故障,将故障位置、故障曲线和对应数据存入缺陷库中,隔离开关运行出现故障时,系统除能够及时预警外,还可将故障曲线与缺陷库中的曲线进行比对分析,对故障位置进行初步判断。
附图说明
图1为本发明的一种高压隔离开关扭矩监测装置的数据传输示意图;
图2是本发明的一种高压隔离开关扭矩监测装置的连接结构示意图;
图3是本发明的一种高压隔离开关扭矩监测装置的安装示意图;
图4是本发明的一种高压隔离开关扭矩监测装置结构图;
图5是本发明故障诊断系统的LCD显示屏的显示示意图;
图6是本发明的故障诊断方法的流程图。
附图标记为:
1、扭矩监测装置;11、扭矩传感器;12、监测终端;121、微处理器;
122、LCD显示屏;123、通讯接口;13、角度传感器;2、故障诊断系统;
3、传动机构接头;4、传动主轴;5、传动机构箱;6、减速器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部实施例。基于本发明精神,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例,都属于本发明的保护范围。
如图1-5所示,基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,
所述故障诊断系统包括传动机构箱5、扭矩监测装置、故障诊断模块;
扭矩监测装置1包括顺次固定连接的传动机构接头3、扭矩传感器11、传动主轴4和减速器6;扭矩传感器11一侧连接角度传感器13;
扭矩传感器11和角度传感器13分别通过线缆连接监测终端12;扭矩传感器11的底部一侧固定连接一块两侧弯折的不锈钢板,不锈钢板用于放置角度传感器13;扭矩传感器11用于采集高压隔离开关设备的扭矩数据;角度传感器13用于采集高压隔离开关的角度数据。传动机构接头3设置于传动机构箱5顶部,扭矩传感器11、传动主轴4、减速器6和角度传感器13设于传动机构箱5内部
故障诊断模块以监测终端12输入的设备运行曲线判断设备故障点。监测终端12包括微处理器121、LCD显示屏122和通讯接口123;
其中,微处理器121以扭矩传感器11和角度传感器13采集的扭矩数据和角度数据作为输入,以高压隔离开关设备动作曲线作为输出;LCD显示屏122输入端连接微处理器121和故障诊断模块,用于显示动作曲线和故障信息。
扭矩传感器11的两端分别通过不锈钢轴销与传动机构接头3和传动主轴4固定连接;故障诊断模块包括数据传输模块、故障预警模块、参数异常模块、故障点判断模块、存储模块;其中数据传输模块将监测终端12输出的动作曲线传送至故障点判断模块;故障点判断模块用于判断高压隔离开关是否出现故障以及判断故障点位置,并将判断结果发送至故障预警模块和参数异常模块;存储模块用于保存扭矩数据、角度数据、故障点及其对应的异常动作曲线、标准曲线。通讯接口123为RS485或网口通讯方式。
实施例1:一种扭矩监测装置1由传动机构接头3、扭矩传感器11、传动主轴4、减速器6连接构成,其中,角度传感器13通过不锈钢弯板与扭矩传感器11固定在一起,具体地,扭矩传感器11的底部一侧固定连接一块两侧弯折的不锈钢板,不锈钢板用于放置角度传感器,保证两者同时动作,扭矩传感器11用于采集高压隔离开关的扭力变化、角度传感器13用于采集高压隔离开关的角度变化;11扭矩传感器和角度传感器13通过专用线缆与监测终端12连接。
如图3,为降低外部环境对传感器性能产生影响,提高传感器的采样精度和使用寿命,扭矩监测装置1安装在具有高防护等级的传动机构箱5内,其中传动机构箱包括设置于箱体顶部的传动机构接头3,扭矩传感器11、传动主轴4、减速器6和角度传感器13设于传动机构箱5内部。
传动机构接头3另一端连接扭矩传感器11上端,并使用不锈钢轴销固定,扭矩传感器11下端与传动主轴4连接,并使用不锈钢轴销固定。为减少错误的采样数据,轴销的配合应尽可能紧密,提高扭矩传感器11两端的配合精度,减小晃动量。
