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文檔簡介
1、1前言霍州煤電集團(tuán)回坡底煤礦是經(jīng)煤碳部及國家計委批準(zhǔn),有霍煤集團(tuán)公司于1992年9 月開工建設(shè)的現(xiàn)代化礦井,設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模300萬噸。礦井可采儲量22080萬噸,服務(wù)年限 為73.6年。其變電站供電的質(zhì)量直接影響到煤礦的生產(chǎn),因此對其變電站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 是很有必要的。1.1回坡底煤礦供電系統(tǒng)概況回坡底煤礦供電系統(tǒng)的電源來自平陌110kv變電站。回坡底站為35kv變電站,有兩 趟35kv電源進(jìn)線.有兩臺容量均為8000kva型號為sf7-8000/35,電壓比為35/6. 3kv的 主變壓器。1#主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為7. 58%, 2#主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為7. 5%o 1.2回坡底站目前采用的
2、系統(tǒng)運(yùn)行方式回坡底站目前采用的運(yùn)行方式是主變一臺運(yùn)行一臺備用的方式。采用該運(yùn)行方式的 原因主要是二臺主變?nèi)萘恐械娜我慌_都能滿足變電站全部負(fù)荷的要求,為了節(jié)省固定電 費,該站采用了此方式。但此方式是否符合該站的實際情況還須在以下章節(jié)進(jìn)行討論。 主變一臺運(yùn)行一臺備用的運(yùn)行方式的優(yōu)點是繼電保護(hù)簡單,短路電流小,系統(tǒng)操作方便, 固定電費低。但也存在不少缺點,一是主變與電源線路的電能損耗大;二是系統(tǒng)電壓損 失大;三是主變荷率太大,運(yùn)行不經(jīng)濟(jì);四是接地電流大,易產(chǎn)生弧光接地過電壓;五是 6kv母線故障時,易造成全部停電,企業(yè)一二級負(fù)荷的供電要受到較長時間的影響;六是 當(dāng)變電站帶較大的常變動的負(fù)荷時,易形成
3、較大的電壓波動,影響供電質(zhì)量;七是系統(tǒng)過 載能力低,供電設(shè)備與線路負(fù)擔(dān)重。1.3回坡底站的繼電保護(hù)現(xiàn)狀1.3. 1高壓電源進(jìn)線保護(hù)高壓電源進(jìn)線應(yīng)該設(shè)保護(hù),如果電源進(jìn)線不設(shè)保護(hù),高壓母聯(lián)也沒設(shè)保護(hù),則高壓母 聯(lián)的故障要靠上級變電站進(jìn)行保護(hù)。因此,當(dāng)高壓發(fā)生故障時就會發(fā)生越級跳閘,另外保 護(hù)時間也比較長。1.3.2主變保護(hù)主變保護(hù)主要采用差動保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、瓦斯保護(hù)和溫度保護(hù),主變 保護(hù)的方案還是比較完善的。1.3.3低壓出線保護(hù)低壓出線采用過流保護(hù)方案,但是否合適還須進(jìn)一步研究。1.4本設(shè)計完成的主要工作本設(shè)計需要對回坡底站35kv變電站進(jìn)行全面設(shè)計,包括負(fù)荷統(tǒng)計與計算、主變壓器 的
4、選擇、短路電流計算及各種設(shè)備的選擇、系統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇、繼電保護(hù)整定計算及 繼電保護(hù)裝置的設(shè)置。最終使供電系統(tǒng)的運(yùn)行和繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、快速性、 和靈敏性達(dá)到最佳狀態(tài)。2負(fù)荷計算與主變壓器的選擇2. 1回坡底站負(fù)荷統(tǒng)計2 板,副井車房(ii ) , 400kw, 30a, 0. 3km3 板,pt4 板,主井車房(ii ) , 800kw, 80a, 0. 3km5板,進(jìn)線6 板,井下(iii) , 120mm ?,60a, 0.5km7 板,井下(ii ) , 120mm2 , 60a, 0.45km8板,9板,聯(lián)絡(luò)10 板,井下(i ) , 120mm2 , 90a, 0. 45-
5、0. 5km11板,井下(i )(與2板互備)12板,進(jìn)線13 板,pt14板,主井車房(備用)31 板,北風(fēng)井(i ) , 500kwx2, 100a, 1km30 板,鍋爐房 i , 70mm2 , 1300kw, 0.4km,"反 "反刃刃刃方方方方方方方方9876543210922222222221備用生活區(qū),315kva為變壓器,22a, 0.7km 動力變,400kva,運(yùn)行東風(fēng)井(i ) , 50a, 3kmi #電容器,50aii #電容器,50a東風(fēng)井(ii )(小煤礦),40a, 5km 鍋爐房(ii),備用備用11#動力變,400kva,運(yùn)行,0. 0
6、5km北風(fēng)井(ii),備用2.2負(fù)荷計算2. 2.1用電設(shè)備計算負(fù)荷的公式pcfl = v3ua,i cos cpp“=kxp 汀s/p“/ smaxz式中:pg、qm、sea該用電設(shè)備的有功、無功、視在功率用電設(shè)備組的總額定容量cos(p功率因數(shù)tan© 功率因數(shù)角的止切值;k” 需用系數(shù)2. 2.2用電設(shè)備組的計算負(fù)荷q 腫 ksk/p 吃式中pea、q" sca配電干線的有功、無功、視在計算負(fù)荷ks同時系數(shù)島一一對應(yīng)于某一組的需用系數(shù)例如,計算東風(fēng)井(i):查表可得:cos(p=0. 85, k =0. 66p 滬 duico 險= 73x6x50x0.85 = 44
7、2kw q 無=p有辭=442x 0.62 = 274k 畑p八442pc =- = 669kwm kd 0-660 = 669x0.62 = 415 k畑s“為借 787kvaca其它負(fù)荷計算方法與此相同,如下表設(shè)備2p有3q無*p/q/2s/副井車房330832324003300348350030&0.77*主井車房卩64834022800p49829250020.85*0.81+北風(fēng)井46603409p100026202113工11760.85+0.66+鍋爐房2883663p1300p97537631625q0.830.68*東風(fēng)井4353219p53523326263020.
