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文檔簡介
1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計 題目2600MV火力發(fā)電廠電氣部分初步設(shè)計 所學(xué)專業(yè):電氣工程及其自動化班 級: 電氣工程1401 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計 第V頁發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計任務(wù)書題目:2X600MW火力發(fā)電廠電氣部分初步設(shè)計原始資料:1. 發(fā)電廠情況裝機兩臺,容量2X600MW,發(fā)電機額定電壓20KV,cos=0.9,機組年利用小時數(shù)6500h,廠用電率5.5% ,發(fā)電機主保護(hù)時間0.05s,后備保護(hù)時間3.8s,環(huán)境條件可不考慮。2. 接入電力系統(tǒng)情況發(fā)電廠除廠用電外, 剩余功率送入330kV電力系統(tǒng),架空線路4回,系統(tǒng)容量6800MW,通過并網(wǎng)斷路器的最大短路電流:I=31.2KA I
2、2s=27.1KA I4s=26.8KA 3、附近有110kV電源設(shè)計內(nèi)容:1、發(fā)電機和變壓器的選擇(1)發(fā)電機型號、容量、臺數(shù)、參數(shù)的選擇(2 )主變壓器,廠用變壓器,啟動/備用變壓器型號、容量、臺數(shù)、參數(shù)的選擇2、電氣主接線設(shè)計(1 )電氣主接線方案比較(2)電氣主接線方案確定(3)廠用電主接線設(shè)計3、主要電器設(shè)備選擇與校驗(1)斷路器的選擇與校驗(2)隔離開關(guān)的選擇與校驗(3)電壓互感器的選擇(4)電流互感器的選擇(5)高壓熔斷器的選擇(6)避雷器的選擇(7)發(fā)電機出口導(dǎo)體及封閉母線的選擇 4、發(fā)電廠電氣部分主接線圖一張摘 要本設(shè)計為 600MW火力發(fā)電廠電氣部分初步設(shè)計,主要分為兩部分
3、,設(shè)計說明書和設(shè)計主接線圖。設(shè)計說明書主要陳述了火電廠電氣主接線方案設(shè)計方案。確定了發(fā)電機、主變、啟動變的選型;根據(jù)給出的短路電流和設(shè)備參數(shù)對斷路器、隔離開關(guān)等電氣設(shè)備進(jìn)行選型和校驗;用計算機繪制600MW火力發(fā)電廠電氣主接線圖。本設(shè)計中對變壓器以及開關(guān)電器等電氣元件的選型均考慮了經(jīng)濟性、技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)保等因素,且設(shè)計中做了市場調(diào)查。關(guān)鍵詞:發(fā)電機 變壓器 斷路器 主接線 ABSTRACTThis design is the preliminary design of the electrical part of 600MW thermal power plant. It is mainly
4、divided into two parts, the design instructions and the main wiring diagram. The design specification mainly states the design scheme of main electrical wiring scheme in thermal power plant. Selection of generator, transformer, starting; according to the short-circuit current and the parameters of e
5、quipment selection and calibration of the circuit breaker, isolating switch and other electrical equipment; drawing of 600MW thermal power plant, the main electrical wiring diagram by computerIn the design, the selection of electrical components such as transformers and switch electrical appliances
6、has been taken into account in the aspects of economy, advanced technology, environmental protection and so on, and the market survey has been done in the design.Key words: generator transformer circuit breaker main connectionTOC o 1-3 h z u目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc484414335 第1章 緒 論 頁第1章 緒
7、論1.1 發(fā)電廠電氣部分國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1987年,全國電力裝機容量邁上1億千瓦臺階;1995年突破2億千瓦;到2000年底,全國電力裝機容量已達(dá)3.19億千瓦。從1949年到改革開放前的1978我國電力裝機由185萬千瓦增加到5712萬千瓦,增長了29.9倍;年發(fā)電量由43億千瓦時增加到2566億千瓦時,增長了58.7倍。而從1978年到二十世紀(jì)末,我國電力裝機和年發(fā)電量又分別增長了4.58和4.33倍。目前發(fā)達(dá)國家電力技術(shù)發(fā)展比較成熟,都已經(jīng)走向輸電超高壓化,變電所值班無人化,繼電保護(hù)智能化等。而我國電力行業(yè)發(fā)展雖有了明顯的進(jìn)步,但與許多國家相比發(fā)展進(jìn)度還比較遲緩,有許多的漏洞和問題。
