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失去廠用電后汽輪機(jī)組安全停運(yùn)分析

文檔作者：徐熙瑾張寶文檔來源：浙江省電力公司電力科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月06日
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A而 電力安全技術(shù) 第14卷(2012年第9期)
失去廠用電后汽輪機(jī)組安全停運(yùn)分析
徐熙瑾，張寶
(浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江杭州 310014)
[摘要]突發(fā)性事件常會造成正在運(yùn)行中的汽輪機(jī)組徹底失去廠用電，處理不當(dāng)會危及設(shè)備
安全。介紹了這種情況下多數(shù)電廠的一般做法，分析了失去廠用電后循環(huán)水系統(tǒng)、汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)、
真空系統(tǒng)與柴油發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并給出了相應(yīng)操作建議。
[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)組；失去廠用電；循環(huán)水系統(tǒng)；潤滑油；軸封與真空
對于火力發(fā)電廠而言，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)作了
充分的考慮，但受惡劣天氣或突發(fā)性事故影響，還
是存在著全廠供、用電與外界中斷的可能。而目前
對于大多數(shù)長期在大電網(wǎng)中穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)組、尤其
是大型汽輪機(jī)組來說，脫網(wǎng)帶廠用電(FCB)穩(wěn)定
運(yùn)行的功能一般都不很完善，因此，一旦出現(xiàn)全廠
供、用電與外界中斷，就會出現(xiàn)全廠斷電的情況。
全廠斷電，對于單臺機(jī)組來說就是失去廠用電。
廠用電失去的原因可能是多種多樣的，但是其后
果對汽輪機(jī)及其系統(tǒng)而言主要是失去控制油(EH)、
給水、凝結(jié)水、閉式水、開式水、循環(huán)水、真空泵、
壓縮空氣、軸封蒸汽等。在這些設(shè)備或系統(tǒng)均不能
運(yùn)行或者不能長久維持的情況下，如何使汽輪機(jī)安
全停運(yùn)，是十分值得關(guān)注的。
完備的事故預(yù)案可以有效減輕或化解事故造成
的破壞，為此幾乎每個(gè)火力發(fā)電廠都有類似的事故
處理預(yù)案，這些預(yù)案在多次事故處理中也曾發(fā)揮過
很大作用；但是其中的一些做法是否合理、處理方
法是否需要完善，仍需要深入分析與探討。為了方
便討論，在以下的分析中，均認(rèn)為機(jī)組失去廠用電
后，汽輪機(jī)保護(hù)正常動作，柴油發(fā)電機(jī)可立即投入
使用，保安段電源、UPS電源和直流電源工作正常，
與之相關(guān)的設(shè)備均能正常投用。
1 失去廠用電后的一般做法
目前，對于正在運(yùn)行的汽輪機(jī)組，失去廠用電
而跳閘后，汽輪機(jī)側(cè)操作一般著重于保證油系統(tǒng)、
隔絕凝汽器、維持軸封汽3個(gè)方面，主要做法如下：
一 一
(1)確認(rèn)主機(jī)轉(zhuǎn)速下降，所有主汽門和調(diào)節(jié)汽