8、85+0.66+井下(iii) 243244526236矽8628920202井下(ii) 343244536236盼8638920. 20.2井下(1)272035621200p9962150*15593020.6q生活區(qū)412392813p2d1或力參2593194p3203240338400333iii或力愛2594193320p240238400222. 3主變壓器的選擇由上節(jié)負(fù)荷計算可得:變電所總的有功功率為9700kw,無功功率為6946k0考慮同時需用系數(shù)k,有功功率取0. 85,無功功率取0.9,得:總的有功功率為8245kw, 總的無功功率為6251 k畑。計算可得功率因數(shù)為
9、0.8,需用電容器補(bǔ)償。設(shè)補(bǔ)償后的功 率因數(shù)為0. 93,則有功功率保持不變,無功補(bǔ)償后為3259 kw“,考慮主變壓器的損失:zp二0.02x8245二165kw q二0. 1x3259 二326則主變壓器選擇的計算負(fù)荷為:有功功率為8410kw,無功功率為3585 k畑,視在 功率為9142kva分析回坡底站的主要負(fù)荷性質(zhì),為了保證全部礦井生產(chǎn)用電,當(dāng)一臺變壓器工作時, 不得低于全礦計算負(fù)荷的0. 87,另外考慮到供電容量的發(fā)展情況,兩臺主變壓器的型號 為 sf7 8000/35, 其主要技術(shù)參數(shù):電壓比:35/6.3kv短路電壓百分?jǐn)?shù)u& %=7.5%空載電流i。: 0.8%空載
10、損耗11.5kw短路損耗申:45kw 額定容量:8000kva因一臺變壓器工作吋的負(fù)荷率為0.56, 一臺工作機(jī)即滿載,故采用一臺運(yùn)、一臺備用的運(yùn)行方 式。采用一臺運(yùn)行一臺備用的運(yùn)行方式的原因要在下一章詳細(xì)分析。坡底站系統(tǒng)運(yùn)行方式及主接線形式的確定3.1系統(tǒng)的運(yùn)行方式煤礦變電站屬于一級負(fù)荷,通常采用二個獨立電源供電或雙回路供電。為此,煤礦供 電系統(tǒng)存在多種運(yùn)行方式。如下圖1所示:當(dāng)斷路器1dl-8dl的通斷狀態(tài)不同時,大致 出現(xiàn)8種運(yùn)行方式。0 1dl/j 4dl一l "變壓器3dl46dl22洋變壓器.圖3t煤礦典型供電系統(tǒng)圖3. 2 回坡底站系統(tǒng)運(yùn)行方式的設(shè)計3.2. 1回坡底站
11、的基本情況介紹(1) 有二趟35kv電源進(jìn)線,都來自平陌門okv變電站,架空線截面和長度分別為 120mm2 > 18.3km。(2) 有二臺等容量主變,型號為sf?-8000/35,主要技術(shù)參數(shù)如下:a.額定容量:8000kvab.電壓比:35/6. 3kvc.短路電壓百分?jǐn)?shù):u,%: 7. 5%d電流比:132/733ae.空載電流ln: 0.8%f.空載損耗ap。:門.5kwg.短路損耗zkp: 45kw3總負(fù)荷:9142kva4.功率因數(shù) cos 4):0. 9-0. 916. 6kv出線:18路5.現(xiàn)采用的運(yùn)行方式:一路運(yùn)行、一路備用7.主要負(fù)荷種類:礦井負(fù) 荷3. 2. 2
12、綜合分析及結(jié)論由上述分析可見,系統(tǒng)分裂運(yùn)行的線路年損耗費只比一路運(yùn)行一路備用的少7.5 萬元,但固定電費比一路運(yùn)行一路備用的多201.6萬元,況且,一路運(yùn)行一路備用時主 變運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。因此,對回坡底站來講,一路運(yùn)行一路備用的運(yùn)行方式為最優(yōu)運(yùn)行方式。 3.3主接線形式的確定回坡底站35kv側(cè)采用全橋接線方式,該接線方式的優(yōu)點是對變壓器、線路的操作 方便、運(yùn)行靈活。且易于擴(kuò)展成單母線分段形式。其缺點是設(shè)備多、投資大,變電所占 地面積大。但考慮回坡底站的實際情況,此接線方式是合適的?;仄碌渍?kv側(cè)采用單母線分段接線方式,其優(yōu)點是當(dāng)某回受電線路或變壓器因故 障及檢修停止運(yùn)行時,可通過母線分段斷路器的
13、聯(lián)絡(luò),保證繼續(xù)對兩段母線上的重要負(fù) 荷供電。且操作方便、運(yùn)行靈活,可實現(xiàn)自動切換以提高供電的可靠性。其缺點是當(dāng)其 中任一段母線需要檢修或發(fā)生故障時,接于該段母線的全部進(jìn)、出線均停止運(yùn)行。因此, 一、二級負(fù)荷必須由接在兩母線上的環(huán)形系統(tǒng)或取回路供電,以便互為備用。本站采用 取回路供電。4. 回坡底站35kv變電站短路電流計算4.1計算短路電流的目的發(fā)生短路故障后,短路回路中將出現(xiàn)數(shù)值很大的短路電流。在煤礦供電系統(tǒng)中,短 路電流要比額定電流大幾十甚至幾百倍,通常可達(dá)數(shù)千安。這樣大的電流通過電氣設(shè)備 和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電動力,并使載流體溫度急劇上升而破壞設(shè)備。同時短路點電 壓將降為零,在短路點附
14、近,電壓也相應(yīng)顯著下降,造成這些地方的供電中斷或嚴(yán)重影 響電動機(jī)工作。在發(fā)生接地短路時所出現(xiàn)的不對稱短路電流,還將對與架空線路平行敷 設(shè)的通訊線路產(chǎn)生干擾。更危險的是當(dāng)短路點離發(fā)電廠很近,而且短路的持續(xù)時間較長 時,可造成發(fā)電機(jī)失去同步,而使整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行解列,這是最嚴(yán)重的后果。為了防止發(fā)生短路所造成的危害及限制故障的擴(kuò)大,需要 進(jìn)行一系列的計算及采 取相應(yīng)的措施,以保證系統(tǒng)正常或故障時,做到安全,可靠又經(jīng)濟(jì)。掌握短路電流計算 很重要。因此,計算短路電流的目的,可歸納為一下幾點:a. 作為系統(tǒng)主接線方案比較的項目之一,以便判斷哪種主接線方式更能保障供電 的安全和可靠,然后再決定系統(tǒng)的主要運(yùn)
