企业降压变电所电气初步设计（全套含CAD图纸）
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目录 摘 要 本设计以变电站为研究对象。变电站不仅仅是电力系统的一个重要的组成部分，而且也是电厂和用户之间的枢纽。主电路电气配线的设计以及开发，要对整个变电站电气设备做出正确的选择，其中包括配电设备装置，继电保护和自动装置等设备。 在初步了解变电站的概念后，根据任务书上的要求，查阅相关的参考文献，进一步了解所需要做的事情。由线路和负载的相关参数，计算出相应的负荷，进行无功功率补偿。然后根据变电站的位置及出线方向来考虑，并对负荷进行数据分析，考虑安全性，经济性以及可靠性，确定 10以及电气主布线，之后通过负载 计算和供给的范围，确定变压器的容量和台数以及型号，进行相关的短路电流计算。再根据设计要求选择断路器，隔离开关，变压器和保护装置的型号，最后还对相应的继电保护和防雷措施进行了简单的设计。 关键词 ：主接线 ;数据分析 ;变压器 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目录 as is an of a of to of of a of of to of to of to is by of is to to 0kV of to to of of to a 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 27 页 1 绪论 计背景 电力系统是由发电厂 、 变电所 、 线路和用电居民组成的系统。作为一个电气工程及其自动化专业的学生，掌握变电所设计流程和设计方法是非常有必要的。 这次所设计的 10 压变电所为企业变电所。变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响到整个电力系统的安全与经济运行。变电所降压后供电给本厂区的各个车间， 全所停电将引起该厂区的电网瓦解，致 使生产停顿，生活不便，后果非常严重。因此，设计和建造一个以“安全、可靠、优质、经济”为标准的变电所，对保障工厂的安全及其连续的运行是极为重要的。 电站的总体分析 （ 1）变电站类型： 10业降压变电站； （ 2）电压等级： 10 （ 3）负荷情况： 大 500 （ 4）出线回路： ， 9 回； （ 5）地质、气象条件：年最高气温 +35 ，年平均气温 +26 ,年雷暴数为 80。 这次设计的 10压变电站是 10区变电站，它的主要任务是向全工厂供电，为了保证可靠的供电及电网发展的需求，在选取设备时，应该尽量选择动作可靠性高，维护周期长的设备。从设计任务书上的可以得到以下信息， 线9 回；负荷状况为 大 500设计 要严格按照电力工程设计手册和发电厂电气部分等参考资料进行主接线的选择，更要与所选设备的性能结合起来考虑，从而确定一个技术合理、经济可靠的最佳方案。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 27 页 2 负荷计算 荷分级及计算过程 （ 1）一级负荷 a)中断其供电将会发生爆炸等危险状况的负荷； b)非常重要的场所不允许中断供电的负荷； c)在电源突然中断时，一定要有处理安全停产所需的各种装置和系统； d)民用建筑之中大型金属中心的重要级计算机系统和防盗报警系统，比赛场上的记分系统以及监控系统等。 （ 2）二级负荷 a)中 断供电将会造成比较大的经济损失的负荷； b)中断供电将会对重要用电单位正常工作造成影响的负荷； c)中断供电易造成现场混乱的影院，商场等人员比较多的公共场所的负荷。 （ 3）三级负荷 不属于以上负荷等级的均属于三级负荷。对于一些非连续运行生产的中小企业，停电仅仅影响产量或者导致少量产品报废的，以及一些民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。 本次所设计的对象是一般的工业企业，中断供电不会发生爆炸等危险情况也不会造成较大的经济损失，所以属于三级负荷。 本变电站负荷分析的计算过程如下： 计算所 用到的公式： 21 c o st a nc o s （ 3 P （ 3 * ta （ 3 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 27 页 根据任务书可得知各个车间负载情况如表 2 全厂电力负荷分布 负荷名称 负荷大小 x 间 1 500 间 2 400 间 3 500 间 4 300 间 5 400 间 6 300 间 7 200 间 8 200 活区 200 2区各个车间负载情况 车间 1 负荷计算： 因为 500（ ,由上表可得 .6 1-)2 1(c =以 e=00=300（ P1+0064（ 车间 2 负荷计算： 因为 400（ ,由上表可得 12(c =以 e=00=220（ P2+2065（ 车间 3 负荷计算： 因为 500（ ,由上表可得 1-)2 3(c = 以 e=50040（ 4042（ 车间 4 负荷计算： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 27 页 因为 300（ ,由上表可得 1-)2 4(c = 以 e=30065（ 65 车间 5 负荷计算： 因为 400（ ,由上表可得 1-)2 5(c = 以 e=40080（ 80 车间 6 负荷计算： 