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风电场变电站二次原理应用

风电场变电站二次设备应用

一、概念:

电气二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护,以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的电气设备。

如测量仪表、继电器、控制操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及供给这些设备电源的交直流电源装置。

在发电厂电气设备中,虽然一次设备是主体,但是,二次设备同样是必不可少的重要组成部分,特别对日常运行的控制调节以及对各种故障的反应和判断、处理等,二次设备及其组成系统显得更加重要。

二次设备系统监视着每个一次电气设备的运行,从而间接地监视、指挥和控制了整个发电厂的生产和管理活动。

二、发电厂变电站中主要的二次设备:

(一)直流操作电源:

1、作用:

为控制、信号、测量回路及继电保护装置、自动装置和断路器的操作,提供可靠的工作电源。

2、对操作电源的要求:

(1)要保证供电的可靠性,目前应用最广泛的就是可控硅整流直流系统,它在交流停电的状态下通过电池继续为系统提供直流电源,保证了装置运行的可靠性。

(2)应有足够的容量,在失去浮冲电源后,在最大负载下直流电压不低于80%的额定值。

3、可控硅整流系统的组成:

充电屏、蓄电池屏、馈电屏、逆变电源屏

(1)充电屏功能:

通过整流模块将交流电整流成直流电,为站内装置提供直流工作电源和操作电源,同时对蓄电池充电。

(2)蓄电池屏功能:

接受直流充电屏的充电,以备在交流电源故障或整流模块故障时为直流回路提供不间断的直流供电。

(3)直流馈电屏:

对直流系统供电进行分配。

(4)逆变电源屏:

通过开关电源模块对直流电源进行变换,输出交流电源,为站内主要监控设备提供工作电源。

同时也作为事故照明的电源使用。

他只能供低功率负载使用。

4、直流系统一点接地的寻找

当直流母线上的绝缘装置发出接地信号后,运行人员首先利用绝缘监测装置判断是哪个极接地,并测量绝缘电阻值,然后寻找接地点,根据当时的运行方式,操作情况及气候影响等因素,初步判断接地点的位置,然后遵循先信号和照明后控制回路,先室外后室内的原则,采用分路试停的方法寻找有接地的回路,在断开各专业直流回路时,切断时间一般不得超过3S,发现某一路回路接地时,在进一步寻找接地点。

如能果绝缘监测装置已经判断出是哪路接地,可直接进行寻找,按照设计图纸电缆接线走向,逐段寻找。

在此回路中有多个开关或保险时,可分段各开关或保险,用外用表直流档对地测量正负极电压。

看是否恢复正常。

逐渐缩小故障范围。

寻找注意事项:

 

(1)停电时应采取必要的措施,以防止直流失电可能引起的保护及自动装置的误动。

(2)使用万用表一定为高内阻表计。

(3)寻找过程中防止发生直流系统接地和或另一极接地。

 

5、直流系统图纸:

 

控制回路电源

合闸回路电源

(二)断路器的控制和信号回路

1、断路器的操作机构是断路器本身附带的合、跳闸传动机构,它用来使断路器合闸或维持闭合状态,或使断路器跳闸。

在操作系统中均设有合闸机构、维持机构和跳闸机构。

按动力源的不同,操作机构分为弹簧操作机构,液压操作机构,气动操作机构等。

2、断路器控制回路应具备:

(1)断路器操作机构中的分合闸线圈应按短时通电设计,在跳合闸完成后,应切断跳合闸回路,以防止合、分闸线圈长时间带电。

如果出现长时间带电可能会烧毁线圈。

(2)无论断路器是否带有机械闭锁装置,都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。

(3)断路器初具有控制开关手动分合闸外,还应在控制回路中设计有继电保护和自动装置自动跳闸和合闸回路。

(4)应能监视控制电源及合、跳闸回路的完好性,应对二次回路短路或过负荷进行保护。

(5)应有反应断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同的显示信号。

(6)对于分相操作的断路器,应有监视三相位置是否一致的措施。

3、常见断路器控制回路工作原理:

