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第二章 變電站綜合自動(dòng)化1 基本概念一、傳統(tǒng)變電站的問(wèn)題1、安全、穩(wěn)定性不夠常規(guī)的電磁或晶體管保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)量設(shè)備接線復(fù)雜,連接電纜多,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以維護(hù),無(wú)自檢功能,設(shè)備故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn),會(huì)造成保護(hù)的拒動(dòng)、誤動(dòng)。2、難以保證供電質(zhì)量缺少調(diào)壓手段,缺少遏制諧波污染的手段。3、占地面積大常規(guī)設(shè)備體積大,電纜多,需占用較大土地面積4、無(wú)法滿足快速計(jì)算、實(shí)時(shí)控制的要求傳輸信息不足,缺少遠(yuǎn)方調(diào)控手段5、維護(hù)工作量大常規(guī)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)、檢修都比較困難。二、變電站綜合自動(dòng)化的概念變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置)經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì),利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)、與上級(jí)調(diào)度通信的綜合性自動(dòng)化功能。三、綜合自動(dòng)化的特點(diǎn)1、利用微機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)代替常規(guī)控制屏、中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏。2、利用微機(jī)保護(hù)代替常規(guī)保護(hù)。3、能采集完整的運(yùn)行信息,利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算與邏輯判別能力實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制、運(yùn)行報(bào)告等功能。4、功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化。四、變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性1、提高安全、穩(wěn)定性設(shè)備可以自檢,整定值根據(jù)運(yùn)行方式容易調(diào)整,提高保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作正確性。設(shè)備接線簡(jiǎn)化,減少擾動(dòng)竄入的影響。2、提高電壓合格率有自動(dòng)調(diào)壓功能,可自動(dòng)控制變壓器分接頭和投切無(wú)功補(bǔ)償器。3、提高運(yùn)行管理水平所有測(cè)量、控制、保護(hù)、運(yùn)行報(bào)告、統(tǒng)計(jì)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。調(diào)度中心可在遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制變電站運(yùn)行情況。事故條件下可利用自動(dòng)記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。4、縮小占地面積采用先進(jìn)的通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)分布式采集與控制,大大減少了連接電纜。采用大規(guī)模集成電路,設(shè)備體積小,從而可以縮小占地面積,設(shè)置可以安裝在地下。5、提高設(shè)備可靠性、減少維護(hù)工作量設(shè)備模塊化,可以自檢,容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障,維修簡(jiǎn)便。五、變電站自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程一、分立元件階段為自動(dòng)化開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了大量的自動(dòng)化設(shè)備,比如測(cè)量?jī)x表,保護(hù),自動(dòng)裝置等。以電子元件為主,設(shè)備體積大、構(gòu)造復(fù)雜。最主要的問(wèn)題是設(shè)備間互無(wú)聯(lián)系,各自獨(dú)立運(yùn)行。比如母線電壓,測(cè)量?jī)x表、保護(hù)、自動(dòng)裝置都要測(cè)量,每個(gè)元件都要單獨(dú)裝設(shè)連接電纜。二、微機(jī)化的智能元件階段微機(jī)化的測(cè)量系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x表,不再需要中央控制屏和儀表盤(pán),監(jiān)視、控制均可通過(guò)屏幕、鍵盤(pán)等完成。