15、行方式。b. 作為校驗電氣設(shè)備的依據(jù),以便確定所選的設(shè)備,在發(fā)生短路故障時是否會被 損壞。c. 正確的選擇和校驗限制短路電流所需的設(shè)備,以確保電器設(shè)備不被電流損壞。d. 確定選擇和校驗繼電保護(hù)裝置所需的各項參數(shù)。e. 根據(jù)故障的實際情況,進(jìn)行故障分析,找出事故的原因。4.2坡底站短路電流計算回坡底站35kv變電站裝有二臺8000/35變壓器,平時一臺運(yùn)行一臺備用,其阻抗 為7.5%,供電處提供變電所35kv母線的系統(tǒng)阻抗標(biāo)么值為:最大運(yùn)行方式時: x爲(wèi)=0.9141,最小運(yùn)行方式:x二=0.9835。4. 2. 1短路電流計算系統(tǒng)圖及等值電路圖短路電流計算系統(tǒng)圖如圖41所示:等值電路圖如圖42
16、所示:4.2.2短路電流計算a計算各元件的電抗標(biāo)么值選取基準(zhǔn)容量:s產(chǎn)100mva選取短路點所在母線的平均電壓為基準(zhǔn)電壓,即計算b點時,選取v產(chǎn)37kv。 計算k?及其余短路點時選取v產(chǎn)6.3kv。對應(yīng)于v產(chǎn)37kv的基準(zhǔn)電流值為i產(chǎn) 嚴(yán) ka(3x37對應(yīng)于vb=6.3kv的基準(zhǔn)電流值為i產(chǎn)kaa/3 x6.3圖4-1短路電流計算系統(tǒng)圖系統(tǒng)阻抗:x 爲(wèi)=0.9141,x 二=0.9835。變壓疔需僉需譽(yù)。曲電纜線路、el寺°g°.3x叫。.06056.32i/o. 9 1斗1最大運(yùn)行方式1/0-983* 運(yùn)行方式”幺k嚴(yán)2/0.937 54"q,aa、./0.0
17、8065/0. 10086/0.1斗 11e. 0088/3.0239/5.0 3k3乞床8圖42等值電路圖x4 = x°l江=0.08 x 0.4 x 徑=0.0806v?6.32x5=x0l=0.08x0.5x=0.1008 x6= x0l-=0.08x0.7x,0° =0.1411架空線路xfl 討 04xlx 黑=1.008x8=x°l討04x3罟=3.023 x9=x0l.0.4x5x=5.039b. 短路電流計算k|點短路 (1)最大運(yùn)行方式 x; =0.9141產(chǎn)右心為x1.56mks .二s/s”二 一.s, =-x1oo=1o9mva “
18、6;2心n " 0-9141i =2.55 i =2.55x 1.71m.36ka i« =1.52 i& =1.52x 1.71=2.60ka(2)最小運(yùn)行方式x j =0.9835i;二一! x 1.56= 1.59ka i / =0.866 x 1.59 = 1.37ka a 0.9835&k?點短路 (1)最大運(yùn)行方式 xmin=0.9141+0.9357=1.85161宀屯崗t96m95kaso.2=ss兀emin閱49mvai. =2.551; =2.55x495=1262ka i. =1.521; =1.52x4.95=7.52ka a ra
19、|a ya |(2)最小運(yùn)行方式 x;喚二 0.9835+0.9375=1.9210i; = x96 = 4.77ka1=0.866x4.77 =4.13 ka01.9210爲(wèi)心點短路(1)最大運(yùn)行方式 xmin =0.9141 +0.9375+0.0605= 1.9121i; =ix9.16=4.79kas;二一xl00=523mva i. =2.55x4.79 =12.22ka 心 1.9121心 1.9121笛(2)最小運(yùn)行方式 x;噺=0.9835+0.9375+0.0605= 1.98151;二一ix96=4.62ka1=0.866x4.62 =4ka© 1.9815“以上
20、計算了三個點短路時的情況,其余六點的短路電流計算方法同上,計算結(jié)果見表41。表4-1回坡底站短路參數(shù)計算結(jié)果匯總表運(yùn)行方式最大最小備注短路參數(shù)1;, kas k ,mvai kr ,kai k,kai? ,ka1.711094.362.061.3735kv母線處k24.955412.67.524.136kv母線處k34.7952.312.227.2842板,副井東房電纜短k44.745212.097.23.9630板,鍋爐房電纜路 點k54.6951.211.96733.926板,下井電纜k64.65011.736.993.8528板,生活區(qū)電纜k73.2358.164.862.7131板,北
21、風(fēng)井架空線k*1.8820.54.792.861.626板,東風(fēng)井架空線k91.3314.53.392.021423板,東風(fēng)井架空線4.3 35kv電氣設(shè)備的選擇4. 3. 1 35kv架空線、母線的選擇變電所中各種電壓配電裝置的母線,以及電器間的連接大都釆用銅、鋁或鋼的矩形、 圓形、管形裸導(dǎo)線或多芯絞線。銅的導(dǎo)電性好,抵制化學(xué)侵蝕性強(qiáng),因此在大電流裝置中或在由化學(xué)侵蝕的地區(qū)宜 采用銅導(dǎo)線。鋁導(dǎo)線比重小,比較經(jīng)濟(jì),在屋內(nèi)外配電裝置中都廣泛采用鋁母線。母線的截面形狀,35kv及以下的屋內(nèi)配電裝置中,都采用矩形截面。因為它的冷卻 條件好,對交流肌膚效應(yīng)的影響小。35kv室外高壓架空線、母線一般選用
22、鋼芯鋁絞線,導(dǎo)線截面應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇, 按長時允許電流進(jìn)行校驗,并應(yīng)校驗其電壓損失是否合乎要求。高壓線路的電壓損失不 允許超過5%,此外架空線路的導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,不應(yīng)由于機(jī)械強(qiáng)度不夠而發(fā)牛 事故。a. 按經(jīng)濟(jì)電流密度計算:a=iwn/j (mm2)式中a導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面積,mm?; j經(jīng)濟(jì)電流密度,a/ mm2 ; i ttm 最大工作電流,imzw =p max 1.05 /u jv v3 cos (p =6500 x 1. 05/ v3 x 35 x 0. 9= 120a 式中uar 線路額定電壓,千伏;pmax最大負(fù)荷,千瓦;cos (/)功率因數(shù); 由最大負(fù)荷利用小時數(shù)在300