8、我國現(xiàn)在所設(shè)計的常規(guī)變電所最突出的問題是設(shè)備落后,結(jié)構(gòu)不合理,占地多,投資大,損耗高,效率低,尤其是在一次開關(guān)和二次設(shè)備造型問題上,從發(fā)展的觀點來看,將越來越不適應(yīng)我國城市和農(nóng)村發(fā)展的要求。所以,這就需要我們新一代的接班人努力研究、開拓創(chuàng)新,將問題減少,使我國電力技術(shù)的發(fā)展走向世界的前列1。我選擇設(shè)計本課題,是對自己已學(xué)知識的整理和進(jìn)一步的理解、認(rèn)識,學(xué)習(xí)和掌握變電所電氣部分設(shè)計的基本方法培養(yǎng)獨立分析和解決問題的工作能力及實際工程設(shè)計的基本技能。同時也是大學(xué)幾年所學(xué)的有關(guān)理論知識,結(jié)合相關(guān)的參考資料,對所有知識的一次綜合運用,把理論知識和實踐相結(jié)合,根據(jù)國家電力行業(yè)相關(guān)規(guī)范,開拓新思維,總結(jié)和
9、反映大學(xué)的收獲,也起一個很好的見證。1.2 原始資料及分析1.2.1 原始資料 (1)發(fā)電廠情況裝機兩臺,容量2x600MW,發(fā)電機額定電壓20KV,cos=0.9,機組年利用小時數(shù)6500h,廠用電率5.5% ,發(fā)電機主保護(hù)時間0.05s,后備保護(hù)時間3.8s,環(huán)境條件可不考慮。(2)接入電力系統(tǒng)情況發(fā)電廠除廠用電外,剩余功率送入330KV電力系統(tǒng),架空線路4回,系統(tǒng)容量6800MW,通過并網(wǎng)斷路器的最大短路電流:I=31.2KA I2s=27.1KA I4s=26.8KA(3)附近有110kV電源接入電力系統(tǒng)情況1.2.2 對原始資料的分析根據(jù)發(fā)電廠的情況可知,裝機容量為2600MW。該火
10、電廠年利用小時數(shù)6500h,因此,在電力系統(tǒng)中將主要擔(dān)任基荷。裝機容量是系統(tǒng)容量6800MW的17.6%,所以在電力系統(tǒng)中是重要發(fā)電廠。從而該廠主接線設(shè)計務(wù)必著重考慮其可靠性。擬采用單元接線形式,不設(shè)發(fā)電機出口斷路器,有利于節(jié)省投資及簡化配電裝置布置,提高可靠性。當(dāng)配電裝置連接元件總數(shù)在6個及以上時,通常都采用一臺半斷路器接線或雙母線分段帶旁母的接線方式。第2章 發(fā)電機和主變壓器的選擇2.1 發(fā)電機型號、容量、臺數(shù)、參數(shù)的選擇設(shè)計電廠共安裝2臺600MW汽輪發(fā)電機組,總?cè)萘繛?200MW,總體一次設(shè)采用哈爾濱電機廠的QFSN-600-2-22B汽輪機。該發(fā)電機為水氫氫冷卻方式,即:定子繞組水內(nèi)
11、冷,轉(zhuǎn)子繞組和定子主出線氫內(nèi)冷,鐵心軸向氫冷。1根據(jù)原始資料可選發(fā)電機型號如表2-1所示:表2-1 發(fā)電機主要參數(shù)型號額定功率(MW)額定電壓(kV)額定電流(A)功率因數(shù)cos轉(zhuǎn)速(r/min)QFSN-600-2-22B60020192450.930002.2主變壓器選擇主變壓器采用三相或是單相,主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運輸條件等因素。由于大型變壓器隨著容量的增大,尺寸和重量也增大。2.2.1變壓器的結(jié)構(gòu)所以當(dāng)發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓等級為330kV時,600MW機組單元連接的主變壓器綜合考慮運輸和制造條件,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較,可采用單相組成的三相變壓器。采用單相變壓器時,由于備用
12、單相變壓器一次性投資大,利用率不高,故應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)要求、設(shè)備質(zhì)量以及按變壓器故障率引起的停電損失費用等因素,確定是否裝設(shè)備用單相變壓器。若確需裝設(shè),可按地區(qū)(運輸條件允許)或同一電廠23組的單相變壓器(容量、變比與阻抗均相同),合設(shè)一臺備用單相變壓器考慮。22.2.2繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)電力變壓器按每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式;按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。容量為200MW以上大機組都采用與雙繞組變壓器成單元接線,而不于三繞組變壓器組成單元接線。這是由于機組容量大,其額定電流及短路電流都很大,發(fā)電機出口斷路器制造困難,價格昂貴,且對供電可靠性要求較
13、高,所以,一般在發(fā)電機回路及廠用分支回路均采用分相封閉母線,而封閉母線回路中一般不裝高斷路器和隔離開關(guān)。2.2.3繞組接線組別變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致,否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有星形“Y”和三角形“d”兩種。而在發(fā)電廠中,一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素,主變壓器接線組別一般都選用YN,d11常規(guī)接線。全星形接線變壓器用于中性點不接地系統(tǒng)時,3次諧波無通路,將引起正弦波電壓畸變,并對通信設(shè)備發(fā)生干擾,同時對繼電保護(hù)整定的準(zhǔn)確度和靈敏度均有影響。在我國,全星形接線變壓器均為自耦變壓器,電壓變比多為220/110/35、