微機(jī)化的保護(hù),數(shù)字化的保護(hù)原理實(shí)現(xiàn),可以實(shí)現(xiàn)更多、更靈活的保護(hù)算法,保護(hù)的正確性提高,常見(jiàn)的負(fù)序、零序?yàn)V過(guò)不再需要專門(mén)的變送器,可利用程序?qū)崿F(xiàn)。但仍未解決設(shè)備間互無(wú)聯(lián)系,各自獨(dú)立運(yùn)行的問(wèn)題。三、綜合自動(dòng)化階段不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,而且設(shè)備間能夠互相通信、共享運(yùn)行信息,使整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)成為一個(gè)完整的系統(tǒng),而不是多個(gè)自動(dòng)化的孤島。六、綜合自動(dòng)化與無(wú)人值班1、無(wú)人值班是管理模式,綜合自動(dòng)化是技術(shù)水平。2、在常規(guī)保護(hù)和常規(guī)控制的時(shí)代,對(duì)不重要的變電站就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班。不掌握運(yùn)行信息,需要運(yùn)行操作時(shí)派人到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。3、達(dá)到兩遙功能,可以監(jiān)視變電站運(yùn)行信息,但操作仍需派人到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。4、達(dá)到四遙功能,不僅可以監(jiān)視,也可以遠(yuǎn)方操作和控制。只有設(shè)備故障或檢修需要派人到現(xiàn)場(chǎng),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了真正有效意義上的無(wú)人值班。5、綜合自動(dòng)化比四遙功能在技術(shù)水平上有很大提高,體現(xiàn)在減少連接電纜,減少二次設(shè)備,增加傳送信息量,運(yùn)行管理智能化(比如自動(dòng)故障診斷)。2 變電站綜合自動(dòng)化的功能?chē)?guó)際大電網(wǎng)會(huì)議wg34.03工作組分析了變電站自動(dòng)化的功能共63種,分7個(gè)大類:控制和監(jiān)視自動(dòng)控制測(cè)量繼電保護(hù)與繼電保護(hù)有關(guān)的功能接口功能系統(tǒng)功能結(jié)合我國(guó)情況,將功能分為5類一、監(jiān)視和控制1、數(shù)據(jù)采集:模擬量、數(shù)字量、電能量(1)模擬量:各段母線電壓、頻率線路電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率主變電壓、電流、有功、無(wú)功、油溫、分接頭位置電容器電流、無(wú)功饋線電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率直流電源電壓站用變電壓(2)數(shù)字量斷路器狀態(tài)隔離刀閘狀態(tài)同期檢測(cè)狀態(tài)繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)自動(dòng)裝置動(dòng)作信號(hào)(3)電能量關(guān)口的電能計(jì)量。一般采用累計(jì)電度脈沖的方法。2、故障記錄與事件順序記錄soe故障記錄記錄發(fā)生故障前2個(gè)周波和故障后10個(gè)周波的各主要模擬量的變化過(guò)程,如母線電壓、線路電流等。soe 記錄斷路器跳合閘記錄,保護(hù)動(dòng)作記錄。3、控制與操作利用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示屏對(duì)斷路器合隔離刀閘進(jìn)行操作,對(duì)變壓器分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)補(bǔ)償電容進(jìn)行投切操作。可根據(jù)上級(jí)調(diào)度命令執(zhí)行遠(yuǎn)程控制合調(diào)節(jié)命令。防誤操作:斷路器操作自動(dòng)閉鎖重合閘當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方操作互相閉鎖斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的操作閉鎖操作序列必須得到上一步的返校之后才能進(jìn)行。4、安全監(jiān)視電壓、電流、功率、頻率等越限報(bào)警。跳閘、保護(hù)動(dòng)作報(bào)警。設(shè)備正常工作監(jiān)視、設(shè)備電源監(jiān)視。5、人機(jī)界面主接線圖顯示、運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警顯示、soe顯示、運(yùn)行報(bào)表顯示、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、保護(hù)和自動(dòng)裝置整定值顯示、設(shè)備工作狀態(tài)顯示等。