門全關(guān)，抽汽逆止門關(guān)閉；
(2)確認(rèn)柴油發(fā)電機(jī)啟動成功，保安段電源恢
復(fù)，啟動主機(jī)頂軸油泵；
(3)確認(rèn)主機(jī)直流事故潤滑油泵自動啟動，否
則應(yīng)搶投；
(4)確認(rèn)空側(cè)直流密封油泵自動啟動，否則應(yīng)
搶投；
(5)確認(rèn)小機(jī)跳閘，汽門全關(guān)，直流事故油泵
自動啟動，否則應(yīng)搶投；
(6)確認(rèn)高、低壓旁路閥已關(guān)閉，隔絕疏水進(jìn)
入凝結(jié)器；
(7)關(guān)閉汽機(jī)本體及主要管道的疏水閥；
(8)汽機(jī)軸封汽源由主蒸汽供給，開啟真空破
壞閥，加速破壞真空；
(9)啟動主機(jī)交流潤滑油泵運(yùn)行，停運(yùn)直流潤
滑油泵運(yùn)行；
(10)主機(jī)轉(zhuǎn)速到0后，投運(yùn)盤車。
2 常見問題的分析
2．1 循環(huán)水泵停運(yùn)后的循環(huán)水
循環(huán)水泵失電停運(yùn)后，循環(huán)水失去循環(huán)動力，
原來的“取水口～循環(huán)水泵一凝汽器一虹吸井～排
水口”這種循環(huán)不再存在，但這不意味著凝汽器水
側(cè)徹底失去了冷卻水。一般的循環(huán)水系統(tǒng)流程如圖
1所示，假定凝汽器水側(cè)頂端位置比循環(huán)水泵出口
海拔高。
正常運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水被循環(huán)水泵從取水口取出
第14卷(2012年第9期) 電力安全技術(shù)
后，經(jīng)循環(huán)水泵出口閥、凝汽器和虹吸井，最終到
排水口。循環(huán)水泵突然停運(yùn)后，其出口管路中的水
由于慣性還會繼續(xù)向凝汽器流動，但這種流動不會
持久。由于虹吸作用的存在，凝汽器中短時(shí)間內(nèi)會
存在大量的循環(huán)水，如果有措施能保證這些循環(huán)水
不會很快流失，并能有序流動，那么這對事故發(fā)生
時(shí)凝汽器的保護(hù)將是十分有利的。
1 循環(huán)水泵；2一循環(huán)水泵出口閥；3 循環(huán)水出口管路放氣閥；4 凝
汽器；5一虹吸井。
圖1 循環(huán)水流程示意
循環(huán)水泵失電停運(yùn)后，其出口閥有2個(gè)選擇：
一個(gè)是開，一個(gè)是關(guān)。正常的邏輯條件下，循環(huán)水
泵停運(yùn)后，為防止泵倒轉(zhuǎn)，其出口閥都會聯(lián)動關(guān)閉。
但對于廠用電失去的情況來說，很難做到這一點(diǎn)：
如果該閥為電動閥，失電后會仍然保持開狀態(tài)；如
果該閥為液動閥，失電后也可能由于失去關(guān)動力而
使閥門無法自動關(guān)閉。一般情況下，循環(huán)水前池水
位會比循泵出口低得多，如果循泵出口閥門打開，
會產(chǎn)生“倒虹吸”現(xiàn)象：循環(huán)水前池會起到虹吸井
的作用，而原虹吸井中的水會倒流。由于凝汽器水
側(cè)出口到虹吸井距離一般都很近，其中的水會很快
被吸光，或許在低壓缸排汽溫度達(dá)到最高值前，凝
汽器水側(cè)已經(jīng)無水，這對凝汽器的安全是不利的。
如果循環(huán)水泵出口閥能在其出口管路中的水大
量倒流前及時(shí)關(guān)閉，漏進(jìn)的空氣還不足以將虹吸破
壞，那么凝汽器中的水會得以保持，并有可能是滿
水狀態(tài)。在系統(tǒng)嚴(yán)密不漏氣的情況下，循環(huán)水泵出
口閥到虹吸井這段管路與設(shè)備中的水會處于靜止?fàn)?