14、330/220/35、330/110/35、500/220/110kV,由于500、330、220、110kV均系中性點直接接地系統(tǒng),系統(tǒng)的零序阻抗較小,所以自耦變壓器設(shè)置三角形繞組用以對線路3次諧波的分流作用已顯得不十分必要。2.2.4調(diào)壓方式調(diào)壓是通過變壓器的分接開關(guān)切換,改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù),從而改變其變比,實現(xiàn)電壓的調(diào)整。切換方式有兩種:一種是不帶電切換,稱為無激磁調(diào)壓,調(diào)整范圍通常在以內(nèi);另一種是帶負(fù)荷切換,稱為有載調(diào)壓,調(diào)整范圍可達(dá),但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。2.2.5冷卻方法電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異,一般有自然風(fēng)冷卻、強迫風(fēng)冷卻、強迫循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風(fēng)
15、冷卻、強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。大容量變壓器一般采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻,在發(fā)電廠水源充足的情況下,為壓縮占地面積,也可采用強迫油循環(huán)水冷卻。強迫油循環(huán)水冷卻的散熱效率高,節(jié)省材料,減小變壓器本體尺寸,但要一套水冷卻系統(tǒng)和有關(guān)附件,在冷卻器中,油與水不是直接接觸,在設(shè)計時和運行中,以防止萬一產(chǎn)生泄漏時,水不至于進(jìn)入變壓器內(nèi),嚴(yán)重地影響油的絕緣性能,故對冷卻器的密封性能要求較高。2.2.6容量和臺數(shù)的確定主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。如果變壓器容量選得過大、臺數(shù)過多,不僅增加投資,增大占地面積,而且也增加了運行電能損耗,設(shè)備未能充分發(fā)揮效益;若容量選得過小,將可能“封鎖”發(fā)電機
16、剩余功率的輸出,這在技術(shù)上是不合理的,因為每千瓦的發(fā)電設(shè)備投資遠(yuǎn)大于每千瓦的變電設(shè)備投資。為此,必須合理地選擇變壓器。對單元接線的變壓器,其容量應(yīng)按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負(fù)荷后,留有的裕度來確定,即變壓器的容量:SB=1.1(1-KP)cosPN (2-1)式中:SB為變壓器的計算容量MV;PN為發(fā)電機的額定功率kW;KP為發(fā)電機的廠用電率為5.5%;發(fā)電機的功率因數(shù)為cos=0.9。由于本工程采用發(fā)電機變壓器單元接線,主變壓器容量一般按變電所建成后510年的規(guī)劃負(fù)荷來進(jìn)行選擇,并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期1020年的負(fù)荷發(fā)展。根據(jù)DL50002000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)定:“主變壓器的容量可按發(fā)
17、電機的最大連續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負(fù)荷后留有10%的裕度選擇。參見GBT_6451-2008_三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求3規(guī)定,主變壓器容量選擇720MVA可以滿足要求??紤]到運輸條件的限制主變壓器選用三相雙繞組強迫油循環(huán)風(fēng)冷銅線圈720MVA無勵磁調(diào)壓電力變壓器,電壓變比330 22.5%/22kV,連接組標(biāo)號:YN,d11,空載損耗360kW,負(fù)載損耗1620kW,空載電流0.15%,阻抗電壓16%。主變壓器SFP10-720000/330主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。表2-2 主變壓器主要技術(shù)參數(shù)型號:SFP10-720000/330額定容量720MW連接組標(biāo)號YN,d11
18、高 壓55022.5%kV低 壓20kV阻抗電壓14.5%空載損耗360kW負(fù)載損耗1620kW空載電流0.15%kA2.3發(fā)電廠廠用變壓器選擇廠用變壓器選擇的基本原則和應(yīng)考慮的因素:(1)變壓器原、副邊額定電壓應(yīng)分別與引接點和廠用電系統(tǒng)的額定電壓相適應(yīng)。(2)連接組別的選擇,宜使用同一電壓級的廠用電工作、別用變壓器輸出電壓的相位一致。(3)阻抗電壓及調(diào)整型式的選擇,宜使在引接點電壓及廠用電負(fù)荷正常被動范圍內(nèi),廠用電各級母線的電壓偏移不超過額定電壓的5%。(4)變壓器的容量必須保證廠用機械及設(shè)備能從電源獲得足夠的功率。2.3.1廠用變壓器的臺數(shù)選擇根據(jù)資料:2600MW機組的廠用電率為5.5%
19、。本廠每臺機組選用四段高壓母線,1臺高壓廠用電源包括工作電源和備用電源,兩者又各分為高、低壓兩部分。對單機容量在200MW及以上的發(fā)電廠還應(yīng)考慮設(shè)置啟動電源和事故保安電源。廠用電源必須滿足供電可靠,且滿足各種工作狀態(tài)的需求。廠用電應(yīng)盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍,避免引起全廠停電事故,各機組廠用電系統(tǒng)應(yīng)相互獨立,以保證一臺機組故障停運或其輔機發(fā)生電氣故障時,不影響其他機組正常工作。因為電廠有兩臺機組同時工作,考慮到供電的可靠性,故每臺機組配置一臺高壓廠用變壓器和一臺公共變壓器,兩臺機組設(shè)一臺備用變壓器。2.3.2廠用變壓器容量的選擇確定廠用變壓器的容量,首先應(yīng)先了解廠用負(fù)荷的特性。按照主機滿
