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文档简介

轨道交通机车车辆变流设备市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器2024-03-15发布2024-10-01实施国家标准化管理委员会 I 2规范性引用文件 3术语和定义 24缩略语 5使用条件 6系统构成 7技术要求 8试验方法 9检验规则 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)提出并归口。本文件起草单位:株洲中车时代电气股份有限公司、中铁检验认证株洲牵引电气设备检验站有限公司、中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车大连电力牵引研发中心有限公司、中车永济电机有限公司、北京纵横机电科技有限公司、中车大连机车车辆有限公司、中车唐山机车车辆有限公司。1轨道交通机车车辆变流设备市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器1范围本文件规定了市域(郊)铁路车辆、城市轨道交通车辆辅助变流器的使用条件、系统构成、技术要求、本文件适用于采用直流供电制式的市域(郊)铁路车辆和城市轨道交通车辆辅助变流器。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T1402—2010轨道交通牵引供电系统电压GB/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验A:低温GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高温GB/T2423.4—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Db:交变湿热(12h+12h循环)GB/T2423.17—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ka:盐雾GB/T2900.33电工术语电力电子技术GB/T2900.36电工术语电力牵引GB/T4208—2017外壳防护等级(IP代码)GB/T16935.1—2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分:原理、要求和试验GB/T21413.1—2018轨道交通机车车辆电气设备第1部分:一般使用条件和通用规则GB/T21414轨道交通机车车辆电气隐患防护的规定GB/T21563—2018轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验GB/T24338.3—2018轨道交通电磁兼容第3-1部分:机车车辆列车和整车GB/T24338.4—2018轨道交通电磁兼容第3-2部分:机车车辆设备GB/T25119—2021轨道交通机车车辆电子装置GB/T25122.1—2018轨道交通机车车辆用电力变流器第1部分:特性和试验方法GB/T25343.3铁路应用轨道车辆及其零部件的焊接第3部分:设计要求GB/T28029.1轨道交通电子设备列车通信网络(TCN)第1部分:基本结构GB/T28029.12轨道交通电子设备列车通信网络(TCN)第3-4部分:以太网编组网(ECN)GB/T32347.1—2015轨道交通设备环境条件第1部分:机车车辆设备GB/T32350.1—2015轨道交通绝缘配合第1部分:基本要求电工电子设备的电气间隙和爬电距离GB/T34571轨道交通机车车辆布线规则GB/T36286—2018轨道交通机车车辆辅助供电系统TB/T1484.1机车车辆电缆第1部分:动力和控制电缆2TB/T1484.3机车车辆电缆第3部分:通信电缆TB/T1508机车电气屏柜IEC62485-2:2010蓄电池组和蓄电池装置安全性要求第2部分:固定式蓄电池(Safetyre-quirementsforsecondarybatteriesandbatteryinstallations—Part2:Stationarybatteries)IEC62973-1轨道交通机车车辆辅助供电系统用蓄电池第1部分:通用要求(Railwayap-plications—Rollingstock—Batteriesforauxiliarypowersupplysystems—Part1:Generalrequire-ments)3术语和定义GB/T2900.33、GB/T2900.36、GB/T1402-2010、GB/T25122.1-2018和GB/T36286-2018界定的术语和定义适用于本文件。