23、05000之間,得j二1. 15a=120/l. 15=104 mm2,選 a二 120 mm2,其型號為鋼芯鋁絞線 lgj120b. 按長時允許電流校驗,查得lgi120的屋外載流量為380a(25°c ),鋼芯鋁絞線最高溫升不超過+70°c,假設(shè)導(dǎo)線長期工作溫度為40°c,1 40 =380x7(70-40)/40二329a>則4(tc吋 & + 心ans 甩的載流量為:159符合要求c. 三相架空線路損失校驗按下式計算 u%二式中r。一線路單位長度電阻,n/km;取0.255x()線路單位長度電抗,q/km;取0.371設(shè)線間幾何間距為2m,己
24、知p二7572、l= 16km> tan(p =0.25 u%= 0,255+0.371 x 0.25 x ?5?2 x 6 二3.4x5 校驗合格10x352d. 母線按短路熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗an九j/k伙已知t/二1.255s ik二2310a,式中a所選導(dǎo)線截而,mm2 ;c材料熱穩(wěn)定系數(shù),c=95; ksk集膚效應(yīng)系數(shù),取1;i k 短路穩(wěn)定的最大有效值;amin = 警 vh255 =28 mm 2 < 120 mm 2校驗合格所以35kv母線和架空線,均選用lgj120型鋼芯鋁絞線4. 3.2母線瓷瓶及穿墻套管35kv室外母線瓷瓶,選用懸式絕緣子組成絕緣串,作為母線絕緣瓷瓶
25、。室內(nèi)6kv 選用母線支持瓷瓶,在穿墻的地方選用穿墻套管。a. 高壓穿墻套管按電壓、電流選用cwlb10/600型室外穿墻套管。b. 熱穩(wěn)定校驗-j¥=5.22£p=2.02kavl2ka滿足要求c動穩(wěn)定校驗查得穿墻套管受力公式p二ff=1.76- iar2 102kga已知 l, =120cm, l2 =36.2cm, a=40cmi,z=3.88kal= (120+36.2) /2=78.1cm.p=1.76 企113.31210-240=6.09kg<450kg 滿足要求4. 3.3電壓互感器、熔斷器的選擇本設(shè)計為終端變電所,不進(jìn)行絕緣檢測,只需測量線路電壓,可
26、選兩臺雙圈油浸互 感器,其型號為jdj-35,屬戶外式電壓互感器,釆用v型接法分別接在35kv兩段母 線上,配用二個rn2 -35型限流熔斷器,該產(chǎn)品僅作為電壓互感器短路保護(hù)之用,其 最大切斷電流為17ka,最大切斷容量looomvao另外選用兩個rw535/200800戶外跌落式熔斷器,配合兩臺所變壓器。4. 3.4電流互感器的選擇電流互感器選用lcw35型戶外支持式、多匝油浸瓷絕緣的高壓電壓互感器, 單獨裝設(shè),利用一次線圈的串并聯(lián),可得到不同的變比,選用額定電流變比為151000/5,準(zhǔn)確級次0.5, is熱穩(wěn)定倍數(shù)65,動穩(wěn)定倍數(shù)100。4. 3.5 35kv避雷器選擇一般選用變電站避雷
27、器fz-35型,選兩組分放在35kv兩段母線上,與電壓互感器 供用一個間隔。4. 3.6帶接地刀閘的隔離開關(guān)選型項目實際需要值gw5-35gd/600電壓35kv35kv電流i”二 1.05s" /語u”二 173.2a600a50ka動穩(wěn)定iw二3.88kai t=5s =14ka熱穩(wěn)定f【8 jy 2.31 v1.255/5=1.16ka從上表計算中可知,該電器的額定值都大于實際值,選用該設(shè)備符合要求,其操 作機(jī)構(gòu)配套選用csg型。4. 3. 7隔離開關(guān)的選擇其計算值與4.3.5相同,不同之處在它們不帶接地刀閘,因此可選用gw5-35/600 型隔離開關(guān),其操作機(jī)構(gòu)配套選用cd“
28、一x型。4. 3.8斷路器的選擇項目實際需要值zn-35額定值電壓35kv35kv電流173.2a630a動穩(wěn)定i kr=3.88ka20ka熱穩(wěn)定=2.3171.255/3.5=1.38ka8ka斷路容量s'=97.58wa00mva上述數(shù)據(jù)表明zn-35真空斷路器合乎要求,考慮室外設(shè)備操作人員的安全和今后 的發(fā)展,選用cd240g電磁操作機(jī)構(gòu)。4. 4 6千伏電氣設(shè)備的選擇4. 4.1斷路器選擇斷路器選擇項目實際需要值sn10 101/63電壓u “ =6.3kvun=10kv電流l.()5svi 二“ =1010ai “=3000a斷路容量s ” =57mvas, =500mva
29、斷流暈i =5.22kai nv =43.5ka動穩(wěn)定二 13.31kaiiim=75ka熱穩(wěn)定i® j? =5.22p=2.26kai“=25.8ka上述數(shù)據(jù)表明所選斷路器符合要求,其操動機(jī)構(gòu)配電選用cd10型,電動操作。4. 4. 2隔離開關(guān)選擇其所選型號有 gn1910c、gn19i0c/630、gn1910/630、gn1010、gn19 10c/400等,其操動機(jī)構(gòu)配套選用手動cs61t型。項目實際需要值gn19loc/400gn 1910/630電壓6.3kvuv 二10kv同左電流1010ai “ =400ai n =600a動穩(wěn)定i=13.31kai 訕=75ka同左
30、熱穩(wěn)定i2.26kai,=4?=25.8kair=4,=15.9ka對上述兩種最小額定值的隔離開關(guān)校驗符合要求,故都符合要求。4. 4. 3電流互感器器選擇電流互感器確定選用lmjc10,變比為50/5、100/5、150/5、600/5、1000/5、6000/5等級為0.5/c型,其型號含義是母線式磁絕緣接地保護(hù)。還有l(wèi)qj10,變比 為5100/5,等級為0.5/3,型號含義為環(huán)氧樹脂澆注式電流互感器。lqjc10,變 比為150400/5,等級為0.5/c,型號含義為環(huán)氧樹脂澆注式瓷絕緣接地保護(hù)的電流互 感器。經(jīng)過動、熱穩(wěn)定性校驗,都大于實際值,這三種型號的電流互感器能滿足要求。4.