報(bào)表打印、事故打印、圖形打印等6、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)記錄運(yùn)行報(bào)表,運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、故障統(tǒng)計(jì)與分析二、微機(jī)保護(hù)1、變電站微機(jī)保護(hù)的種類高壓輸電線的主保護(hù)和后備保護(hù)饋線的保護(hù)主變的主保護(hù)和后備保護(hù)補(bǔ)償電容的保護(hù)母線保護(hù)不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線故障錄波2、微機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)(1)實(shí)現(xiàn)算法靈活。算法用程序?qū)崿F(xiàn),可以實(shí)現(xiàn)電磁繼電器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的保護(hù)算法,同時(shí)可避免死區(qū),提高靈敏度。同一套保護(hù)裝置可以完成多個(gè)保護(hù)功能。(2)性能穩(wěn)定,可靠性高。采用大規(guī)模集成電路和程序?qū)崿F(xiàn),元件和連接線減少,可靠性提高。(3)設(shè)備自檢和自恢復(fù)。(4)運(yùn)行維護(hù)工作量小,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和整定方便。3、對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求(1)滿足保護(hù)的4性要求:選擇性、速動(dòng)性、可靠性、靈敏性。(2)具有故障記錄功能。被保護(hù)對(duì)象發(fā)生故障時(shí),能記錄故障前后有關(guān)模擬量值和保護(hù)動(dòng)作出口信息。(3)通信功能與統(tǒng)一校對(duì)時(shí)鐘。增加通信功能與其他設(shè)備聯(lián)系以共享數(shù)據(jù)。利用通信功能統(tǒng)一全站各保護(hù)時(shí)鐘,使得故障記錄有同樣的時(shí)間基準(zhǔn)。(4)能存貯多種保護(hù)定值。(5)當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程修改保護(hù)定值。(6)設(shè)置保護(hù)管理機(jī)或通信控制機(jī)。采用專用的通信控制機(jī)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)系。(7)故障自診斷、自閉鎖、自恢復(fù)功能。保護(hù)應(yīng)能對(duì)模塊是否正常運(yùn)行進(jìn)行自檢,自檢不通過(guò)則報(bào)警并閉鎖。若軟件受到干擾而飛車(chē),應(yīng)設(shè)置看門(mén)狗自啟動(dòng)。三、電壓和無(wú)功自動(dòng)控制1、調(diào)控目標(biāo)(1)維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。各級(jí)供電母線電壓的運(yùn)行波動(dòng)范圍,(以額定電壓為基準(zhǔn)),500(330)kv變電站的220kv母線,正常時(shí)010,事故時(shí)510200kv變電站110kv母線,正常時(shí)37,事故時(shí)10配電網(wǎng)10kv母線,10.010.7kv(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無(wú)功平衡。主輸電網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)無(wú)功分層平衡,地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)功分區(qū)就地平衡。(3)在電壓合格的條件下實(shí)現(xiàn)使電能損耗最小。必須充分利用現(xiàn)有的補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備(調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器、補(bǔ)償電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器)。進(jìn)行合理優(yōu)化調(diào)度。2、調(diào)控措施(1)調(diào)整變壓器的分接頭位置。改變電壓和無(wú)功分布,但它并不產(chǎn)生無(wú)功功率,所以如果系統(tǒng)無(wú)功功率不足導(dǎo)致電壓偏低,此方法不宜使用。(2)補(bǔ)償電容器。補(bǔ)償電容器相當(dāng)于無(wú)功電源,可以用來(lái)調(diào)整電壓和無(wú)功分布。3、控制方式(1)集中控制。調(diào)度中心對(duì)下屬變電站的主變和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制。是優(yōu)化的最佳方案,但要求調(diào)度中心有無(wú)功優(yōu)化軟件,變電站有較高的自動(dòng)化水平和良好的信道。(2)分散控制。在各廠、站進(jìn)行調(diào)壓,控制地區(qū)的電壓和無(wú)功在規(guī)定水平。只能局部?jī)?yōu)化。(3)關(guān)聯(lián)分散控制。在正常運(yùn)行時(shí)由各廠、站自動(dòng)調(diào)控,調(diào)控范圍由調(diào)度中心的無(wú)功優(yōu)化軟件計(jì)算得到。