4缩略语下列缩略语适用于本文件。TCMS:列车控制与管理系统(TrainControlandManagementSystem)THD:总谐波畸变率(TotalHarmonicDistortion)5使用条件5.1环境条件辅助变流器在以下环境条件下能正常工作:a)海拔不超过1400m;b)环境温度符合GB/T32347.1—2015中4.3规定的T3级,范围为一25℃~45℃,基准温度宜c)存储温度为一40℃~70℃;d)相对湿度符合GB/T32347.1—2015中4.4的规定;e)能承受使用时的冲击和振动而无损坏或故障,符合GB/T21563—2018中1类A级的规定;f)安装于车辆车底架或车顶,应能承受车辆运行时的风、雨、雪、沙尘天气和偶尔发生的盐雾、酸雨等现象,以及车辆清洗剂的作用;g)污染等级符合GB/T32350.1—2015中4.4的规定,变流器密闭空间的污染等级为PD2,非密闭空间的污染等级为PD4。5.2.1高压供电电源5.2.1.1牵引供电系统供电标称电压(U。)为DC1500V或DC750V,最高非持续电压(Umxg)、最高持续电压(Umx)、最低非持续电压(Uming)、最低持续电压(Umint)应符合GB/T1402—2010中表1的规定。5.2.1.2如由车载储能系统供电,其供电标称电压及容许的极限工作电压根据车载储能系统的集成方案确定。5.2.1.3输入电压特性符合GB/T25122.1—2018中4.2.7.3和GB/T1402—2010的规定。5.2.1.4应能承受GB/T1402—2010规定的输入过电压和瞬态能量。过电压类别符合GB/T32350.1—32015中4.2.3.2和8.3.1的规定。5.2.2.1控制电源电压宜选取DC110V或DC24V。5.2.2.2控制电源的电压变化、中断及纹波因数等应符合GB/T25119—2021中5.1.1的规定。5.3特殊条件当辅助变流器使用条件超出上述条件时,由供需双方协商确定。辅助变流器将输入电源进行电力电子变换,向辅助设备供电,其构成主要包括预充电电路、直流滤波电路、变换与隔离电路、辅助控制单元、交流滤波电路、蓄电池充电机电路(可选配集成)及冷却系统等。其中冷却系统可采用自然冷却、强迫风冷或液冷等形式,变换与隔离电路根据电路形式可采用工频隔离变换、中高频隔离变换等形式,蓄电池充电机电路可采用AC/DC变换、DC/DC变换等形式。辅助变流器典型系统构成示意见图1。DC3AC或DCA低压直或DC—主电路能量流---主电路可选能量流一—控制电路信号流隔离型变换器非隔离型变换器预充电电路直流滤波电路DC3AC交流滤波电路交流辅’助负载,变换与隔离电路蓄电池流负载DC图1辅助变流器典型系统构成示意图7技术要求7.1一般要求7.1.1柜体外观表面油漆应均匀、完整;电镀件应平整有光泽;紧固件应无短缺、松动、生锈;接线端子7.1.2柜门应有二次防脱功能。7.1.3柜体应至少设置两个接地点并应有接地标识。7.1.4柜体如采用焊接结构,应符合GB/T25343.3的规定。7.1.5结构、组装等应符合TB/T1508的规定。7.1.6布线应符合GB/T34571的规定。47.1.8应具有良好的防火性能,所选用的材料应最大限度地防止火灾发生。应采用非延燃性材料和防火材料,不应使用燃烧后产生足以影响人体健康或对环境有害的毒气的材料。7.1.9电子元器件宜采用环保器件,其装配宜采用无铅焊接工艺。7.1.10使用的电缆应符合TB/T1484.1和TB/T1484.3的规定。7.1.11电气安全应符合GB/T21414的规定,应设置高压、有电、安全放电时间或类似的安全警示标志。7.1.12主电路断电后,各主电路中电容器两端电压均应在5min内放电至DC50V以下,如采用电阻7.1.13所有M6及以上规格的紧固件紧固后应打防松标记。