31、4. 4母線的選擇6kv母線一般選用矩形鋁母線,其截面按長時允許電流選,按動、熱穩(wěn)定性進(jìn)行校驗。(1)按長時允許電流選已知長時允許電流算得i”二1010a,查得鋁母線lmy100x8平放在40°c,其最大 允許載流量為1210a) i”二1010a ,所選型號滿足要求。(2)按動穩(wěn)定性校驗單條母線三相位于同一平面布置時,產(chǎn)牛的最大應(yīng)力為:b喚"76 (場)唸 i。'(kg/cn?)其中l(wèi)跨距,cm ; a母線相間的距離,cm;i燈短路沖擊電流,ka; w母線抗彎矩,cm';查得電纜lmy100x8的抗彎矩w二13.4 cn?、l= 120cmi 2o2a=2
32、5cm> i. =5.22ka 。代入得=1.76-5.222 x 10-3 =2.06 kg/cm2 <700 kg/cm2防m(xù)ax 25x13.4滿足要求(1)按熱穩(wěn)定校驗a > tfksk已知 t f =0.75s i k =5.22ka 查得 c=95 k =1a min 二'q %jo.75 x 1 =47.59 mm2 <800 mm2 滿足要求。min 954. 4.5高壓電纜型號及截面的選擇高壓電纜型號根據(jù)敷設(shè)地點及敷設(shè)方法選,在地面一般選油侵紙絕緣鋁包鎧莊電 纜,若采用直埋時,電纜外面應(yīng)有防腐層,除立井井筒中敷設(shè)電纜外,一般采用鋁芯, 井筒中敷
33、設(shè)電纜應(yīng)選用鋼絲鎧裝,并根據(jù)井筒深度選用不滴流或干絕緣電纜,電纜芯線 應(yīng)為銅質(zhì)芯線。電纜芯線截面應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選,按長時允許電流最小熱穩(wěn)定截面校驗,同時注 意長時允許電流與電纜敷設(shè)方式與根數(shù)有關(guān)。4. 4. 6電壓互感器的選擇電壓互感器選用jdzj系列,為單相三卷澆注絕緣戶內(nèi)。供中性點不接地系統(tǒng),做 電流、電能測量及單相接地保護(hù)用。用三臺jdjz型可取代jsjw型電壓互感器,產(chǎn)品 能在1倍額定電壓下長期運(yùn)行,并能在八小時內(nèi)無損傷地承受2倍額定電壓。選擇型 號為jdzj10,額定電壓原線圈6/館,副線圈0.1/館,輔助線圈0.1/v3 ,選用0.5 級額定容量為30mva。4. 4. 7配電柜
34、的選擇6kv進(jìn)線開關(guān)柜選用一次方案編號為gg-1a (fii)兩個開關(guān)柜組成,進(jìn)線直接從 穿墻套管引入。聯(lián)絡(luò)柜選gg1a (fii) 11和gg1a (fii) 95各一臺,配合使用。出 線柜:短路器兩端都有隔離開關(guān)的選用gg-1a (fii) 07型高壓開關(guān)柜,斷路器前有隔 離開關(guān)的選用gg1a(fii) 03出線柜。選用gg1a (fii)54電壓互感器與避雷器柜。5回坡底站繼電保護(hù)的設(shè)計5.1概述供電系統(tǒng)在運(yùn)行中可能發(fā)生一些故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)。常見的主要故障是相間 短路和接地短路,以及變壓器、電動機(jī)和電力電容器等可能發(fā)生的匝間或?qū)娱g局部短路 故障。不正常的運(yùn)行狀態(tài)主要是指過負(fù)荷,一相
35、斷線、一相接地及漏電等不正常工作情 況。短路故障往往造成嚴(yán)重后果,并伴隨著強(qiáng)烈的電弧、發(fā)熱和電動力,使回路內(nèi)的電 氣設(shè)備遭受損壞。長期過負(fù)荷使設(shè)備絕緣老化;一相斷線易引起電動機(jī)過負(fù)荷;對于中性點不接系統(tǒng), 一相接地可能形成電弧接地過電壓,并使其它兩相對地電壓升高巧倍,兩種過電壓都 可能引起相間短路。在煤礦井下,接地能引起火災(zāi)或瓦斯、煤塵爆炸。因此,當(dāng)故障或 不正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生時必須及時消除。為了保證安全可靠地供電,供電系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備及線路都要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置。為了使繼電保護(hù)裝置能準(zhǔn)確地及時完成上述保護(hù)任務(wù),在設(shè)計和選擇繼電保護(hù)裝置 時,一般應(yīng)滿足以下四個基本要求。(1) 選擇性選擇性是指當(dāng)
36、系統(tǒng)發(fā)生故障時,繼電保護(hù)裝置應(yīng)該使離故障點最近的斷路器首先跳 閘,切除故障點的電源,使停電范圍盡量縮小,從而保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。(2) 快速性快速切除故障可以減輕故障的危害程度,加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù),為電動機(jī)口起動創(chuàng) 造條件。(3) 靈敏性靈敏性是指保護(hù)裝置對保護(hù)范圍內(nèi)故障的反應(yīng)能力,一般用靈敏系數(shù)k$衡量,靈 敏系數(shù)是以被保護(hù)設(shè)備或線路發(fā)生故障時,其故障參數(shù)和保護(hù)裝置整定值來確定。(4) 可靠性可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時,保護(hù)裝置應(yīng)正確動作,不應(yīng)拒動;在不該動 作時,不應(yīng)課動。保護(hù)裝置動作的可靠性是非常重要的,任何時候拒動都將使事故擴(kuò)大, 造成嚴(yán)重的后果。5.2繼電保護(hù)的優(yōu)化配置及整