20、發(fā)的要求及廠用電母線按爐分段的原則,進(jìn)行廠用變壓器的選擇。常用母線是按爐分段的,要確定廠用變壓器和電抗器的容量,首先列出該變壓器所供常用母線段上電動機容量和臺數(shù),然后計算母線段的計算負(fù)荷,即在正常情況下全廠發(fā)電機滿負(fù)荷運行時,各廠用母線段上最大負(fù)荷。綜合電廠各大型電動機的工作時間不同,工作方式不同,無法正確掌握總的耗電量,已知廠用變壓器的容量略大于廠用電量,但本次設(shè)計提供的資料中給出了廠用電率,故廠用變壓器的容量可由式2-2求的。SN=PNGKP (2-2)帶入數(shù)據(jù)得SN=6005.5%=33MVA2.3.3 廠用變壓器型式的選擇(1)相數(shù)的選擇廠用電系統(tǒng)供電負(fù)荷絕大部分為三相電動機,故本次設(shè)
21、計選用三相廠用變壓器。(2)繞組數(shù)的選擇本次設(shè)計的工作變壓器選為分裂繞組變壓器,公用變壓器為雙卷變壓器。(3)連接組別的確定為保證常用電的供電穩(wěn)定性,并減少電流震蕩,一次側(cè)選用D型,本次設(shè)計的連接組別為Dyn1。(4)結(jié)構(gòu)形式選擇因為發(fā)電機出口電壓為20kV,而常用高壓為6kV故需要一臺降壓變壓器。(5)調(diào)壓方式的選擇因為廠用電的供電要求靈活可靠,且變壓器容量較小,經(jīng)濟成本較低,故可以采用有載調(diào)壓。綜上所述,本次設(shè)計的高壓廠用變壓器選用三相油浸式風(fēng)冷分裂繞組中性點經(jīng)中阻接地的降壓變壓器,接線組別為Dyn1。根據(jù)以上條件選擇,確定采用型號為SFFZ-50000/20三繞組電力變壓器;高壓公用變壓
22、器型號為SF-25000/20,高壓廠用備用變壓器型號為SFZ31500/2220;高壓廠用變壓器具體參數(shù)如下:表2-3 高壓廠用變壓器參數(shù)型號SFFZ-50000/20調(diào)壓方式有載調(diào)壓額定容量50/31.5-31.5MVA接線組別Dyn1冷卻方式自然冷卻/風(fēng)冷空載損耗29.5kV額定電壓20/6.3-6.3kV低壓側(cè)額定電流2887A額定頻率50HZ高壓側(cè)額定電流1443A電壓組合(20 81.25%)/6.3kV中性點接地方式低壓側(cè)經(jīng)40電阻接地S:三相 F:風(fēng)冷卻 Z:有載調(diào)壓2.2.4 備用變壓器選擇每臺機組分別設(shè)置1臺高壓廠用無載調(diào)壓分裂變壓器,容量為68/34-34MVA。每臺高壓
23、廠用工作變壓器設(shè)有6kV工作母線段。變壓器與開關(guān)柜之間采用小離相封閉母線相連。其中1臺廠變主要向公用和輔助系統(tǒng)負(fù)載供電,包括脫硫系統(tǒng)負(fù)荷、備用電動給水泵等。全廠不設(shè)6kV公用段。正常運行時全廠公用負(fù)荷由各機組6kV工作段供電。第3章 電氣主接線設(shè)計3.1 600MW機組電氣主接線基本接線形式本節(jié)主要介紹裝有大容量(600MW及以上)汽輪發(fā)電機組的發(fā)電廠有關(guān)的基本主接線形式。3.1.1雙母線接線(1)一般雙母線接線如圖3-1所示,它具有兩組母線:工作母線和備用母線。每回進(jìn)出線均經(jīng)一組斷路器和兩組母線隔離開關(guān)分別接至兩組母線,兩組母線間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器QFc相連。有兩組母線后,使運行的可靠性和靈
24、活性大為提高,其特點如下:1)檢修任意一組母線時,不會停止對用戶的連續(xù)供電。例如,檢修母線時,可把全部電源和復(fù)合線路切換到母線上。2)運行調(diào)度靈活,通過倒換操作可以實現(xiàn)不同形式的運行方式。當(dāng)母聯(lián)斷路器QFc閉合,進(jìn)出線適當(dāng)?shù)胤峙湓趦山M母線上,形成雙母線同時運行的狀態(tài)(相當(dāng)于單母線分段的運行方式)。有時為了系統(tǒng)的需要,亦可將母聯(lián)斷路器斷開(處于熱備用狀態(tài)),兩組母線同時運行。這時該電廠相當(dāng)于分裂成兩個電廠各自向系統(tǒng)送電。顯然,兩組母線同時運行的供電可靠性比只有一組母線運行時高。1圖3-1 一般雙母線接線(2)雙母線帶旁路母線接線 一般雙母線接線的主要缺點是,檢修線路斷路器會造成該回路停電。為了檢
25、修線路斷路器時不致造成停電,可采用帶旁路母線的雙母線(應(yīng)該注意的是旁路母線只為檢修斷路器時不中斷供電而設(shè),它不能代替匯流母線),如圖3-2所示。在每一回路的線路側(cè)裝設(shè)一組隔離開關(guān)(旁路隔離開關(guān))QS,接到旁路母線上,而旁路母線再經(jīng)旁路斷路器和旁路隔離開關(guān)接到兩組母線上。圖3-2中設(shè)有專用的旁路斷路器QF,要檢修某一線路的斷路器時,基本操作步驟:先合旁路斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)(母線側(cè)合上一個),再合上旁路斷路器QF對旁路母線進(jìn)行充電與檢查;若旁路母線正常,則待檢修的斷路器回路上的旁路隔離開關(guān)兩側(cè)已經(jīng)等電位,可以合上該旁路隔離開關(guān);此后可斷開帶檢修短路器及其兩側(cè)的隔離開關(guān),對斷路器進(jìn)行檢修。此時已通
26、過旁路斷路器、旁路母線及有關(guān)旁路隔離開關(guān)想起供電。1圖3-2 雙母線帶旁母接線(3)雙母線分段接線雙母線接線難以滿足大型電廠和變電所對主接線可靠性的要求:不分段的雙母線接線在母聯(lián)斷路器故障或一組母線檢修,另一組運行母線故障時,有可能造成嚴(yán)重的或全廠(所)停電事故。如圖3-3為雙母線分段接線。用分段斷路器QF3把工作母線分段,每段分別用母聯(lián)斷路器QF1和QF2與備用母線相連。這種接線比一般的雙母線接線具有更高的供電可靠性與靈活性。但由于斷路器較多,投資較大,一般在進(jìn)出線路較多(如多于8回線路)時可能用這種接線。以上三種雙母線接線方式具有供電可靠、檢修方便、調(diào)度靈活及便于擴建等優(yōu)點,在國內(nèi)大中型電