紧固件选用应根据使用条件满足防锈、防腐蚀等要求。7.1.14柜体密闭部分的防护等级应满足GB/T4208—2017中IP54或以上的要求,非密闭部分的防护等级不应低于IP20的要求。7.2功能要求控制单元通过车辆总线与TCMS进行通信,通信接口应符合GB/T28029.1和/或GB/T28029.12的规定,宜采用多功能车辆总线(MVB)和/或工业以太网接口,通过该接口可实现TCMS对辅助变流器的监视或控制。当控制单元发生故障时不应影响车辆总线其他设备的工作。7.2.2故障记录与诊断故障记录的数据类型、周期、存储时间等应满足故障诊断和运营需要,并应设有维护接口。该接口应为标准接口,宜采用工业以太网接口,通过该接口可实现辅助变流器的故障数据的读取、转存以及应用软件的装载等,并可通过软件对下载的故障数据进行分析。7.2.3辅助能耗记录宜具有辅助能耗记录功能,能耗记录数据可上传至TCMS。相不平衡、过热、电子控制装置故障等保护功能。其中至少过流、过压、欠压、过热等保护应具有自动恢复功能。7.2.5蓄电池充电管理如辅助变流器集成充电机,则应具备以下功能:a)限流、恒压充电功能;b)总输出限流功能;c)温度补偿功能:d)应用锂电池时,与锂电池管理系统通信与控制功能。应具有高压输入与输出间电气绝缘隔离功能。5宜具有在车辆蓄电池亏电情况下的应急启动功能,宜采用高压DC/DC变换电源方式。7.3性能要求额定工况(标称输入电压、额定输出容量)下,辅助变流器总效率不应低于90%。额定工况下,辅助变流器主电路、控制电路和辅助电路各部件的温升应满足GB/T21413.1—20187.3.3绝缘性能7.3.3.1电气间隙和爬电距离最小电气间隙符合GB/T32350.1—2015中第5章的规定,最小爬电距离符合GB/T32350.1—2015第6章的规定。海拔高于2000m时,电气间隙修正系数应符合GB/T16935.1—2008中的表A.2的规定,可采用插值法进行计算。主电路的绝缘电阻不应低于10MΩ,辅助电路、控制电路的绝缘电阻不应低于5MΩ。主电路、辅助电路的工频或直流试验电压等级按GB/T32350.1—2015中附录A、附录B确定,控制电路的工频或直流试验电压等级应符合GB/T25119—2021中12.2.10.3的规定。应符合GB/T干扰应符合GB/T24338.4—2018的规定,具体要求应符合表1的规定。对供电、通信、信号等系统的25122.1—2018中4.2.8的规定。表1电磁兼容性能要求序号试验项目试验端口试验条件符合性等级或要求1电快速瞬变脉试验”控制电源端口;输出到装置外的信号、通信、过程测量和控制端口峰值:±2kV;上升时间/持续时间(50%值):重复频率:5kHzA2浪涌(冲击)抗扰度试验”控制电源端口线-线:±1kV;线-地:±2kV;耦合电容B6序号试验项目试验端口试验条件符合性等级或要求3射频场感应的传导骚扰抗扰度试验、射频共模抗扰度试验控制电源端口;输出到装置外的信号、通信、过程测量和控制端口10V(方均根值);源阻抗:150ΩA4射频电磁场辐射抗扰度试验箱体端口80MHz~1GHz;20V/m(方均根值);1kHz,80%AMA1.4GHz~2.0GHz;10V/m(方均根值);1kHz,80%AM2.0GHz~2.7GHz;5V/m(方均根值);1kHz,80%AM5.1GHz~6.0GHz;3V/m(方均根值);1kHz,80%AM5静电放电抗扰度试验箱体端口接触放电:±6kV;空气放电:±8kVB6电源端骚扰电压试验控制电源端口;交流输出端口;充电机和直流输出端口准峰值:≤99dBμV准峰值:≤93dBμV交流输出端口(单相电压)7电磁辐射骚扰试验b箱体端口40dBμV/m准峰值,距47dBμV/m准峰值,距76dBμV/m峰值,56dBμV/m平均值,距80dBμV/m峰值,60dBμV/m平均值,距直接耦合,正负极化。超过50kVA的辅助变流器如不能单独试验,则装车后应满足GB/T24338.3—2018的要求。应满足整车规定的要求,噪声等级宜从GB/T25122.1—2018中4.2.10.1的N2、N3等级中选取。7在输入标称电压发生±20%电压跳变时,其交流输出电压的瞬时值变化不超过一20%~15%,并在0.3s内恢复至稳定值;直流输出电压超调量不应大于15%,调节时间应小于0.2s。