在負(fù)荷變化較大或系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生大的變化時(shí)由調(diào)度中心直接控制。四、自動(dòng)低頻減載1、控制目標(biāo)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定:電力系統(tǒng)的允許頻率偏差為0.1hz;系統(tǒng)頻率不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在49.549hz以下;事故情況下,不能較長(zhǎng)時(shí)間停留在47hz以下;系統(tǒng)頻率瞬時(shí)值不能低于45hz。2、自動(dòng)低頻減載及其控制方式在系統(tǒng)發(fā)生故障,有功功率嚴(yán)重缺額,頻率下降時(shí),需要有計(jì)劃、按次序切除負(fù)荷,并保證切除負(fù)荷量合適,這是低頻減載的任務(wù)。自動(dòng)低頻減載分為基本輪和特殊輪。一般負(fù)荷的饋線放在基本輪中,按重要程度分58輪。頻率降到第一輪啟動(dòng)值且延時(shí)時(shí)間到則出口斷開(kāi)第一輪規(guī)定的線路開(kāi)關(guān)。若頻率不能恢復(fù),降到第二輪啟動(dòng)值且延時(shí)時(shí)間到則出口斷開(kāi)第二輪規(guī)定的線路開(kāi)關(guān),如此直至所有輪次全部切除?;据喨壳谐螅粝到y(tǒng)頻率仍不能恢復(fù)到額定值,經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)后,啟動(dòng)特殊輪切除負(fù)荷。一般基本輪第一輪整定頻率為48.547.5hz,最末輪46.546hz,相鄰兩輪頻率整定差0.250.5hz,時(shí)間差0.5s。特殊輪整定頻率一般在4947hz間,動(dòng)作時(shí)限1520s。3、實(shí)現(xiàn)方法(1)采用專用的低頻減載裝置。該裝置進(jìn)行測(cè)頻并按設(shè)置的輪次出口動(dòng)作,出口繼電器接到每條線路的開(kāi)關(guān)上。(2)分散到每條線路的保護(hù)裝置中?,F(xiàn)有微機(jī)保護(hù)一般對(duì)一條線路一套保護(hù),在保護(hù)中加設(shè)測(cè)頻環(huán)節(jié),將低頻減載的輪次整定值和延時(shí)設(shè)置到保護(hù)中即可。4、對(duì)低頻減載裝置的要求(1)在各種運(yùn)行方式下和功率缺額條件下,有計(jì)劃地切除負(fù)荷,有效防止系統(tǒng)頻率降到危險(xiǎn)點(diǎn)以下。(2)切除負(fù)荷盡可能少,防止超調(diào)和懸?,F(xiàn)象。(3)饋線或變壓器故障跳閘造成失壓時(shí),應(yīng)可靠閉鎖,不能誤動(dòng)。(4)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)不能誤動(dòng)。(5)電力系統(tǒng)受諧波干擾時(shí)不能誤動(dòng)。5、新型低頻減載裝置的技術(shù)關(guān)鍵(1)采用原理先進(jìn)、準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強(qiáng)地測(cè)頻電路。取母線電壓信號(hào),經(jīng)二次變送得到5v的電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)濾波電路濾除諧波、非周期分量和干擾信號(hào),再經(jīng)低通濾波和整形,得到與輸入同頻率的矩形波,對(duì)矩形波脈沖計(jì)數(shù)可得到頻率。(2)采用頻率下降速率做啟動(dòng)條件提高動(dòng)作的快速與靈敏性;做閉鎖條件可防止誤動(dòng)。其他常用的閉鎖條件有帶時(shí)限的低壓閉鎖,低電流閉鎖,雙測(cè)頻回路串聯(lián)閉鎖。(3)故障自診斷與自閉鎖。五、備用電源自動(dòng)投入 明備用:正常由1b供電,1b或1dl故障斷開(kāi)后,bzt自動(dòng)投入2dl,由2b供電。暗備用:正常1b、2b都供電,1b故障時(shí),bzt自動(dòng)投入3dl或5dl保持供電。采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)bzt,可以實(shí)現(xiàn)靈活的自動(dòng)投入控制方式,比如三種備用電源投入方式可以用一部微機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。同時(shí)裝置可以自診斷,并可以具有通信功能與其他自動(dòng)化系統(tǒng)相聯(lián)系。3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、變電站綜合自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則和要求1、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng),應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)。其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。2、分散式系統(tǒng)的功能配置宜采用下放的原則。