隔离开关安装完成后,对传动机构进行操作时,传动主轴4跟随减速器6蜗轮转动,同时,扭矩传感器11、角度传感器13、传动机构3接头均伴随传动主轴4转动,从而,扭矩传感器11检测扭力变化,角度传感器13检测角度变化。
对于隔离开关,运动过程中最大扭力来自于传动卡滞造成的减速器6堵转,鉴于此,11扭矩传感器的量程应选择适当,一般地,扭矩传感器可承受150%额定量程的过载量,因此,扭矩传感器的最大量程应大于减速器6堵转的输出扭矩。
监测终端12包括微处理器121、LCD显示屏122和通讯接口123;
其中,微处理器121以扭矩传感器11和角度传感器13采集的扭矩数据和角度数据作为输入,以高压隔离开关设备动作曲线作为输出;LCD显示屏122输入端连接微处理器121和故障诊断模块,用于显示动作曲线和故障信息。
监测终端12放置在5传动机构箱内,用于接收扭矩传感器11和角度传感器13的采集的扭力数据和角度数据。微处理器121对采集到的采集的扭力数据信号和角度数据信号进行处理,根据设定的采样精度,优选地,如每转动1°采样一次,扫描获取扭矩数据,并以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制动作曲线。
监测终端12配置了LCD显示屏,用于在隔离开关设备端查看动作曲线和故障信息,并可通过触摸屏进行相关参数的设置。
监测终端12可根据传动机构的转动角度选择角度量程,可选择90°、135°和180°三种;此外,根据不同隔离开关的动作特性,也可选择扭矩的采样精度,设定的采用精度有0.5°、1°和2°三种,对于动作过程较为简单的,可选择较大的采样精度,若隔离开关动作过程复杂,可选择较小的采样精度,更能反应过程中扭矩的细小变化。
隔离开关安装调试完成,1扭矩监测装置上电运行后,默认记录前两次分合闸的动作曲线为标准曲线,后期的动作曲线都会与标准曲线进行对比。
监测终端12采集的所有数据通过通讯接口123,由RS485或网口通讯方式将所有数据传送至故障诊断模块。故障诊断模块包括数据传输模块、故障预警模块、参数异常模块、故障点判断模块、存储模块;
其中数据传输模块将监测终端12输出的动作曲线传送至故障点判断模块;故障点判断模块用于判断高压隔离开关是否出现故障以及判断故障点位置,并将判断结果发送至故障预警模块和参数异常模块;存储模块用于保存扭矩数据、角度数据、故障点及其对应的异常动作曲线、标准曲线。故障诊断模块可连接多个监测终端12,对监测终端的数据分别进行处理判断,也可对不同的终端分别进行关键参数设置。数据采样精度,扭矩、电流、运行时间限值,缺陷库零部件名称等关键参数的设置。
故障诊断系统的诊断方法:以标准曲线记录的各点扭矩为基准,结合最终角度和运行时间,分别设定各参数的上限值与下限值,低于上限值、高于下限值的范围则视为正常。限值可根据隔离开关特性自行设定,并且限值可设置2类。以系统默认值为例,Ⅰ类限值为标准值的±50%,Ⅱ类限值为标准值的±80%,若某参数测量值超出Ⅰ类限值,则系统提示“预警”;超出Ⅱ类限值,则系统提示“异常”。
实施例2:如图6所示的一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断方法,包括以下步骤:
S1、调试隔离开关,设置扭矩采样精度和角度采样量程后上电运行扭矩监测装置;
S2、采集上电运行后高压隔离开关第一次开闸和第一次合闸的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制动作曲线,并将动作曲线定义为开闸标准曲线和合闸标准曲线;
S3、以标准曲线记录的各点扭矩为基准,分别设定各采样点的扭矩值、最终角度的上限值与下限值,低于上限值、高于下限值的范围则视为正常。按照设定的采样频率,标准曲线中记录了首次分闸、合闸过程(分闸、合闸为单独的动作过程)中每个采样点的角度和扭矩数值,以及最终的动作角度和时间。