因为 300（ ,由上表可得 1-)2 6(c = 以 e=30065（ 6532（ 车间 7 负荷计算： 因为 200（ ,由上表可得 1-)2 7(c = 以 e=20030（ 30 车间 8 负荷计算： 因为 200（ ,由上表可得 1-)2 8(c = 以 e=20020（ 206（ 生活区负荷计算： 因为 200（ ,由上表可得 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 27 页 1-)2 9(c = 以 e=20032（ 32 各个车间和生活 区计算负荷如表 2示： 序号 用电设备组 计算负荷 车间 1 300 264 车间 2 220 165 275 3 车间 3 440 242 车间 4 165 车间 5 280 73 6 车间 6 165 132 车间 7 130 车间 8 120 96 生活区 132 间 总计 1952 2荷计算结果 3 无功功率补偿 功电源的组成及补偿装置的选择 电力系统中的无功电源由三部分组成： （ 1）发电机可能发出的无功功率（一般都为有功功率的 40%50%）； （ 2）无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率； （ 3） 110以上电压线路的充电功 率 无功补偿装置的类型： 无功补偿装置可以分成两大类：串联补偿装置以及并联补偿装置。 如今常用的补偿装置有：同步调相机、电力电容器等等。 常用的补偿装置的比较及选择： 这两种无 功补偿装置全都是直接或通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 27 页 a)同步调相机： 同步调相机好比于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它会向系统提供无功功率从而起到无功电源的作用。 b)电力电容器： 电力电容器可以按照三角形和星形接法连接在变电所母线上。其容量可大可小，既可集中安装，又可分散安装，运行时功率损耗较小。 综合对比后，选择并联电容器作为无功补偿装置。 功补偿的确定 低压侧的功率因素： 7 41 9 5 2c o s 总总 P 按照规定要求，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压 侧补偿后的功率因素应该略大于高压侧补偿后的功率因素： 无功功率补偿容量（单位为 算公式： 21 ta n （ 3 式中 ： P 有功计算负荷（单位 1 对应原来功率因数 1的正切； 2 对应需补偿到的功 率因数 2的正切。 先计算各个变电所的无功补偿。 计算过程： rc c o st a nt a n 1 rc c a nt a n 2 94 2 7 1t a nt a n 21 在变电所的低压侧内进行功率补偿，查手册选用 无功功率自动补偿屏，内装 并联电容器，采用方案 1（主屏） 1 台与方案 3（辅屏） 6 台相组合，总共容量为 84=588 补偿后的无功功率为： 偿后的视在功率为： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 27 页 30230230 本次的设计中，无功功率补偿采用集中补偿方式。如采用 电容器， 8 4 以可以装 51 个该型电容器，每相 17 个 。 容器规格参数 序号 产品型号及规格 额定电压 (额定容量(额定电容 （ 相数 重量 （ 1 ) 0 27 4 变电所位置和主变压器的选择 电所位置确定的一般原则 （ 1）应该尽可能地靠近负荷中心； （ 2）进出线方便（特别是要考虑便于架空进出线）。考虑进线的电源方向，偏向电源侧； （ 3）不应妨碍企业的发展，要考虑到扩建的可能性； （ 4）设备运输方便； （ 5）尽量避开有腐蚀性的气体，如果实在无法避免，则应该想办法使其位于污秽源的上风侧； （ 6）变电所屋外的配电设施与其他建筑物、构筑物之间的防火间距离要符合要求。 在实际的设计中，我们经常根据实际的需要和实际的条件来具体选择。按照相关的方 法来确定负荷中心的位置，之后选择靠近负荷侧且偏向电源一侧的位置作为变电所位置（总降）。 压器实际容量的计算 按照电力变压器规定，电力变压器正常使用的温度条件为：最高气温为+36 ，年平均温度为 +26 。 假如变压器安装位置的年平均气温 T +20 ，那么根据参考文献的内容，年平均气温每升高 1 ，变压器容量应相应地减小 1%。所以应计入一个温度修正系数 室外变压器的实际容量为 0 0201 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 27 页 （ 4 式中 变压器的额定容量。 室内变压器的实际容量为： （ 4 式中变压器的额定容量。 在本次的设计中，用的都是室外变压器，所以选择的变压器实际容量为： T 2 7 410020 变压器台数的确定 以及型号的选择 主变压器台数的确定： （ 1）应符合用电负荷对供电可靠性的要求； （ 2）对于季节负荷或者昼夜负荷变动较大而适于采用经济运行方式的变电所，也可以 考虑采用两台变压器； （ 3） 除上述情况外，车间变电所和住户宜采用一台变压器。但集中负荷较大者也可采用两台及以上变压器； （ 4） 应适当的考虑下负荷的发展，要留有一定的余地。 通过以上的原则，结合任务书上的要求，在本次的设计中，选择双绕组变压器。同时选择两台主变压器。 