37、定原則繼電保護(hù)的設(shè)置與系統(tǒng)的運(yùn)行方式密切相關(guān),所以繼電保護(hù)的優(yōu)化配置要以系統(tǒng)的 主要或經(jīng)常采用的運(yùn)行方式為主,并兼顧系統(tǒng)故障后或因停電檢修時而轉(zhuǎn)換成其它運(yùn)行 方式。為了保證可靠性,供電系統(tǒng)中任何一臺設(shè)備,任何一段線路都必須具有雙重及以 上的保護(hù)。在保證選擇性方面,以保證主保護(hù)的選擇性為主,并兼顧后備保護(hù)的選擇性, 特殊情況下,可放棄后備保護(hù)的選擇性,保證其可靠性。在保證快速性方面,以保證主 保護(hù)的快速性為主,并兼顧后備保護(hù)的快速性,即使后備保護(hù)的快速性盡量提高。在保證靈敏性方面,以保證主保護(hù)和近后備保護(hù)的靈敏性為主,并兼顧遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度, 后備保護(hù)的靈敏度過低,也可放棄遠(yuǎn)后備保護(hù)。5. 2
38、.1 一路運(yùn)行、一路備用繼電保護(hù)的優(yōu)化方案一路運(yùn)行、一路備用的典型供電系統(tǒng)如圖51所示:(1) 35kv電源進(jìn)線的整定原則及配合 動作電流:i/k屛匯式中k“一可靠系數(shù),取1.21.3,max -6kv母線短路時(最大運(yùn)行方式),流經(jīng)保護(hù)裝置的最大三相短路電流。 動作時限:t(>p = 0.55靈敏度按35kv母線上的最小三相短路電流來校驗,即ks=> 1.52式中打一限時速斷的動作電流,1 #進(jìn)線i 1qfx/»qf、35kv母線cx/ 4qf鄉(xiāng)5qf1#主變2#主變( >x/ 6qf短長電低井8qf井低下壓x/7qf6kv母線圖5-1 一路運(yùn)行-路備用的典型供電
39、系統(tǒng)圖/鳥尬一35kv母線上的最小三相短路電流。若靈敏度校驗不合格,則動作電流可按35kv母線上的最小二相短路電流除以1.5 來整定,r無須作靈敏度校驗。(2)進(jìn)線的過流保護(hù)的整定原則及配合由于進(jìn)線的過流保護(hù)要作為變壓辭保護(hù)的近后備保護(hù),乂要作6kv出線的遠(yuǎn)后備 保護(hù),所以其動作電流和動作時限按以下原則整定。動作電流:iop =ica式中j可靠系數(shù),一般取1.151.25,電機(jī)自起動系數(shù),可取1.5,干線取小值,支線取大值, 繼電器的返回系數(shù),對電磁式繼電器取0.85,ica 線路的最大長時負(fù)荷電流。動作時間:g=a“)+0.5s式中 g一變壓器過流保護(hù)的動作時間靈敏度校驗:近后備:ks =c
40、n/ >1.5式中氓i 35kv母線上的最小二相短路電流。遠(yuǎn)后備:ks = /冰j /【op n 12式中c i 6kv母線上短路流過保護(hù)裝置的最小二相短路電流。(3)35kv母聯(lián)開關(guān)3qf:無須設(shè)保護(hù)。因為任何情況下只有一臺主變運(yùn)行,一趟 電源線路運(yùn)行,不存在選擇性配合問題。(4)主變壓器的開關(guān)4qf或5qf的保護(hù)設(shè)置,整定原則及配在主變壓器的開關(guān)4qf或5qf±設(shè)置常規(guī)的瓦斯保護(hù),差動保護(hù),過流保護(hù)和過 負(fù)荷保護(hù)。其中瓦斯保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù);差動保護(hù)作為變壓器內(nèi)外部故 障的主保護(hù),過流保護(hù)作為變壓器的后備保護(hù),和6kv母線的主保護(hù),同時兼作6kv 出線的遠(yuǎn)后備保
41、護(hù)。當(dāng)過流保護(hù)的靈敏度不夠時,可采用低電壓連鎖的過流保護(hù)。整定原則及配合同常規(guī)的一樣。(5)6kv進(jìn)線開關(guān)6qf或7qf的保護(hù)裝置,整定原則及配合在6qf或7qf上與4qf起設(shè)置差動保護(hù),不再設(shè)其它保護(hù)。差動保護(hù)的整定原 則及配合同常規(guī)的一樣。(6)6kv母聯(lián)開關(guān)8qf的保護(hù)設(shè)置、整定原則及配合a. 保護(hù)設(shè)置設(shè)置限時速斷保護(hù)。它可作遠(yuǎn)離變壓器的一段6kv母線的保護(hù),也可作該段6kv 母線上的所有出線的后備保護(hù)。但更主要的是有了這限時速斷保護(hù),當(dāng)遠(yuǎn)離主變壓器的 一段母線發(fā)牛故障時,6kv母聯(lián)開關(guān)8qf跳閘,切除該段母線,而不影響另一段母線 進(jìn)的繼續(xù)供電,提高了供電的可靠性。b. 整定原則及配合8
42、qf上的限時速斷主要是保護(hù)遠(yuǎn)離主變壓器的一段6kv母線,乂由于6kv出線都 要設(shè)置速斷保護(hù)或無時限的過流保護(hù),所以,其動作電流按下式整定:動作電流:口胡驚/1.5式中ci6kv母線的最小二相短路電流,1.5為靈敏系數(shù)。動作時間:top =0.5s(7) 6kv出線保護(hù)的設(shè)置,整定原則及配合1) 對井下,出線較長的線路(大于500m)和變電站附近的動力變壓器。a. 保護(hù)裝置通常設(shè)置速斷保護(hù),過流保護(hù)。速斷保護(hù)作為主保護(hù),主變的過流保護(hù)作遠(yuǎn)后備保護(hù)。b. 整定原則及配合(a) 速斷保護(hù)因為速斷保護(hù)要作為主保護(hù),即要能保護(hù)線路的全長,所以速斷保護(hù)的動作電流不 能再按常規(guī)的方法進(jìn)行整定(保護(hù)范圍太小,
43、速斷基木上不起作用,等于虛設(shè)),可按 保護(hù)范圍末端(線路的末端)的最小相短路電流/:盍除以15來整定,r不再作靈敏度 校驗,即動作電流:厶廠/爲(wèi)/15(b) 保戶低壓變壓器因為速斷保護(hù)要作變壓器的主保護(hù),所以動作電流按躲過低壓變壓器二次側(cè)的最大 三相短路電流來整定,靈敏系數(shù)按低壓變壓器一次側(cè)的最小二相短路電流來檢驗,且要 求靈敏系數(shù)大于2,即動作電流:iop = kcoi a靈敏系數(shù)校驗:&誌驚八2c. 過流保護(hù)(a)保護(hù)線路動作電流:i。產(chǎn)氣7靈敏度校驗:ks = i,in / iop > 1.5動作時間:top =0.5is(b)保護(hù)低壓器 動作電流:iop =-pa.nax