27、廠和變電所廣泛采用。但是這種接線所用設(shè)備多,在運行中隔離開關(guān)作為操作電器,交易發(fā)生誤操作。特別是當(dāng)母線系統(tǒng)發(fā)生故障時,需要短時間內(nèi)切除較多電源和線路,這對于特別重要的大型發(fā)電廠變電所是不容許的。2圖3-3 雙母線分段接線3.1.2 二分之三斷路器接線如圖3-4所示,在上和下兩組母線之間有3個斷路器構(gòu)成一串,給2個元件(出線或電源)使用,每個元件占用二分之三斷路器。稱為二分之三斷路器接線,又稱二分之三接線。圖3-4 二分之三接線正常運行時,兩組母線和同一串的三個斷路器都投入運行,稱為完整串運行,形形成多環(huán)路狀供電,具有很高的可靠性。其主要特點是,任一組母線故障或檢修時,只斷開與此母線相連的所有斷
28、路器,所有回路都不會停電。 任一斷路器檢修時,所有回路都不會停電(每個回路都經(jīng)過兩臺斷路器供電)。甚至在一組母線檢修另一組母線故障或兩組母線同時故障的極端情況下,也不中斷供電。一串中任何一臺斷路器退出或檢修時,這種運行方式稱為不完全串運行,此此時任然不影響任何元件的運行。這種接線運行方便、操作簡單,隔離開關(guān)只在檢修時作為隔離電器用。3在裝設(shè)600MW機組的大容量電廠中,廣泛采用二分之三斷路器接線。在電廠一期工程中,一般機組和出現(xiàn)數(shù)較少。如本期2600MW工程,只有兩臺發(fā)電機和兩回出線,構(gòu)成只有兩串的二分之三斷路器接線。在此情況下,電源(進(jìn)線)和出線的接入點可采用兩種方式:一種是交叉接線,如圖3
29、-5(a)所示,將兩個同名元件(電源或出線)分別布置在不同串上,并且分別靠近不同母線接入,即電源(變壓器)和出線相互交叉配置;另一種是非交叉接線,如圖3-5(b)所示,它也將同名元件(電源或出線)分別布置在不同串上,但所有同名元件都靠近同一母線一側(cè)(進(jìn)線都靠近一組母線,出線都靠近一組母線)。通過分析可知:二分之三交叉接線比二分之三非交叉接線具有更高的運行可靠性,可以減少特殊運行方式下事故擴大。例如,一串中的聯(lián)絡(luò)斷路器(設(shè)502)在檢修或停用,當(dāng)另一串的聯(lián)絡(luò)斷路器發(fā)生異常跳閘或事故跳閘(出線L2故障或進(jìn)線T2回路故障)時,對非交叉接線將造成切除兩個電源,相應(yīng)的兩臺發(fā)電機甩負(fù)荷至零,電廠與系統(tǒng)完全
30、解列;而對交叉接線而言,至少還有一個電源(發(fā)電機變壓器)可向系統(tǒng)送電,L2故障時T2向L1送電,T2故障時T1向L2送電,僅是聯(lián)絡(luò)斷路器505異常跳開時也不破壞兩臺發(fā)電機向系統(tǒng)送電。應(yīng)當(dāng)指出,當(dāng)二分之三接線的串?dāng)?shù)多于兩串時,由于線路本身構(gòu)成的閉環(huán)回路不止一個,一個串中的聯(lián)絡(luò)斷路器檢修或停用時,任然還有閉環(huán)回路,因此不存在交叉接線的優(yōu)點。 圖3-5 (a)二分之三交叉接線 (b) 二分之三非交叉接線3.2 2600MW機組廠用電設(shè)計3.2.1 廠用電概述及設(shè)計原則發(fā)電廠在啟動、運轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)、檢修過程中,有大量由電動機拖動的機械設(shè)備。用以保證機組的主要設(shè)備(如鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等)和輸煤、碎煤、除
31、灰,除灰及水處理的正常運行。這些電動機以及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明用電設(shè)備等都屬于廠用負(fù)荷,總的耗電量,統(tǒng)稱為廠用電。 廠用電設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求,考慮全廠發(fā)展規(guī)劃,妥善解決分期建設(shè)引起的問題,積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術(shù)和設(shè)備,使設(shè)計達(dá)到經(jīng)濟合理、技術(shù)先進(jìn),保證機組安全、經(jīng)濟和滿足發(fā)電運行?,F(xiàn)代大容量火力發(fā)電廠要求其生產(chǎn)過程是自動化和采用計算機控制的,為了實現(xiàn)這一要求 ,就需要許多廠用機械和自動化監(jiān)控設(shè)備(如鍋爐 汽輪機 發(fā)電機)和輔助設(shè)備服務(wù),而絕大多數(shù)機械采用電動拖動,因此,需要向這些電動機 自動化監(jiān)控設(shè)備和計算機供電,這種供電系統(tǒng)稱為廠用電系統(tǒng)。 廠用電系統(tǒng)設(shè)置
32、有完備的監(jiān)視儀表、控制系統(tǒng)、保護(hù)連鎖及自動裝置等。 廠用電源的可靠性是決定整個電廠安全運行的關(guān)鍵,因此廠用電源系統(tǒng)在設(shè)計上應(yīng)滿足以下基本要求: (1)系統(tǒng)應(yīng)安全可靠 廠用電源系統(tǒng)的接線方式和電源容量應(yīng)能適應(yīng)正常供況、事故異常和檢修狀態(tài)等各種工況的供電要求,同時還應(yīng)考慮到機組啟停過程中的供電,并方便電源的切換操作。一般各機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)盡可能相互獨立,當(dāng)某一臺機組的廠用電源系統(tǒng)故障或其相關(guān)設(shè)備故障時,只會影響到該機組的運行,而不致影響到其他機組的正常運行,同時能在短時間內(nèi)將本機組恢復(fù)運行。對公用負(fù)荷的供電方式要合理布置,使發(fā)生事故時影響范圍最小。 (2)系統(tǒng)接線簡明、運行靈活 廠用電源系統(tǒng)分期