態(tài)(凝汽器中的水位與進(jìn)、出口閥中水位差不大于
8 m)。完全靜止?fàn)顟B(tài)的水，可以減輕凝汽器受損壞
的程度。而實(shí)際上， 由于在循環(huán)水泵出口閥到凝汽
器的管路上存在有幾個(gè)浮球式放氣閥，在正壓消失
后，會有少量的空氣由此漏入管路。這會使循環(huán)水
泵出口閥到凝汽器這段管路上的水經(jīng)凝汽器后慢慢
從虹吸井流出。由于這部分水量是很大的，凝汽器
也就會因此有足夠的冷卻水來帶走其中因鼓風(fēng)和疏
水而產(chǎn)生的熱量，從而避免受到損壞。即使這幾個(gè)
浮球式放氣閥不漏氣，也可以通過其他放氣口緩慢
A而
地、有控制地破壞虹吸作用，從而控制循環(huán)水的流
失量。為充分利用凝汽器進(jìn)口管路中的循環(huán)水，這
些放氣口應(yīng)盡可能從離凝汽器遠(yuǎn)的位置尋找。
以上分析說明，在全廠失電后，及時(shí)關(guān)閉循環(huán)
水泵出口閥對凝汽器的安全是有利的，并可以通過
控制放氣速度來控制流經(jīng)凝汽器水側(cè)的水量；而其
他操作，比如關(guān)閉凝汽器進(jìn)、出口閥等，是不必要
的。實(shí)際運(yùn)行中大部分循環(huán)水泵出口閥為液壓驅(qū)動，
失電后仍保持原位，因此需要對控制電磁閥進(jìn)行改
進(jìn)，使全廠失電后該閥fq．-I以利用蓄能器蓄能實(shí)現(xiàn)
自動關(guān)閉。
2．2 跳機(jī)后的潤滑油系統(tǒng)
機(jī)組失去廠用電而跳機(jī)后，汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)
面臨的最大威脅就是失去冷卻水而造成潤滑油溫大
幅度上升。
汽輪機(jī)潤滑油冷卻水一般有2種來源：一種是
來自開式水，也就是來自循環(huán)水；一種是來自閉式
水。在廠用電失去后，汽輪機(jī)潤滑油冷卻水如果是
來自開式水，如前所述，在關(guān)閉循環(huán)水泵出口閥后，
可以試著通過打開冷油器最低處放水閥將從開式水
冷卻器旁路來的水放出，從而達(dá)到冷卻潤滑油的目
的；如果是來自閉式水，可以用消防水往高位水箱
注水 通過打開冷油器最低處放水閥或者專設(shè)閥門
將水放出，從而達(dá)到冷卻潤滑油的目的。
在潤滑油冷卻水完全喪失時(shí)，如何盡可能減小
潤滑油的溫升也是值得關(guān)注的。汽輪機(jī)潤滑油中的
熱量來源于2部分：一部分是軸承中油膜與軸頸的
摩擦功耗，另一部分是軸頸的熱傳導(dǎo)。降低第l部
分產(chǎn)生的熱量，可以通過盡可能早地降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)
速，減少油膜與軸頸摩擦而產(chǎn)生的熱量；如果提早
開啟頂軸油泵，增加油膜厚度，減小油膜溫度，也
有可能會減少部分熱量。降低第2部分產(chǎn)生的熱量，
可以通過盡早切換軸封供汽來進(jìn)行。與此對應(yīng)的操
作是提早破壞凝汽器真空與開啟頂軸油泵，在真空
到0后，及時(shí)切斷軸封供汽。
汽輪機(jī)潤滑油的循環(huán)倍率一般為l0，在額定
轉(zhuǎn)速下，通過軸承后潤滑油溫升一般為15℃左右，
也就是說在1個(gè)循環(huán)周期內(nèi)(6 min)，潤滑油箱中
油溫會上升l5℃左右。在汽輪機(jī)惰走12min以
后，轉(zhuǎn)速會降至900 r／min左右，潤滑油溫升會有
所降低。假如原潤滑油溫為40℃，潤滑油箱油溫
為55℃，一旦徹底失去冷卻水，潤滑油溫會突升
一 一
^
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室he
全
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主
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電力安全技術(shù) 第14卷(2012年第9期)
到55℃。在隨后的循環(huán)中，這個(gè)溫度還可能會有
較大幅度的增長。在這種情況下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到0
后，盤車不能立即投用。原因是潤滑油溫度過高，
盤車必需的油膜難以建立，軸承無法得到充分冷卻，
如果盲目投用盤車，會給軸承帶來很大損害?！藭r(shí)