7.3.7供电短时中断在输入电压发生任何一段时间的中断时均应无损伤。当输入电压恢复时辅助变流器应自动恢复工作。使用强迫通风冷却时,进风口宜设置过滤装置且过滤装置应易于拆装和维护,考虑整车运用环境,当过滤装置有效进风面积减少15%时应仍能满足辅助变流器在额定工况运行下的冷却能力要求。冷却风机宜采用三相AC380V/50Hz供电的风机。采用液冷方式时,冷却系统应能防冻、防腐蚀,且不发生泄漏。7.3.9.1.1辅助变流器交流输出参数应符合表2的规定。表2交流输出参数参数要求说明额定值线电压基波有效值输出电压制式三相四线制三相三线制—相电压基波有效值输出频率 输出电压波形正弦波基波输出容量根据辅助供电系统正常及故障工况时交流辅助负载容量确定根据GB/T36286—2018中6.1.2,确定内容包括:——负载视在功率(kVA)和功率因数;——负载列表(夏季和冬季工况);——负载类型、单相负载;——负载工作制、负载投入冲击电流;——正常和故障工况下的冗余要求等稳态特性电压偏差包括线-线和线-中性点频率偏差—输出电流不平衡度允许范围输出电流不平衡度为任意两相电流之差的绝对值的最大值除以额定输出(相)电流值,用百分数表示8参数要求说明稳态特性输出电压不平衡度1)三相负载平衡时;2)输出电压不平衡度为任一相线(相)电压与平均线(相)电压之差的绝对值除以平均线(相)电压值,用百分数表示均流不平衡度1)多个(≥2)逆变器模块并联输出时;2)50%~100%额定负载;3)均流不平衡度为任一模块三相输出电流平均值与所有模块三相输出电流平均值之差的绝对值的最大值除以模块额定输出电流值,用百分数表示输出电压THD≤5%(非线性负载不大于额定交流输出容量10%);≤8%(非线性负载大于额定交流输出容量10%)1)最高次谐波不宜低于50次;2)如辅助变流器接入的非线性负载超过额定交流输出容量10%,非线性负载在输入交流母线产生的谐波电流THD不应大动态特性过载能力至少能承受150%额定输出电流、持续10s的过载;200%额定输出电流时立即保护1)非限流;2)应规定过载电流-时间关系曲线电压变化范围—20%~+15%、恢复时间:≤0.3s1)负载突变时;保护。当电机类负载的起动、突加、突切时,辅助变流器应能正常运行,不应发生保护。应能在空载、轻载和额定负载下正常工作,具有100%额定输出电流的投、切能力,不应发生7.3.9.2.1如辅助变流器集成充电机,则其直流输出参数应符合表3的规定。7.3.9.2.2如充电机输出端带有固定放电电阻,该电阻正常工况下不应导致蓄电池亏电。表3直流输出参数参数要求说明额定值额定电压DC110VDC24V见GB/T21413.1—2018中6.3.3输出功率根据辅助供电系统正常及故障工况时直流辅助负载容量确定在额定电压下,确定内容包括:——负载功率(kW);——负载类型、紧急负载、永久负载;——负载工作制;——正常和故障工况下的冗余要求;——蓄电池充电功率等9表3直流输出参数(续)参数要求说明稳态特性输出电压偏差充电机与蓄电池连接的输出端口处测量电压纹波因数见GB/T21413.1—2018中9.2.1.8总输出限流值I,为直流额定输出电流;根据充电机的输出功率确定充电电流纹波符合IEC62485-2:2010中第10章的规定由蓄电池类型及充电特性确定充电特性(充电限流、温度补偿等)符合IEC62973-1的规定由蓄电池类型确定均流不平衡度1)多个(≥2)充电机模块并联输出时;2)50%~100%额定负载;3)均流不平衡度为任一模块输出电流与所有模块输出电流平均值之差的绝对值的最大值除以模块额定输出电流值,以百分数表示动态特性电压变化范围≤±15%;调节时间≤0.2s1)负载突变时;7.3.10辅助能耗记录性能如辅助变流器具有辅助能耗记录功能,其精度不低于5%。如辅助变流器在长期持续盐雾环境下使用,应采取抗盐雾措施,盐雾性能应满足GB/T2423.17—2008中规定的试验周期的要求,试验周期宜从GB/T2423.17—2008中6.6规定的96h、168h、336h8试验方法按GB/T25122.1—2018中4.5.3.1的规定对产品进行目视检查。8.2验证尺寸和公差按GB/T25122.1—2018中4.5.3.2的规定用标准量具对产品的外形尺寸和安装尺寸进行测量。