主变压器型号的选择： （ 1） 电力变压器按照电压调节的方式可以分为：无载调压和有载调压两种。工厂变电所在通常情况下采用无载调压变压器； （ 2） 按绕组导体的材料可分为：铜绕组和铝绕组变压器两种。为了减小损耗，我选择采用铜绕组变压器； （ 3） 电力变压器按照绕组的型式可以分为：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。而在本设计中，主变压器采用两台，所以选择双绕组变压器； （ 4） 按绕组绝缘可分为干式、油浸式和 种，通常工厂中都会选用油浸式； （ 5） 电力变压器按照用途可分为：普通电力变压器和特种变压器两种。工厂变电所通常采用普通变压器，如果有防火防爆要求以及有腐蚀性物质的场所则采用全封闭变压器，如果有 防雷要求的场所则采用防雷变压器。 通过以上的分析，最后选择的变压器型号为： 2000/10（三相铜绕组电力变压器，性能水平代号 9，额定容量为 2000压绕组电压等级是 10联 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 27 页 结方式为采用 过查阅电力变压器，各项参数如表 4示： 型号 额定容量 (额定电压 /结组标号 损耗 /载电流（ %） 空载阻抗（ %） 一次 二次 空载 负载 0 2000 40 参数 且在此次设计中，采取的是两台变压器并列运行的方式。 5 主接线方式的选择 气主接线设计的基本要求 （ 1）可靠性：是电力生产的首要任务，是电气主接线的基本要求。 （ 2） 灵活性：灵活性应满足以下几个方面，一是高度的方便性；二是操作的方便性；三是扩建的方便性； （ 3） 经济性：一般设计要在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。 接线的设计 （ 1） 10主接线的设计 由设计资料可知， 10设计规模为出线 9 回。 所以 10以采用单母分段连接方式 ，也可以采用双母线连接方式。 图 50用单母分段接线 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 27 页 6 短路电流的计算 定基准值 设 100， 0 51 ，低压侧 ，则基准电流： 03100311d 算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1. 电源的电抗标幺值 由任务资料可知断路器容量为 500，因此 2. 架空线路的电抗标幺值 架空线路初选 于架空线路线间的距离为 1000那么 由附录表 14可查得0 0 / k ，而线路长 8架空线路的的电抗标幺值为 *2 3. 电力变压器的电抗标幺值 根据变压器台数和容量的选择结果，本设计中选择 2 台型号为 0 的变压器，其短路电压百分数k %=4U，因此 850 010 010 04*4*3 短路等效电路图如 下图 所示，图 已 标出各 个 元件的序号和电抗标幺值， 且 标明 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 27 页 了短路计算点。 图 4路等效电路图 6.3 障点的短路电流计算 1. 总电抗标幺值 *1* 1k 三相短路电流周期分量有效值 1 3. 其他短路电流 k 33 3 3 4. 三相短路容量 1 6.4 障点的短路电流计算 1. 总电抗标幺值 *3*2*1* 2k 三相短路电流周期分量有效值 2 3. 其他短路电流 k 33 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 27 页 3 3 4. 三相短路容量 2 计算结果综合后如表 6示。 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量 /3(）（ 3I )3(I )3()3()3(k 1 k 2 6短路计算结果 7 变电所一次设备的选择与校验 电所高压一次设备的介绍 高压开关柜是变电所的主要一次设备。为了实现灵活控制和保障操作人员、供电系统和电气设备的安全，在配电给用电设备组馈出线的出口处，必须要有相应的操作开关、保护设备和测量设备，而这些设备通常放在与馈出线相对应的配电开关柜中，以便 装配、操作和维护。 1. 高压断路器线路：线路正常时，用来通断负荷电流；线路短路时，用来切断短路电流。 2. 隔离开关：当电气设备停电检修时，用来隔离电源，形成一个明显的断开点。 3. 熔断器：线路或设备故障时，用来切断强大的短路电流。 4. 避雷器：主要用来抑制架空线路和母线上的雷电过电压和操作过电压保护电气设备免受损害。 5. 静电电容器：主要用于无功功率补偿。 6. 电流互感器：将主回路中的大电流转换成小电流信号，用来计量和继电保护。 7. 电压互感器：将高电压转换成低电压，用来计量和继电保护。 次设备的选择与校验的条件和项目 1. 按照正常的工作条件，包括电压、频率、电流、开断电流等选择。 (1) 按工作电压选择 设备的额定电压e： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 27 页 U e（ 7 (2) 按工作电流选择 设备的额定电流e： I e（ 7 (3) 按断流能力选择 设备的额定开断电流短路容量： I 或S （ 7 2. 按短路条件进行动稳定和热稳定的校验。 (1) 动稳定校验 条件 7 式中 开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为 3 3 开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为 (2) 热稳定校验条件 32 （ 7 式中 开关的热稳定电流有效值（单位为 t 开关的热稳定试验时间（单位为 s）； 3I 开关所在处的三相短路稳态电流（单位为 短路发热假想时间（单位为 s）。 短路发热假想时间20 . 0 5 ( )im a k （ 7 在 无限大容量系统中，由于 ，因此 0 im a kt t s式中 短路持续时间，当 1， 电流互感器的短路稳定度校验： (1) 动稳定校验条件 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 27 页 331 102 （ 7 (2) 热稳定校验条件 ( 3 ) t 或 ( 3 )1 im I t （ 7 3. 考虑电气设备运行的环境以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。 4. 按各类设备的不同特点和要求来进行选择 3,9。 选择一次设备时应校验的项目如表 7示。 一次设备名称 额定电压 额定电流 开断电流 短路电流校验 环境条件 其他 动稳定 热稳定 高低压熔断器 高压隔离开关 操作性能 高压断路器 操作性能 低压刀开关 操作性能 低压断路器 操作性能 电流互感器 操作性能 电压互感器 操作性能 母线 电缆 备注 表中“”为必须校验项目。“ ”为不必校验项目，“”为一般可不校 验项目 表 7选择一次设备的校验项目 电所 10一次设备的选择 根据企业所在地区的外界环境，高压侧采用 )型户内移开式交流金属封闭开关设备。其内部高压一次设备根据本厂需求选取，假设继 路器短路时间为 选设备： 高压断路器： 高压熔断器： 0； 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 27 页 高压隔离开关： 6800； 避雷器： 电流互感器： 电压互感器： 因为继电保护动作时间为 路器短路时间为 以此由上述一次设备验证条件可知： 高压断路器 额定电压 10定电流 630A，额定开断电流 16限通过电流 40稳定电流 16设计中， 10NU 根据高压断路器的验证条件则： e 1 0 1 0k V U k V ； e 6 3 0 3 9 . 7 I A ； 1 6 2 . 9o c kI k A I k A ； ( 3 )m a x 4 0 7 . 4k A i k A ； 322 im at 因此符合条件。 高 压隔离开关 200/1086 ：额定电压 10定电流 200A，动稳定电流峰值 稳定电流 10设计中， 10NU 根据高压隔离开关的验证条件则： e 1 0 1 0k V U k V ； e 2 0 0 3 9 . 7 I A ； ( 3 )m a x 2 2 . 5 7 . 4k A i k A ； 322 im at 因此符 合条件。 电流互感器 定电压 10定电流一次 100A，二次 5A， 1s 热稳定倍数 90，动稳定倍数 225。本设计中， 10NU 根据电流互感器的验证条件则： e 1 0 1 0k V U k V ； e 1 0 0 3 9 . 7I A I A ； 动稳定校验条件： 3 ( 3 )1 s 1 0 ie s 3 ( 3 ) 2 5 1 0 0 1 0 3 1 . 8 i 7 . 4 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 27 页 热 稳定校验条件： ( 3 )1 i m ( 3 ) 1 . 39 0 0 . 1 9 2 . 9 3 . 31i m t 。因此均符合条件。 高压熔断器 0：额定电压 10定电流 50A，熔体电流 40A。本设计中， 10NU 根据电流互感器的验证条件则： e 1 0 1 0k V U k V ； 4 0 3 9 . 7N F E I A ； 因此符合条件。 选择 校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 装置地点条件 参数 30I 数据 10.4 额定参数 高压少油断030 160流互感器000/5A 避雷器 0 高压隔离开关68 1 0 / 2 0 0G N T1000A 30 电压互感器0/ 表 7变电所 10一次设备的 选择校验表 表 7选设备均满足要求。 电所 380V 低压一次设备的选择 初选设备：低压断路器 压断路器 低压熔断器 低压刀开关 ； 电流互感器 流互感器 压断路器 定电压为 380V，脱扣器额定电流 1500A，额定开断电流 40断路器装在总线端，总30 1 0 1 5 根据高压断路器的验证条件则： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 17 页 共 27 页 e 3 8 0 3 8 0 U V ； e 1 5 0 0 1 0 1 5 . 2 I ； 4 0 2 4 . 3o c kI k A I k A 。因此符合条件。 低压断路器 定电压 380V，脱扣器额定电流 630A，额定开断电流30限通过电流 40稳定电流 16断路器装在各车间线端，各分车间的电流都不大于 500A。