最好的做法就是進(jìn)行悶缸處理。如果廠用電能在短
時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，汽輪機(jī)很快就能啟動，那么在盤車因
潤滑油溫度高而停運(yùn)后，同時(shí)頂軸油泵啟動后，建
議每隔20 min將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動180。，以便進(jìn)行
后續(xù)的啟動。
在潤滑油冷卻水完全喪失的情況下，要力保潤
滑油泵的正常運(yùn)行。如有可能，建議通過潤滑油冷
卻器放氣管或放水管注水對油冷卻。
2．3 軸封與真空
機(jī)組停運(yùn)后，汽輪機(jī)軸封供汽無法長時(shí)間維持，
破壞真空是必須的。但何時(shí)破壞真空，卻對汽輪機(jī)
低壓缸未級葉片、低壓缸軸承與凝汽器的運(yùn)行有很
大影響。
汽輪機(jī)跳閘后，低壓缸排汽溫度主要受3個(gè)方
面因素影響：一是汽輪機(jī)與管道疏水、剩余排汽攜
帶的熱量；二是因真空泵停運(yùn)、軸承汽供應(yīng)能力下
降等因素造成漏氣量增大；三是低壓缸未級長葉片
產(chǎn)生的大量鼓風(fēng)熱量。對于第1個(gè)因素，通過及時(shí)
悶缸、關(guān)閉事故放水等措施可以大幅度降低其攜帶
的熱量；第2個(gè)因素造成的影響基本上無法避免，
但可以通過盡力維持軸封汽，延緩真空下降的速度；
第3個(gè)因素產(chǎn)生的熱量與汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，凝汽
器漏進(jìn)的空氣量也會對此產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
以上分析說明，降低真空下降的速度，能有效
降低低壓缸排汽溫升。因此，盡可能地維持軸封汽
壓力、推遲破壞真空的時(shí)間，最終可以降低低壓缸
排汽溫度。正常運(yùn)行的汽輪機(jī)組，軸封汽一般都由
輔助蒸汽提供，而輔助蒸汽則由四抽、冷再或主蒸
汽提供。600 Mw 機(jī)組相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，全廠失
電后，軸加風(fēng)機(jī)停運(yùn)，機(jī)組跳閘后，輔助蒸汽的壓
力在10 min左右的時(shí)間內(nèi)不會明顯降低，10 min
之后才會逐漸下降。其實(shí)，在中、低壓缸均為負(fù)壓
的情況下，軸封汽壓力并不需要太高就可以滿足要
求。不破壞真空時(shí)，汽輪機(jī)跳閘10 min后，其轉(zhuǎn)
速一般可以降至1 000 r／min左右；如果此時(shí)再破
壞真空，15 rain后凝汽器真空就會完全消失。汽
輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速、低真空下的長時(shí)間惰走不會產(chǎn)生很
一 一
大熱量，這樣可以有效降低低壓缸排汽溫升。
600Mw 機(jī)組相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，如輔助蒸
汽由本機(jī)低壓蒸汽供，跳機(jī)后10 min內(nèi)輔助蒸汽
壓力基本維持在0．9MPa左右，然后直線下降；
15min以后約下降到0．6MPa左右；到跳機(jī)1 h后，
輔助蒸汽壓力降到0。因此，在凝汽器真空到0之前，
軸封汽不會中斷。
如果輔助蒸汽的冷再汽源來自于高排逆止門后，
鍋爐再熱器可以提供足夠熱量供輔助蒸汽使用，從
而保證機(jī)組跳閘后的軸封汽供應(yīng)。因此，建議廠用
電失去后，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況合理推遲破壞真空的
時(shí)間，并密切關(guān)注中壓缸軸封汽壓力的變化趨勢，
避免因破壞真空太遲造成中壓缸軸端漏進(jìn)大量冷空
氣而使其上、下缸溫差變大。
2．4 柴油發(fā)電機(jī)
機(jī)組失去廠用電后，主機(jī)直流潤滑油泵、空側(cè)
直流密封油泵、小機(jī)直流潤滑油泵應(yīng)該立即啟動。
5 rain后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會降至l 500 r／min左右，
此時(shí)應(yīng)該啟動主機(jī)頂軸油泵。因頂軸油泵一般為保