按GB/T25122.1—2018中4.5.3.3的规定对产品进行称重。8.4标志检查目视检查辅助变流器的铭牌和标牌是否齐全、清晰、醒目,安装或贴装位置是否符合要求。8.5冷却系统性能试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.5的规定进行。8.6泄漏试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.5.4的规定进行。8.7防护等级试验防尘试验按GB/T防水试验按GB/T4208—2017的规定进行。4208—2017中14.2的规定进行。8.8介电强度试验对主电路、辅助电路、控制电路施加7.3.3.3规定的试验电压,型式检验持续时间1min,出厂检验持续时间宜为10s,检查是否有击穿或闪络现象。当有必要重复试验时,应将试验电压降至初始试验电压的0.8倍。8.9绝缘电阻试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.8的规定进行,各电路应用直流兆欧表测试并记录。在介电强度试验前后均应检查绝缘电阻。主电路用2500V兆欧表(标称电压DC1500V供电的辅助变流器)或1000V兆欧表(标称电压DC750V供电的辅助变流器)、辅助电路用1000V兆欧表、控制电路和直流输出电路用500V兆欧表。8.10机械、电气保护与测量设备的试验试验可在低压(不输入高压电源、仅输入控制电源)或高压(输入高压电源)模式下,验证辅助变流器的各项保护功能是否正常。部分保护功能试验可用模拟的方法进行。8.11轻载试验辅助变流器在标称输入电压,不大于额定负载下进行,检查以下参数值是否符合表2、表3的规定:b)直流输出电压、纹波因数、温度补偿特性、充电电流限流值。8.12换流试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.11的规定进行。检查辅助变流器在输入电压Umxz,最大输出电流下是否工作正常且无部件损伤。8.13噪声测量按GB/T25122.1—2018中4.5.3.12的规定进行。试验时,辅助变流器工作在额定工况,冷却系统多种转速工况(如有),距离柜体基准发射面1m处测量噪声,测试后计算A计权平均(声压级)噪声值。8.14温升试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.13、7.5.7的规定进行。辅助变流器在额定工况下运行直至温度稳定,测量并计算主电路、辅助电路和控制电路各部件(至少包括功率器件模块散热器、电容器、电抗器、8.15功率损耗测定按GB/T25122.1—2018中4.5.3.14的规定进行。在额定工况下,测量辅助变流器的输入功率和输出功率(包括交流和直流输出),计算得出辅助变流器的效率。8.16供电过电压和瞬态能量试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.15的规定进行。检查辅助变流器在输入电压Umg,额定负载下是否工作正常,器件是否损伤。8.17短路试验按GB/T25122.1—2018中7.5.4的规定进行。试验时,分别对辅助变流器的交流输出及直流输出进行短路,检查辅助变流器是否能保护且无任何损伤。8.18负载中断试验按GB/T25122.1—2018中7.5.8的规定进行。辅助变流器工作在额定工况下,突然中断交流输出所带负载或直流输出所带负载,检查辅助变流器是否能正常工作,有无保护动作,输出电压变化是否符合表2或表3的规定。8.19负载突变试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.16的规定进行。输入电压U,交流输出负载从空载突加到额定输出电流或从额定输出电流突减到空载,直流输出负载从(10%~20%)I。突加到(80%~100%)I。或从(80%~100%)I。突减到(10%~20%)I。,检查输出电压动态变化范围是否符合表2和表3的规定。8.20安全性要求检查按GB/T25122.1—2018中4.5.3.17的规定进行。辅助变流器在输入电压Umx下工作,断开输入电压,检查辅助变流器主电路中所有电容器端电压降低到DC50V的放电时间是否满足要求。