33、建設(shè)和現(xiàn)場施工中廠用電系統(tǒng)的擴建方便和可靠切換運行,應(yīng)結(jié)合遠(yuǎn)景規(guī)劃,統(tǒng)一安排,便于過渡,盡可能減少改變接線和變換設(shè)備。同時要與電氣主接線的方式相結(jié)合來考慮,尤其是在備用電源引線時(3)符合經(jīng)濟性要求 在滿足可靠性的同時,還應(yīng)注意廠用電源系統(tǒng)的經(jīng)濟性,壓宿投資,降低運行費用。 3.2.2廠用電的電壓等級確定600MW機組廠用電電壓的選取,與很多因素有關(guān),如廠用電接線方式,短路電流水平,母線電壓水平,設(shè)備制造水平等4。對600MW機組的廠用電,根據(jù)國內(nèi)以往若干電廠的設(shè)置情況,可分為以下兩種:方案一:廠用電采用6kV和380V兩個電壓等級。配電原則是:200kW及以上的電動機采用6kV電壓供電,20
34、0kW以下的電動機采用380V電壓供電。方案二:廠用電采用10kV、3kV和380V三個電壓等級。配電原則是:2000kW及以上的電動機采用10kV電壓供電,2002000kW的電動機采用3kV電壓供電,200kW以下的電動機采用380V電壓供電。方案已采用一個6kV等級的廠用高壓,而方案二采用了10kV和3kV兩個等級的廠用高壓。原則上,前者可使廠用電系統(tǒng)簡化、設(shè)備減少,但是許多2000kW以上的大容量電動機接在6kV母線上,也會帶來設(shè)備選擇和運行方面的問題,如9000kW電動給水泵的啟動就要考慮許多因素。600MW機組廠用電壓等級采用哪一種方案,在設(shè)計時都要經(jīng)過諸多因素的綜合比較后予以確定
35、由于本期工程廠用負(fù)荷較大,高壓電機數(shù)量較多,廠用高壓母線短路故障時,電動機的反饋電流大,在此種情況下,考慮到國內(nèi)電機產(chǎn)品10kV系列中、小容量電動機生產(chǎn)、制造不存在問題。其余配電設(shè)備,因為10kV是我國標(biāo)準(zhǔn)配電電壓等級,10kV開關(guān)柜、變壓器、電纜,因此本工程選用10kV一級電壓。3.2.3廠用電源及其引接方式發(fā)電廠的廠用電源必須供電可靠,且能滿足電廠各種工作狀態(tài)的要求,除應(yīng)具有正常的工作電源外,還應(yīng)設(shè)置啟動/備用電源和事故保安電源。下面簡紹本工程600MW機組的廠用電源引接方式。5廠用工作電源及其引接對于大容量機組,各臺機組的廠用工作電源必須是獨立的,保證機組正常運行最基本的電源,要求供電可
36、靠,而且要滿足整套機爐的全部廠用負(fù)荷要求。本工程600MW機組采用發(fā)電機變壓器組電源接線,并采用全連式分相封閉母線。主變壓器側(cè)設(shè)有斷路器,可避免一臺機組檢修和投運時影響另一臺機組的正常運行。機組廠用電源從發(fā)電機G到主變壓器T之間的全連式分相封閉母線引接,即從發(fā)電機出口經(jīng)高壓廠用變壓器將發(fā)電機出口22kV電壓降到所需的10kV廠用高壓。600MW機組的廠用分支上不裝設(shè)斷路器,主要原因是:開斷電流很大,斷路器難以選擇,而且發(fā)電機出口到主變壓器和廠用工作母線采用全連式分相封閉母線后,此段線路范圍內(nèi),相間短路故障的可能性亦已降低。也不裝設(shè)隔離開關(guān),只設(shè)置可拆連接片,以供檢修和調(diào)試用。此方案接線簡單、投
37、資低、布置簡單。低壓380V廠用工作電源,由10kV高壓廠用工作母線通過低壓廠用工作變壓器引接6。3.2.4啟動/備用電源及其引接備用電源用于因工作電源事故或檢修時帶提工作電源,起到后備作用。備用電源應(yīng)具有獨立性和足夠的容量,最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系,在全長停電的情況下任然能從系統(tǒng)獲得廠用電源。啟動電源一般是指機組在啟動或停運過程中,工作電源不可能供電的情況下為該機組的廠用負(fù)荷提供電源。本工程2臺600MW機組啟動、備用廠用電源和其它機組一樣,采用采用啟動電源兼做備用電源的方式設(shè)置,啟動/備用電源可由用現(xiàn)有的附近的110kV變電所引接。對于380V低壓廠用備用電源,與低壓工作電源的引接方法類似
38、,也從高壓廠用母線經(jīng)低壓變壓器引接,但低壓工作電源與備用電源取至不同的廠用高壓母線分段上。3.2.5事故保安電源及其引接對于大容量發(fā)電機組,當(dāng)廠用工作電源和備用電源都消失時,為確保能安全停機,應(yīng)該設(shè)置事故保安電源。通常采用的事故保安電源有蓄電池組、柴油發(fā)電機、外接電源。本工程每臺機組設(shè)置一套380V、三相、50Hz柴油發(fā)電機組作為機組的事故保安電源。柴油發(fā)電機組連接到保安電動機控制中心。當(dāng)失去廠用電源時,柴油發(fā)電機組能在1015s之內(nèi)快速啟動,向保安負(fù)荷供電。73.2.6廠用電接線設(shè)計廠用電接線方式合理與否,對機、爐、電的輔機以及整個發(fā)電廠的工作可靠性有很大的影響。廠用電的接線應(yīng)保證廠用供電的
39、連續(xù)性,使發(fā)電廠能安全滿發(fā),并滿足運行安全可靠、靈活、方便等要求。(1)10kV高壓廠用母線接線設(shè)計本工程2臺600MW超臨界空冷機組10kV高壓廠用母線的接線形式:單母線分段接線,且按爐分段(將廠用母線按鍋爐臺數(shù)分成若干獨立段,凡屬同一臺鍋爐的廠用負(fù)荷均接在同一段母線上,與鍋爐同組的汽輪機的廠用負(fù)荷也接在該段上,而該段母線由其對應(yīng)的發(fā)電機組供電)。圖3-6 10kv高壓廠用電接線圖因此,每臺機組設(shè)置A、B兩段10kV母線,由雙分裂廠用變壓器供電,鍋爐、汽機的雙套輔機由A、B段母線供電。全廠公用負(fù)荷分?jǐn)偟紸、B兩段母線。10kV高壓工作母線向全廠低壓廠用變壓器和大于、等于200kW的電動機供電
40、。如圖3-1所示,每臺機組設(shè)置一臺分裂繞組高壓廠用變壓器,容量為45MVA;兩臺機組設(shè)置1臺起動/備用變壓器,容量為65/45-45MVA。每臺機組共2段10kV工作母線。該方案的優(yōu)點是:接線簡單清晰,共箱封閉母線布置方便,占地面積最小,最適應(yīng)現(xiàn)場場地條件。(2)380/220V低壓廠用電系統(tǒng)接線設(shè)計本工程低壓廠用電系統(tǒng)采用380/220V中性點直接接地系統(tǒng),PC-MCC供電方式。PC-MCC的設(shè)置原則為:成對的兩臺低壓廠用變壓器低壓側(cè)設(shè)立兩段PC母線,用斷路器分段。正常工作時,斷路器打開,不設(shè)置自動切換。但允許短時合上斷路器,以便正常檢修時轉(zhuǎn)移負(fù)荷。在負(fù)荷中心設(shè)立MCC母線,向就近負(fù)荷供電,