安段供電的交流油泵，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)必須啟動，
也就是說，如不考慮事故照明，在汽輪機(jī)跳閘后的
5 min之內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)啟動，就不會對汽輪機(jī)的安
全構(gòu)成實(shí)質(zhì)性的威協(xié)。一般電廠的做法是，機(jī)組失
去廠用電后柴油發(fā)電機(jī)立即啟動，進(jìn)一步提高了安
全性。
在廠用電失去的短時(shí)間內(nèi)，柴油發(fā)電機(jī)常常會
因負(fù)荷過重而跳閘，因此有序、合理地選擇柴油發(fā)
電機(jī)負(fù)載十分重要。在主機(jī)惰走前期，要確保主機(jī)
潤滑油泵、密封油泵的正常運(yùn)行，在主機(jī)惰走后期
還要確保頂軸油泵的正常運(yùn)行、在主機(jī)轉(zhuǎn)速到0后，
要根據(jù)情況確保主機(jī)盤車的運(yùn)行。整個(gè)過程中要確
保直流系統(tǒng)、熱控UPS電源的正常供電。為減輕
柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷，在交流油泵啟動后，相應(yīng)的直流
油泵應(yīng)該及時(shí)停運(yùn)。
一般汽輪機(jī)惰走轉(zhuǎn)速低于1 500 r／min時(shí)，都
需要啟動頂軸油泵，以便在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子自身油膜消
失前，建立潤滑油膜以保護(hù)軸承。而實(shí)際上，在潤
滑油溫度正常的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在500 r／min以
上時(shí)，一般均能形成良好的潤滑油膜。因此，在汽
輪機(jī)惰走到500 r／min之前約25 min時(shí)間內(nèi)，可
以不啟動頂軸油泵，但前提是柴油發(fā)電機(jī)還有更重
要的負(fù)載。
第14卷(2012年第9期) 電力安全技術(shù)
3 失去廠用電后的推薦做法
(1)確認(rèn)主機(jī)轉(zhuǎn)速下降，所有主汽門和調(diào)節(jié)汽
門全關(guān)，抽汽逆止門關(guān)閉，高、低壓旁路閥已關(guān)閉，
循環(huán)水泵出口閥關(guān)閉。
(2)確認(rèn)主機(jī)直流事故潤滑油泵自動啟動，否
則應(yīng)搶投。
(3)確認(rèn)空側(cè)直流密封油泵自動啟動，否則應(yīng)
搶投。
(4)確認(rèn)小機(jī)跳閘，汽門全關(guān)，直流事故油泵
自動啟動，否則應(yīng)搶投。
(5)柴油發(fā)電機(jī)啟動，主機(jī)、小機(jī)交流潤滑油
泵啟動、密封油泵啟動，相應(yīng)直流油泵停運(yùn)。
(6)關(guān)注主機(jī)潤滑油溫升情況，檢查其事故冷
卻水投運(yùn)正常。
(7)檢查關(guān)閉汽機(jī)本體及主要管道的疏水閥，隔
絕疏水進(jìn)入凝結(jié)器。
(8)主機(jī)轉(zhuǎn)速低于l 500 r／rain時(shí)，啟動頂軸油泵。
(9)關(guān)注輔助蒸汽壓力變化，適時(shí)開啟真空破
壞閥。
(10)主機(jī)轉(zhuǎn)速到0后視情況投盤車或悶缸。
4 結(jié)論
A而
(1)失去廠用電給汽輪機(jī)組的安全停運(yùn)帶來的
壓力是巨大的。到目前為止，對大多數(shù)機(jī)組而言，
柴油發(fā)電機(jī)是其失去廠用電后的最后一道安全保
障，如果機(jī)組能實(shí)現(xiàn)FCB工況穩(wěn)定運(yùn)行，那么機(jī)
組停運(yùn)的安全性會大大改觀，因此建議及時(shí)開展這
方面的工作。
(2)汽輪機(jī)組在失去廠用電的情況下停運(yùn)后，
要加強(qiáng)對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與比較，尤其是與汽輪機(jī)
本體有關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù)。如果低壓缸排汽溫度上升過
高，在機(jī)組轉(zhuǎn)為冷態(tài)后，要加強(qiáng)對凝汽器鈦管脹口、