诊断系统以各采样点的扭矩值、最终角度和最终时间作为基准,设定上限值与下限值;限值可根据隔离开关特性自行设定,优选地,限值可设置Ⅰ类限值和Ⅱ类限值;其中,Ⅰ类限值为标准值的±50%,Ⅱ类限值为标准值的±80%,若某参数测量值超出Ⅰ类限值,则系统提示“预警”;超出Ⅱ类限值,则系统提示“异常”,具体地,Ⅰ类限值的上限值为标准值的50%,Ⅰ类限值的下限值为标准值的-50%;Ⅱ类限值的上限值为标准值的80%,Ⅱ类限值的下限值为标准值的-80%;若某参数测量值低于Ⅰ类限值的上限值、高于Ⅰ类限值的下限值的范围则视为正常,高于Ⅰ类限值的上限值或低于Ⅰ类限值的下限值,则系统提示“预警”,高于Ⅱ类限值的上限值或低于Ⅱ类限值的下限值,则系统提示“异常”。
故障诊断方法还包括故障点判断方法:
步骤1,采集不同零部件故障时高压隔离开关的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标分别绘制各个零部件的异常动作曲线,并建立缺陷库;不同零部件故障包括:主拐臂故障、拐臂拉杆故障、传动底座故障、极间传动连杆故障。
步骤2,采用模糊算法对缺陷库内存储的异常动作曲线进行组合,预测多个零部件同时故障时的异常动作曲线,并将其保存在缺陷库内;
步骤3,采集各个高压隔离开关设备的扭矩数据和角度数据,并以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制高压隔离开关设备实际动作曲线,将实际动作曲线与曲线库内保存的异常动作曲线进行匹配,当曲线相似度达到设定阈值时,则判断该高压隔离开关设备的故障零部件为该异常动作曲线对应的故障零部件;报告可能的故障点,对检修人员的排查工作给出目标,减轻排查难度,减少停电时间。
为提高诊断系统的智能化程度,除根据设备运行曲线进行常规提示外,还具备对故障原因的分析判断功能。诊断系统内设置设备缺陷库,具体地,人为设定隔离开关的各类故障,通过本实施例提出的扭矩监测装置采集扭力数据和角度数据并生成该种故障对应的异常曲线,诊断系统将异常曲线和对应的故障原因进行存储,并进行深度学习,在出现与故障库中相似的异常曲线时,系统可以通过自主分析,迅速对设备故障点做出判断,协助检修人员排除故障。
诊断系统内设置设备缺陷库,缺陷库中可存储隔离开关的关键传动零部件,如主拐臂、拐臂拉杆、传动底座、极间传动连杆等。通过人为对这些关键零部件逐一进行调整,制造故障使隔离开关动作曲线产生异常,并将异常曲线与故障零部件进行匹配,如图5,存储进缺陷库内。
系统采用模糊算法对缺陷库内存储的故障曲线进行深度分析,将不同故障曲线进行组合,预测多个零部件同时故障时的状态曲线。当隔离开关出现故障,系统首先将实际的故障曲线与缺陷库内的存储曲线进行比对,曲线相似度达到90%,即认定两者相同;若缺陷库内存储的故障曲线无法与实际故障曲线匹配,则对实际故障曲线进行分解,并与预测曲线进行匹配,匹配完成后,报告可能的故障点,对检修人员的排查工作给出目标,减轻排查难度,减少停电时间
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,通过安装高精度的扭矩传感器和角度传感器,该装置实现对隔离开关运行扭矩和角度的监测,监测终端根据采样数据形成隔离开关的运行曲线,将运行曲线与标准曲线进行对照,判断隔离开关的运行状态是否正常,倘若隔离开关某刻出现传动卡滞,或传动环节脱开,相关参数超出设定值,则进行故障预警。
诊断系统设备缺陷库的设置,使系统除进行常规的预警外,还具备了对设备故障原因自我分析判断的功能。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
所述故障诊断系统包括传动机构箱(5)、扭矩监测装置、故障诊断模块;
扭矩监测装置(1)包括顺次固定连接的传动机构接头(3)、扭矩传感器(11)、传动主轴(4)和减速器(6);扭矩传感器(11)一侧连接角度传感器(13);
扭矩传感器(11)和角度传感器(13)分别通过线缆连接监测终端(12);
所述故障诊断模块以监测终端(12)输入的设备运行曲线判断设备故障点。
2.根据权利要求1所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