44、式中a-m a -變壓器可能出線的最犬工作電流,j可靠系數(shù),一般取1.213,s 返回系數(shù),一般取0.85o動作時間::t()p =ls靈敏度校驗:當(dāng)保護(hù)到變壓器低壓側(cè)母線時,要求心=152,在遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍 末端短路時,要求>1.2o2)較短出線(小于500m)的保護(hù)設(shè)置、整定及配合對于出線長度小于500m的短線路,若主變過流保護(hù)能保和到該出線的末端,即主變過 流保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度能達(dá)到1.5,而不是1.2,則該擊線保護(hù)可僅設(shè)無時限的過流 保護(hù)(即按過流保護(hù)整定,動作時間為0),不另設(shè)常規(guī)的速斷保護(hù)。若主變保護(hù)不能保護(hù)到該線路的末端,即主變過流保護(hù)作遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度達(dá)不 到1.5
45、,則該出線保護(hù)仍需設(shè)速斷和過流保護(hù),其整定方法同長出線的一樣,故不多述。3)電容器的保護(hù)方案設(shè)置,整定原則及配合久保護(hù)設(shè)置由于電容器就在變電所的內(nèi)部安裝,其出線較短,主變的過流保護(hù)肯定能保護(hù)到電容 器,故電容器的開關(guān)只設(shè)無時限的過流保護(hù)。b.整定原則動作電流:iop =恩nc 式中5可靠系數(shù),一般取22.5,%電容器組的額定電流。動作時間:top =0 s靈敏度校驗:ks =» 15 ks =臨/q > 2式中 /鳥i 保護(hù)安裝處的最小二相短路電流。5.3坡底站繼電保護(hù)的設(shè)計5. 3.1回坡底站繼電保護(hù)的基本情況a. 有二趟35kv電源進(jìn)線,都來自劉家垣110kv變電站,架空線
46、的度為1& 3kmob. 有二趟等容量同型號的主變壓器,型號為sf7-8000/35,額定容量為8000kva, 電壓比為35/6.3kv,電流比為132/733aoc. 供電系統(tǒng)圖為:見大圖d.總負(fù)荷:約9142kvae. 現(xiàn)釆用的運(yùn)行方式:一路運(yùn)行一路備用f.最優(yōu)運(yùn)行方式:一路運(yùn)行一路備用5. 3.2坡底站原繼電保護(hù)方案的主要技術(shù)分析a. 35kv進(jìn)線設(shè)置速斷保護(hù)和過流保護(hù)這種設(shè)置是比較合適的,它可提高高壓側(cè)繼電保護(hù)的選擇性,快速性,和可靠性, 防止越級跳閘,但速斷保護(hù)易改成限時速斷保護(hù),由限時速斷保護(hù)作為主變的差動保 護(hù)的后備保護(hù),這樣當(dāng)主變差動保護(hù)拒動時,線路限時速斷動作要比主
47、變過流保護(hù)動 作快0.5s,可提高后備保護(hù)的快速性,同時也可以防差動和進(jìn)線保護(hù)同時動作而無選 擇性的跳閘。b. 35kv母聯(lián)開關(guān)無保護(hù)35kv母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護(hù)是對的,因為一路運(yùn)行一路備用的運(yùn)行方式無須在35kv 母聯(lián)開關(guān)上設(shè)保護(hù)。c. 主變壓器保護(hù)主變壓器設(shè)差動保護(hù),低電壓閉鎖的過電流保護(hù),過負(fù)荷保護(hù),均屬常規(guī)保護(hù), 其中過電流保護(hù)采用低電壓閉鎖和采用y型接線方式是比較好的,它可以提高過流保 護(hù)的靈敏度。d. 6kv母聯(lián)開關(guān)無保護(hù)6kv母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護(hù)是不合適的。e. 6kv出線保護(hù)(1)告24板、告25板(電容器)只設(shè)速斷是合理的。(2)其余各板均設(shè)速斷和過流保護(hù)也是合理的。5.3.3坡底站
48、繼電保護(hù)設(shè)計一. 35kv進(jìn)線保護(hù)35kv進(jìn)線設(shè)置限時速斷和過流保護(hù)。1)限時速斷保護(hù)的整定計算(1)動作電流由前面計算的短路電流可知,6kv母線上最大三相短路電流為4.95ka,則一次 動作電流為:口 = i泳嚴(yán) 1 2 x4.59 x 6.3/37=937.8a二次動作電流 iop.r iop.r 二缺護(hù) 937.8 二 11.7a(2)靈敏度校驗"由前面短路電流計算可知,35kv母線上的最小二相短路電流為1.37ka,貝i:&=心0/1370/937.8二 1.46 1. 5不合格即進(jìn)線的限時速斷保護(hù)的靈敏度不夠,此時,限時速斷的動作電流再改作下式整定, 以保證限時速斷
49、能可靠地動作。即=1370/1. 5=913a(3)動作時限:% =0.5 s2)過流保護(hù)的整定計算 (1)動作電流該站的總負(fù)荷約為4500kva,則進(jìn)線的最大長時負(fù)荷電流為:一次動作電流aa ; =12x1.5klv ca 0.85= 156.7a二次動作電流/。皿過流保護(hù)的接線方式是選用二相三繼屯器接線以提高遠(yuǎn)后備的靈敏度,則接線系數(shù)二1,選用電磁型電流繼電器,返冋系數(shù)匕二0.85, ct變比為400/5,則x 156.7 =2a選用dl-31型電流繼電器,電流整定范圍為1.56a(2)靈敏度校驗久近后備由前面的短路電流計算可知,35kv母線上的最小二相短路電流cn=1.37a,則心=/爲(wèi)