41、其電源由相應(yīng)PC引接兩路,一路工作,一路備用,采用手動或自動切換方式。動力中心PC主要供電給下列負(fù)荷:大于等于75kW,小于200kW的電動機;大于等于100kVA靜態(tài)負(fù)荷。電動機控制中心MCC主要供電給下列負(fù)荷:75kW以下的電動機和小于100kVA的靜態(tài)負(fù)荷由電動機控制中心供電。成對的低壓電動機分別由對應(yīng)的動力中心和電動機控制中心供電。主廠房內(nèi)每臺機、爐的兩臺低壓廠用工作變壓器互為備用,兩臺公用變壓器互為備用。每臺機組設(shè)1臺容量為500kVA檢修變壓器和1臺容量為500kVA照明變壓器。兩臺機組的檢修變壓器、照明變壓器互為備用。廠區(qū)內(nèi)其它廠用變壓器根據(jù)分片集中供電的原則設(shè)置。所有低壓變壓器
42、接線組別為D,yn11,型式為干式。3.2.7廠用負(fù)荷計算大型火電廠廠用負(fù)荷可達(dá)上千臺,主要分布于汽水系統(tǒng)、循環(huán)水和供水系統(tǒng)、開式和閉式冷卻水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、燃油或點火油系統(tǒng)、水預(yù)處理和化學(xué)水系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電氣、修配、暖通等公用負(fù)荷。廠用負(fù)荷按其在生產(chǎn)過程中的重要性可劃分為: 1)類負(fù)荷:如火力發(fā)電廠送、引風(fēng)機、給粉機、給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等。通常它們都設(shè)有兩套或多套相同設(shè)備。如:2100%表示有兩套相同的輔助設(shè)備,每一套輔助設(shè)備運行就能使主機帶滿負(fù)荷;正常運行時,一套運行,另一套備用或檢修,可以相互連鎖切換,如凝結(jié)水泵、工業(yè)水泵、疏水泵等。2
43、50%表示有兩套相同的輔助設(shè)備,每一套輔助設(shè)備運行就能使主機帶50%負(fù)荷;正常運行時,兩套同時運行,沒有備用,其中一套因故障停運時,則主機降低出力到50%,如引風(fēng)機、送風(fēng)機、二次風(fēng)機等。350%表示有三套相同的輔助設(shè)備,每一套輔助設(shè)備運行就能使主機帶50%負(fù)荷;正常運行時,兩套同時運行,另一套備用或檢修,可以相互連鎖切換;其中一套因故障停運時,不影響主機的出力,如真空泵、電動給水泵。2)類負(fù)荷:允許短時間停電,但如果停電時間過長,有可能損壞設(shè)備或影響正常生產(chǎn),如鋼球磨煤機、碎煤機等。類負(fù)荷與類負(fù)荷的供電方式基本相同,所不同的僅是備用電源不用自動投入,而用手動投入即可。3)類負(fù)荷:一般與生產(chǎn)工藝
44、過程無直接關(guān)系,即便較長時間停電,也不會直接影響到正常運行,如油處理設(shè)施及中央修配廠等負(fù)荷,這類負(fù)荷允許只有一個電源,在有條件情況下也設(shè)有備用電源,但沒有備用設(shè)備。表3-1火力發(fā)電廠主要廠用電負(fù)荷及其分類表分 類名稱負(fù)荷類別運行方式備 注鍋爐負(fù)荷引風(fēng)機類經(jīng)常、連續(xù)送風(fēng)機類經(jīng)常、連續(xù)二次風(fēng)機類經(jīng)常、連續(xù)空氣預(yù)熱器類經(jīng)常、連續(xù)爐水循環(huán)泵類經(jīng)常、連續(xù)磨煤機類、類經(jīng)常、連續(xù)儲庫式制粉系統(tǒng)為類給煤機類、類經(jīng)常、連續(xù)儲庫式制粉系統(tǒng)為類排粉機類、類不經(jīng)常、連續(xù)儲庫式制粉系統(tǒng)為類給粉機類、類不經(jīng)常、連續(xù)儲庫式制粉系統(tǒng)為類(1)廠用負(fù)荷的計算方法廠用負(fù)荷的計算常采用“換算系數(shù)法”:S廠用分段母線上的計算負(fù)荷,k
45、VAP電動機的計算功率kW;K換算系數(shù)(具體取值參見下表)表3-2 換算系數(shù)機組容量(MW)125200機組容量(MW)125200給水泵及循環(huán)水泵電動機1.01.0其它高壓電動機0.80.85凝結(jié)水泵電動機0.81.0其它低壓電動機0.80.73.2.8廠用變壓器的選擇(1)變壓器選擇的基本原則和應(yīng)考慮的因素1)變壓器、原副邊額定電壓應(yīng)分別與引接點和廠用電系統(tǒng)的額定電壓相適應(yīng)。2)連接組別的選擇,應(yīng)使同一電壓等級(高壓或低壓)的廠用工作、備用變壓器輸出電壓的相位一致。3)阻抗電壓及調(diào)壓方式的選擇,應(yīng)使在引接點電壓及廠用電負(fù)荷正常波動范圍內(nèi),廠用電各級母線的電壓偏移不超過額定電壓的5%。4)變
46、壓器的容量必須保證廠用機械及設(shè)備能從電源獲得足夠的功率。廠用變壓器三相雙繞組固體澆注式無勵磁調(diào)壓銅芯干式變壓器,其技術(shù)數(shù)據(jù)如下;暗備用接線的變壓器負(fù)荷計算時,不僅要計算兩個不同PC半段的容量,還應(yīng)考慮兩個半段和在一起時的負(fù)荷容量,因為兩個半段連接的是一臺機組的兩臺互為備用的輔機負(fù)荷。因此,計算一臺變壓器容量時,為兩個半段負(fù)荷容量之和,扣除重復(fù)負(fù)荷容量。其它低壓廠用變壓器的選擇方法與之類似,都選擇型號為SCB10-X/10的三相雙繞組固體澆注式無勵磁調(diào)壓銅芯干式變壓器。特別的,為保證照明電壓的質(zhì)量,照明變壓器選擇SCZB10-500/10型三相雙繞組固體澆注式有載調(diào)壓銅芯干式變壓器。8表3-3
47、10kV干式變壓器型號額定容量(MV)額定電壓(kV)連接組別損耗(W)空載電流(%)阻抗電壓(%)空載負(fù)載SCB10-1600/10160010.522.5%/0.4kVD,yn112140102000.66SCB10-2000/10200010.522.5%/0.4kVD,yn112400126000.46型號額定容量(MV)額定電壓(kV)連接組別損耗(W)空載電流(%)阻抗電壓(%)空載負(fù)載SCB10-1600/10160010.522.5%/0.4kVD,yn112140102000.66SCB10-2000/10200010.522.5%/0.4kVD,yn112400126000