扭矩传感器(11)的底部一侧固定连接一块两侧弯折的不锈钢板,不锈钢板用于放置角度传感器(13);扭矩传感器(11)用于采集高压隔离开关设备的扭矩数据;角度传感器(13)用于采集高压隔离开关的角度数据。
3.根据权利要求2所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
传动机构接头(3)设置于传动机构箱(5)顶部,扭矩传感器(11)、传动主轴(4)、减速器(6)和角度传感器(13)设于传动机构箱(5)内部。
4.根据权利要求3所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
监测终端(12)包括微处理器(121)、LCD显示屏(122)和通讯接口(123);
其中,微处理器(121)以扭矩传感器(11)和角度传感器(13)采集的扭矩数据和角度数据作为输入,以高压隔离开关设备动作曲线作为输出;LCD显示屏(122)输入端连接微处理器(121)和故障诊断模块,用于显示动作曲线和故障信息。
5.根据权利要求4所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
扭矩传感器(11)的两端分别通过不锈钢轴销与传动机构接头(3)和传动主轴(4)固定连接。
6.根据权利要求3所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
故障诊断模块包括数据传输模块、故障预警模块、参数异常模块、故障点判断模块、存储模块;
其中数据传输模块将监测终端(12)输出的动作曲线传送至故障点判断模块;故障点判断模块用于判断高压隔离开关是否出现故障以及判断故障点位置,并将判断结果发送至故障预警模块和参数异常模块;存储模块用于保存扭矩数据、角度数据、故障点及其对应的异常动作曲线、标准曲线。
7.根据权利要求3所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于:
所述通讯接口(123)为RS485或网口通讯方式。
8.一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断方法,基于权利要求1-7中任一项所述的基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断系统,其特征在于包括以下步骤:
S1、调试隔离开关,设置扭矩采样精度和角度采样量程后上电运行扭矩监测装置;
S2、采集上电运行后高压隔离开关第一次开闸和第一次合闸的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制动作曲线,并将动作曲线定义为开闸标准曲线和合闸标准曲线;
S3、以标准曲线记录的各点扭矩为基准,分别设定各采样点的扭矩值、最终角度的上限值与下限值,低于上限值、高于下限值的范围则视为正常。
9.根据权利要求8所述的一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断方法,其特征在于,所述故障诊断方法还包括故障点判断方法:
步骤1,采集不同零部件故障时高压隔离开关的扭矩数据和角度数据,以角度为横坐标,扭矩为纵坐标分别绘制各个零部件的异常动作曲线,并建立缺陷库;
步骤2,采用模糊算法对缺陷库内存储的异常动作曲线进行组合,预测多个零部件同时故障时的异常动作曲线,并将其保存在缺陷库内;
步骤3,采集各个高压隔离开关设备的扭矩数据和角度数据,并以角度为横坐标,扭矩为纵坐标绘制高压隔离开关设备实际动作曲线,将实际动作曲线与曲线库内保存的异常动作曲线进行匹配,当曲线相似度达到设定阈值时,则判断该高压隔离开关设备的故障零部件为该异常动作曲线对应的故障零部件。
10.根据权利要求9所述的一种基于高压隔离开关扭矩监测装置的故障诊断方法,其特征在于,
步骤1所述不同零部件故障包括:主拐臂故障、拐臂拉杆故障、传动底座故障、极间传动连杆故障。
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