50、/仃=1370/1567二8.71.5 合格b.遠(yuǎn)后備 由前面的短路電流計算可知,35kv母線上的最小二相短路電流心廣4.13ka,則人卸驚(驢/1567 送 x4130x(等)/1567=5.21.2合格(3)動作時間:% =2s二. 35kv母聯(lián)開關(guān)35kv母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護(hù)。三. 主變保護(hù)主變保護(hù)設(shè)置瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)、差動保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等5種保護(hù)。1)瓦斯保護(hù) 瓦斯保護(hù)仍按常規(guī)保護(hù),即重瓦斯:0. 8n)/s時動作于跳閘輕瓦斯:300cni3時動作于信號2)溫度保護(hù) 溫度保護(hù)仍按常規(guī)保護(hù),即55°c時啟動風(fēng)冷,85°c時作用于信號。3)差動保護(hù)見附錄14)
51、過流保護(hù)見附錄15)過負(fù)荷保護(hù)見附錄1四. 6kv母聯(lián)保護(hù)6kv母聯(lián)保護(hù)設(shè)置限u寸速斷保護(hù)1)動作電流的整定計算(1) 一次動作電流由短路電流計算可知,6kv母線上的最小二相短路電流人爲(wèi)=4.13a口 二/鳥 ml5 二4130/1.5=2753a(1)二次動作電流回坡底站6kv母聯(lián)開關(guān)的ct變比為600/5,采用v型接線,接系數(shù)一二1,則二次動作電流為/嚀二侶口二1x2753二23a選用電磁式電流繼電器dl-31, 轟調(diào)節(jié)范圍為12.550a。五. 各6kv出線保護(hù)出線為井下,變電站附近的低壓變壓器以及較長的線路設(shè)置速斷保護(hù)和過流保護(hù), 過流保護(hù)的動作時限為is;對出線較短的線路和屯容器一般
52、只設(shè)無時限的過流保護(hù),整 定計算見附錄2。6.防雷、接地裝置6.1變電所防雷裝置(1)避雷針 為防止直擊雷對變電所電氣設(shè)備、線路及建筑物等的侵害,變電所裝有避雷針或避雷線,通常采用避雷針。避雷針高于被保護(hù)設(shè)備,并具有 良好的接地,所以能起到保護(hù)作用。圖6-1為地而變電所防雷保護(hù)的平而布置圖,避雷 針接地線與保護(hù)接地線在土壤中距離大于3000価。保護(hù)范圉如圖6-1所示。bkvi雯值班室a鍋護(hù)nq5000 5000圖6-1地面變電所防雷保護(hù)平面圖(2)避雷器 避雷器是防護(hù)感應(yīng)雷對電氣設(shè)備產(chǎn)生危害的保護(hù)裝置 它一端與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián),另一端接地,且放電電壓低于被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平.當(dāng)感 應(yīng)雷(雷屯波)
53、入侵設(shè)備時,避雷器首先被擊穿并對地放電,從而使電氣設(shè)備受到保護(hù)。7.結(jié)論本設(shè)計是霍州煤電集團(tuán)回坡底煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計,主要完成了以下工作:(1)對回坡底站35kv變電站的負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計,并做了負(fù)荷計算,計算所用的方 法是需用系數(shù)法,此方法比較簡單。根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)而對該站所需的主變壓器進(jìn)行了選 擇,該站原有的主變壓器容量仍能滿足負(fù)荷的要求,因此近期無需改變。(2)對煤礦的運(yùn)行方式進(jìn)行了詳細(xì)的分析,對回坡底站進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)各方面的分 析,并根據(jù)回坡底煤礦的實際情況選擇了適合該站的運(yùn)行方式,即一路運(yùn)行一路備用的 運(yùn)行方式。(3)做了短路電流的計算,分析了短路的類型,計算短路電流的目的以及發(fā)生短路 對煤
54、礦供電質(zhì)量的影響,根據(jù)短路電流計算結(jié)果,對電氣設(shè)備進(jìn)行了選擇。(4)對回坡底站繼電保護(hù)做了詳細(xì)計算,改進(jìn)了原有不合理的保護(hù)方案,對其進(jìn)行 了優(yōu)化。雖然在理論上對其進(jìn)行了設(shè)計,但是否能符合實際情況還需進(jìn)一步的驗證。設(shè)計 35kv變電站是比較復(fù)雜的,涉及到現(xiàn)場的每一件設(shè)備都需要嚴(yán)格的選擇,有時候雖然 在理論上符合,但在現(xiàn)場就不一定適合。因此木次畢業(yè)設(shè)計只是對工程設(shè)計的一個初步 了解,培養(yǎng)一種工程設(shè)計的思維方法。只是對35kv變電站進(jìn)行了雛形設(shè)計,對于煤礦 供電系統(tǒng)中存在的各類難題沒有涉及。要想對變電站有一個比較完善的設(shè)計,還需繼續(xù) 深造學(xué)習(xí)。附錄1坡底35kv變電站主變壓器差動保護(hù)回坡底35kv變電站主變壓器選用的是兩臺同型號,同容量的變壓器,容量均為8000kvaa,連接組為y/a-11,采用dcd-2差動繼電器保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)參數(shù):3
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