根据低压断路器的验证条件则： e 3 8 0 3 8 0 U V ； e 630I A I ； 3 0 2 4 . 3o c kI k A I k A ； ( 3 )m a x 3 0 2 4 . 3k A i k A ；因此符合条件。 电流互感器 定电压 380V，额定电流 10003000A，极限通过电流和热稳定电流书中用“ ”表示，不必验证。此断路器装在总线端，根据上述验证条件： e 3 8 0 3 8 0 U V ； e 630 I ；因此符合条件。 低压熔断器 额定电压为 380V，额定电流 1000A，额定开断电流50断路器装在总线及各车间线端 ，根据低压熔路器的验证条件则： e 3 8 0 3 8 0 U V ； e 1 0 0 0 1 0 1 5 . 2I A I A ； 5 0 2 4 . 3o c kI k A I k A 。因此符合条件。 电流互感器 定电压为 380V，额定电流 5400A，极限通过电流和热稳定电流书中用“ ”表示，不必验证。此断路器装在各车间端，根据高压断路器的验证条件则： e 3 8 0 3 8 0 U V ； 。因此符合条件。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 18 页 共 27 页 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 装置地点条件 参数 30 )3()3( 数据 380V 额定参数 30 低压断路器 380V 1500A 40 低压熔断器80V 200A 50 低压断 路器80V 630A 30 低压刀开关0 380V 1500A 80V 1500/5A 表 7变电所 380V 侧一次设备的选择校验表 表 7选设备均满足要求。 电所进出线的选择 (1) 高压进线按照题目要求为 号的钢芯铝线，故不 再 设计。 (2) 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用 交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 a) 按发热条件选择 由 6130 及土壤温度温度 21，其 25时，初选缆芯为 225交联电缆，其3090 ，满足发热条件。 b) 校验其热稳定 计算满足热稳定的最小截面： im a)3(m (7式中 A 母线截面积（单位为 2 满足短路热稳定条件的最小截面积（单位为 2 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 19 页 共 27 页 C 母线材料的热稳定系数 )3(I 母线通过的三相短路电流（单位为 A） 2)3(m i n 4 3 . 376 0 0 im a 所以选择的 225缆不符合要求，选择截面为 50 2电缆，其30123 。所以选 择 0 符合要求 。 （ 3） 与邻近单位高压备用联络线的选择 采用 交联乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设，与邻近单位交变配电所的 10线相联。其选择如下： a) 按发热条件选择 当工厂供电系统出现故障时，可以通过备用联络线由邻近单位供电。保证二级负荷的不断电。二级负荷容量为 1732 ，最热月地下 土壤平均温度为 21。可初选缆芯截面 为 50 2交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其30123 满足发热条件。 b) 校验电压损耗 查 阅 资 料 知 50 2 铝 电 缆 参 数 为 : 电阻 电抗 负荷的有功负荷 WP ,无功为 08)656 %5%003500075. 4% 所以满足允许电压损耗 5%的要求。 c) 热稳定的校验 由于相邻线路 的短路参数不详，无法做热稳定校验。 综上所述，选用 0 高压联 络线。 (4) 变电所出线的选择 变电所出线的线路均采用 聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。下面选择电缆的截面积。 车间的计算电流为 30发热条件选择，电流比较大所以可以选择两组电缆供电。初选截面 630 2电缆线，其306352 ,满足条件。 按短路热稳定度校验 2)3(m i n 3 3 776 6 0 0 im a 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 20 页 共 27 页 式中 变电所高压侧过压电流动作时间按 定（终端变电所），再加上断路器断路时间 加 因为线路较短，故不校验电压损耗。所以选用两 组 630 2聚 氯乙烯绝缘铝芯电缆电缆。 即为 2 630+1 400（中性线按不小于相线一半 选择） 8 继电保护及二次回路的选择 电所二次回路方案的选择 （ 1）高压断路器的操动机构控制与信号回路 高压断路器的操动机构控制与信号回路有 2 种方式：手力操动和电磁操动。 选择手力操动机构，这里不作说明。 （ 2）变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，三相有功和无功电度表。计量柜由供电部门管理。 各个线路上均装设有所需的仪表。仪表的准确度等级按规范要求。
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