凡可以在間隔層就地完成的功能如保護(hù)、備用電源自投、電壓控制等,無(wú)須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)去完成。3、應(yīng)能全面替代常規(guī)二次設(shè)備。4、微機(jī)保護(hù)的軟硬件與監(jiān)控系統(tǒng)既相對(duì)獨(dú)立,又相互協(xié)調(diào)。要積極而慎重地推行保護(hù)、測(cè)量、控制一體化設(shè)計(jì),確保保護(hù)功能的相對(duì)獨(dú)立性和動(dòng)作可靠性。5、微機(jī)保護(hù)應(yīng)有通信功能6、應(yīng)能滿足無(wú)人值班的要求,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮遠(yuǎn)方與就地控制操作并存的模式。7、有可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議。8、有良好的抗干擾能力。9、設(shè)備運(yùn)行可靠性高。10、系統(tǒng)可擴(kuò)展性好。11、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性能要好。應(yīng)從技術(shù)上保證站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件接口滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。12、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先采用交流采樣技術(shù),減輕ta、tv的負(fù)載,提高測(cè)量精度。同時(shí),可取消光字牌屏和中央信號(hào)屏,簡(jiǎn)化控制屏,由計(jì)算機(jī)承擔(dān)信號(hào)監(jiān)視功能,使任一信息做到一次采集、多次使用。13、建議采用局域網(wǎng)通信方式,尤其是平等網(wǎng)絡(luò),如總線型網(wǎng)。從抗電磁干擾角度考慮,在選擇通信介質(zhì)時(shí)可優(yōu)先采用光纖通信方式,這對(duì)分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)尤為適用。 二、硬件結(jié)構(gòu)1.傳統(tǒng)模式這種模式就是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最普遍的遠(yuǎn)方終端裝置(rtu)加上當(dāng)?shù)乇O(jiān)控(監(jiān)視)系統(tǒng)(又稱當(dāng)?shù)毓δ埽倥渖献兯推?、遙信轉(zhuǎn)接、遙控執(zhí)行、ups等屏柜。當(dāng)采用交流采樣rtu時(shí),可省去變送器屏柜。站內(nèi)保護(hù)裝置的信息,可通過(guò)遙信輸入回路(即硬件方法)進(jìn)入rtu,亦可通過(guò)串行口按約定的規(guī)約通信(即軟件方法)進(jìn)入rtu。此模式適合35500千伏各種電壓等級(jí)、不同規(guī)模的變電站。 2、分層集中組屏模式一般分單元層和變電站層。單元層按功能劃分,開(kāi)關(guān)量輸入、輸出,模擬量輸入、輸出,元件保護(hù)、自動(dòng)裝置各為單獨(dú)模塊。變電站層包括監(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)。變電站層通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或局域網(wǎng)與單元層通信。所有保護(hù)屏、數(shù)據(jù)采集屏、控制出口屏全部安裝在中央控制室內(nèi),需要較多的控制連接電纜。這是目前常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。3、分層分散模式單元層按高壓間隔劃分,以每個(gè)電網(wǎng)元件為對(duì)象,集測(cè)量、控制、保護(hù)于一體,設(shè)計(jì)在同一個(gè)機(jī)箱中,將這種模塊單元安裝在元件的開(kāi)關(guān)柜中。各模塊單元與監(jiān)控主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。高壓線路保護(hù),變壓器保護(hù),自動(dòng)裝置(備自投、電壓無(wú)功控制,低頻減載)仍可安裝在中央控制室內(nèi)。結(jié)構(gòu)可靠性高,可擴(kuò)展性好,控制連接電纜少,維護(hù)簡(jiǎn)便,是目前較新的結(jié)構(gòu)形式。主要問(wèn)題是保護(hù)與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是否共享,有三種方式:(1)完全共享。用同一cpu和采集通道采集保護(hù)和測(cè)量需要的電量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低。但是由于一次保護(hù)ct和測(cè)量ct特性不同,所以不能保證測(cè)量準(zhǔn)確度。應(yīng)用難度較大。現(xiàn)在已經(jīng)在研究新的測(cè)量方法使得大小電流可共用同一組ct。(2)各自處理。用各自的采集通道,可以共用或不共用cpu,解決以上問(wèn)題。(3

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