48、.46表3-4 高壓隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)最高工作電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流峰值(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)GW7-500D500550315012550/3將所選型號參數(shù)與相應(yīng)的計算數(shù)據(jù)比較,如表3-5所示。計算數(shù)據(jù)LW6-500型斷路器GW7-500D型隔離開關(guān)U330kVUN500kVUN500kVImax1145AIN3150AUN3150AI31.2kAINbr50kAish83.82kAiNki125kAQk3205(kA)2sIt2t5023=7500(kA)2sIt25023=7500(kA)2sish83.82kAies125kAies125kA第4
49、章 電氣設(shè)備的整定計算4.1電壓互感器、電流互感器參數(shù)計算與選擇互感器包括電壓互感器和電流互感器,是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件,用以分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電,正確反映電氣設(shè)備的正常運行和故障情況。94.1.1 電流互感器的選擇具體選擇如下:330 kV側(cè)(1)一次回路額定電壓和電流的選擇即UNUNS IalImax (4-1)即UN500kV IalImax=1.05SN23vN=1.0569323330=2.456 (4-2)(2)選擇額定二次電流額定二次電流有5A和1A,一般弱電系統(tǒng)選用1A,強電系統(tǒng)選用5A。本次設(shè)計為強電系統(tǒng),故選用5A。(3)種類和形式的選擇
50、選用屋外套管式電流互感器。(4)準(zhǔn)確級選擇互感器準(zhǔn)確級不得低于所供儀表的準(zhǔn)確級;當(dāng)所供儀表要求不同準(zhǔn)確級時,應(yīng)按其中的要求準(zhǔn)確級,最高的儀表來確定電流互感器的準(zhǔn)確級。21)用于測量精度要求較高大容量發(fā)電機、變壓器的電流互感器,宜用0.2級;2)供重要回路中的電能表和所有計費用的電能表的電流互感器,不低于0.5級;3)供估計被測數(shù)值的儀表的電流互感器,可用3級;4)供繼電保護(hù)用的電流互感器,應(yīng)用D級或B級;本次設(shè)計選用0.2級2故本次初步選用 LVBQ-500W2,其參數(shù)如下:額定電流比:2x1205/5;額定輸出:50VA;二次負(fù)荷阻抗:ZN2=2;熱穩(wěn)定倍數(shù):Kt=225;動穩(wěn)定電流:ies
51、=262.5 5)熱穩(wěn)定校驗由UN330kV 得:IalImax=1.05SN23vN=1.0569323330=2.8kA (4-3)滿足條件。6)動穩(wěn)定校驗即允許通過的動穩(wěn)定電流ies=262.5ish=83.82(4-4)滿足條件。根據(jù)高壓回路的UNS、Imax及電流互感器的種類和型式,可選LVBQ-500W2型電流互感器,具體參數(shù)如表4-1所示。表4-1 電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)額定電流(kA)保護(hù)級測量級(VA)額定輸出(VA)準(zhǔn)確限值系數(shù)額定輸出儀表保安數(shù)0.2級0.5級LVBQ-500W25001250/55010P1520515205040Fs54.1.2 電壓互
52、感器的選擇具體選擇如下:330 kV側(cè)(1)二次側(cè)額定電壓的選擇因為是中性點直接接地的系統(tǒng),所以選用100V(2)種類和形式的選擇本次選用電容式電壓互感器(3)準(zhǔn)確級的選擇電壓互感器準(zhǔn)確級的選擇原則,用于繼電保護(hù)的電壓互感器不應(yīng)低于3級。(4)按容量的選擇互感器的額定二次容量(對應(yīng)于所要求的準(zhǔn)確級),Se2應(yīng)不小于互感器的二次負(fù)荷 ,即:Se2S2(4-5)S2=(P0)2+(Q0)2(4-6)至此,可初選出電壓互感器的型號,即TYD35003-0.005(H)7 其參數(shù)如下:設(shè)備最高電壓:550kV;準(zhǔn)確級次/額定容量(VA):0.2/100;瞬態(tài)響應(yīng)速度:5%;根據(jù)高壓回路的UNS及電壓互
53、感器的種類和型式,可選TYD85003-0.005(H)型電容電壓互感器,具體參數(shù)如表4-2所示。表4-2 電容式電壓互感器技術(shù)參數(shù)型號額定電壓比(kV)準(zhǔn)確級次額定輸出(VA)剩余繞組輸出(VA)額定電容(F)TYD85003-0.005(H)0.2,0.5,3P100,200,200500.0054.2 母線的選擇母線在電力系統(tǒng)中主要擔(dān)任傳輸功率的重要任務(wù),電力系統(tǒng)的主接線也需要用母線來匯集和分散電功率,在發(fā)電廠、變電所及輸電線路中,所用導(dǎo)體有裸導(dǎo)體,硬鋁母線及電力電纜等,由于電壓等級及要求不同,所使用導(dǎo)體的類型也不相同。10敞露母線一般按導(dǎo)體材料、類型和敷設(shè)方式、導(dǎo)體截面、電暈、短路穩(wěn)定、共振頻率等各項進(jìn)行選擇和校驗。發(fā)電機出口主封閉母線選擇發(fā)電機出口的最大持續(xù)工作電流Imax=1.05PN3UNcos=1.056003200.9=20207(A)(4-7)根據(jù)發(fā)電機出口的UN和Imax,可選QLFM-24/230008型全連式分相封閉母線,具體參數(shù)如表4-3所示。表4-3 QLFM-2
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