8.21冲击和振动试验按GB/T21563—2018中第8章、第9章、第10章的规定进行功能随机振动试验、随机振动量级的模拟长寿命试验和冲击试验。试验类别为1类A级,其中模拟长寿命试验的随机振动量级的加速度比例系数取5.66。试验后重新按8.1、8.11试验。8.22电磁兼容试验按GB/T24338.4—2018中第6章、第7章的规定进行,试验端口和试验要求见7.3.4。检查辅助变流器工作是否正常,输出电压及偏差是否符合表2和表3的规定。8.23网压跳变试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.20的规定进行。试验时,辅助变流器工作在额定工况,输入电压从U。突加或突减20%,检查辅助变流器是否正常工作,有无保护动作,输出电压变化是否满足7.3.6的要求。宜采用在辅助变流器输入端串入或切除电阻的方法进行试验。8.24供电短时中断试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.21的规定进行。辅助变流器工作在额定工况,输入电压在10ms~10s范围内的任何一段时间中断供电,检查辅助变流器是否自保护且无任何损伤,中断恢复后是否能自动恢复正常工作。8.25输出特性试验按GB/T25122.1—2018中7.5.2的规定进行。辅助变流器分别在以下条件下进行:输入电压交流和直流负载分别为最小、额定、过载功率。检查交流输出稳态特性是否符合表2的规定,直流输出电压及偏差、纹波因数、总输出限流值、充电电流限流值及偏差、温度补偿特性等是否符合表3的规定。交流输出电流在不小于5%的电流不平衡度下,检查其输出电压及偏差是否符合表2的规定。如辅助变流器具有能耗记录功能,在标称输入电压下,在50%、100%额定负载下测试,用电量计量装置测量辅助变流器的输入电量,与辅助变流器的记录值进行对比,计算两者之差是否在电量计量装置所测值的士5%以内。8.26启动和重启动试验按GB/T25122.1—2018中7.5.3的规定进行。试验时,带额定负载,输入电压分别为Umg、Un、Umin₂时启动辅助变流器,检查其是否能正常启动,无保护动作。有应急启动功能要求的辅助变流器,在应急供电模式下,检查其是否能启动辅助变流器。8.27验证电压和频率范围按GB/T25122.1—2018中7.5.5的规定进行。输入电压分别为Umi、Un、Umaxt,负载分别为最小8.28过载能力试验按GB/T25122.1—2018中7.5.6的规定进行。在输入电压为U。,规定的输出过载电流-时间关系下,检查辅助变流器是否工作正常或保护,是否超过温度限值。8.29均流试验按GB/T25122.1—2018中4.5.3.22的规定进行,在输入电压为U,,50%额定负载及额定负载工况下测量输出电流值,计算均流不平衡度。8.30交变湿热试验按GB/T2423.4—2008的规定进行。试验严酷程度为:——高温:+55℃;——相对湿度:95%;8.31低温试验按GB/T2423.1—2008中5.3的规定进行。辅助变流器置于一40℃温度下16h,温度调节到—25℃,温度稳定后放置2h,放置时间结束,在保持低温状态下启动辅助变流器,按8.11的规定进行性能检测,恢复至室温下重新按8.11的规定进行性能检测。8.32高温试验按GB/T2423.2—2008中5.3的规定进行。辅助变流器不通电,置于+70℃温度下16h,温度调节到+45℃,温度稳定后在额定工况下启动辅助变流器,并持续运行4h~6h,检查其在额定工况下是否正常启动和工作,按8.11的规定进行性能检测,恢复至室温下重新按8.11的规定进行性能检测。8.33盐雾试验按GB/T2423.17—2008的规定进行。9检验规则9.1检验分类辅助变流器的检验分为出厂检验和型式检验。9.2出厂检验9.2.1对每台出厂的产品,均应进行出厂检验。9.2.2在出厂检验过程中,若任意一项不合格,均判该产品不合格。9.3型式检验9.3.1检验样品在出厂检验的合格品中抽取,数量为1台。9.3.2型式检验全部项目应在抽样样品上进行,检验项目全部合格时,该产品

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