低壓缸及軸承座的檢查。
(3)完善的事故預(yù)案能夠有效地化解事故風(fēng)
險(xiǎn)，合理的細(xì)節(jié)處理能夠減輕事故帶來的損失，但
這都要建立在對事故發(fā)生后機(jī)組運(yùn)行情況深入、細(xì)
致與準(zhǔn)確的把握之上。
參考文獻(xiàn)：
1姚金環(huán)．對FCB若干問題的探討．[J]中國電力，2007(05)
(收稿日期：2012-06—04)
中國電力信息化投資規(guī)模將保持穩(wěn)步增長
電力信息化是在電能的發(fā)、輸、變、配、用和調(diào)度的生產(chǎn)和管理全過程中，運(yùn)用信息技術(shù)、
改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)電力企業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，優(yōu)化與升級、提高管理水平，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)跨越式發(fā)展。
其下游電力行業(yè)是基礎(chǔ)能源工業(yè)，安全可靠性要求高，資產(chǎn)密集，信息化管理需求迫切。
2010年我國電力信息化投資額為202．63億元，隨著未來“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”建設(shè)規(guī)劃實(shí)施、
新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷出現(xiàn)及產(chǎn)品更新?lián)Q代需求的推動，我國電力信息化投資規(guī)模將保持穩(wěn)步增長。
據(jù)報(bào)告顯示，長久以來，電力企業(yè)比較重視信息技術(shù)在生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用，而忽視在業(yè)
務(wù)管理中的應(yīng)用。目前，電力企業(yè)的“信息高速公路”已基本建成，電力信息化在生產(chǎn)經(jīng)營操作
層的運(yùn)用已經(jīng)完成。下一步如何利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)從“生產(chǎn)成本控制”到“資源經(jīng)營管控”轉(zhuǎn)變，
以實(shí)現(xiàn)集團(tuán)企業(yè)整體管控與經(jīng)營效益最大化。另一方面，電力企業(yè)呈現(xiàn)集團(tuán)化、產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、
智能化的發(fā)展趨勢。電力企業(yè)集團(tuán)其對數(shù)據(jù)分析、輔助決策、智能管理的需求逐漸凸顯。這些因
素都能促使電力信息化的重點(diǎn)從生產(chǎn)經(jīng)營操作層向業(yè)務(wù)職能管理層和企業(yè)戰(zhàn)略決策層轉(zhuǎn)移。電力
行業(yè)的信息應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)也是在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生的。
電力行業(yè)的信息應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)是針對電力企業(yè)的各種管理需求，進(jìn)行應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)，以
及各軟件系統(tǒng)之間的界面、數(shù)據(jù)和流程集成的應(yīng)用系統(tǒng)集成。有分析認(rèn)為，隨著電力行業(yè)的信息
化需求由生產(chǎn)經(jīng)營操作層向業(yè)務(wù)管理層和決策層轉(zhuǎn)變影響，近年來信息應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域在電力
信息化行業(yè)的投資比例逐年增加，其市場需求高于電力信息化行業(yè)增長。
(來源：國家電力信息網(wǎng)2012-08-23)
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