(1)+KM、-KM为操作回路控制电源,由于分合闸线圈瞬时功率较大,合闸电源采用240V的直流电源。

(2)当断路器处于分闸位置时,DL动断辅助触点处于合位置,DL动合辅助触点处于分位,控制电源-KM通过合闸线圈、DL常闭触点TBJ2常闭点,到分合闸开关KK接点8,+KM已经到达KK的回路5。

当操作分合闸开关KK使5,8接通时,合闸线圈带电动作,操作机构动作,储机构将能量通过传动拉杆带动动触头动作,合闸操作结束。

(3)当断路器处于合闸位置时,DL动断辅助触点处于分开位置,DL动合辅助触点处于闭合位置,合闸回路断开,跳闸回路-KM通过TQ、DL常开触点,TBJ电流线圈到分合闸开关KK的转换接点7,当进行分闸操作KK使6、7点接通,TQ得电,驱动跳闸机构动作,断路器完成分闸操作。

(4)与KK合闸5、8接点并联的ZCH为保护自动化装置合闸输出接点,可以实现对断路器的远方合闸操作和保护装置的自动重合闸。

(5)与KK分闸6、7接点并联的BCJ为保护自动化装置跳闸输出接点,可以实现对断路器的远方跳闸操作和保护装置的跳闸。

(6)当由于合闸回路ZCH或KK5-8接点发生粘连,断路器由于保护装置的动作跳闸,如果没有TBJ,断路器刚分开,合闸回路就导通,断路器立刻合闸,保护在动作,又会分开,这样就会在保护的作用下反复的分合故障电流,可能会使断路器损坏。

我们在控制回路增加防跳闭锁继电器TBJ后,当继电保护出口继电器BCJ接通TQ时,同时启动TBJ,其常闭接点TBJ2切断合闸线圈HC回路,即使控制开关KK5-8接点未断开或ZCH接点粘结时,TBJ的常开接点TBJ1接通其电压线圈TBJ(V)使继电器自保持,TBJ2保持切断HC回路直到KK开关5-8接点或ZCH接点断开才会返回。

(7)由于断路器一般采用远方操作,值班人员无法直接判明断路器的状态,因此必须装设断路器跳合闸状态位置信号。

同时还应对监视跳合闸回路完好性进行监视。

在跳、合闸回路中分别串入位置继电器HWJ和TWJ,当断路器处于跳闸状态时,TWJ的线圈经过触点TQ1、DL和线圈HC通电,由于TWJ与HC按阻值对控制电压分压,电流未达到HC启动的值而不会动作,但TWJ已经动作,其常开触点闭合,绿灯变亮,表示断路器处于跳闸位置。

同理,在合闸位置时,HWJ通过跳闸回路,点亮红灯。

另外,当合闸或分闸回路断线时,TWJ与HWJ都不会得电,分闸合闸灯都不亮,监控系统会接到位置不对应的信号,提醒运行人员及时进行处理。

4、断路器的信号回路:

常用的断路器运行监视信号包括:

断路器未储能信号,断路器分闸位置信号,断路器合闸位置信号,断路器低气压闭锁信号,控制回路电源消失信号,断路器远方操作信号等。

(三)隔离开关控制及信号回路

1、隔离开关的分类:

操作机构一般有气动、电动和电动液动操作三种形式。

2、常用的隔离开关电动控制回路:

电动控制回路的主驱动元件为电动机,当电动机进行相应的正反转时,带动传动机构,使隔离开关完成分合闸。

原理图如下:

图中主回路中KM1、KM2为电动机主接触器线圈,K为热继电器,M为交流电动机。

控制回路中:

QF为手动与电动操作转换闭锁行程开关,QSE为接地刀位置辅助位置接点,SB为隔离开关急停按钮,SB1为合闸按钮,SB2为分闸按钮,K为热继电器常闭触点,S2为隔离开关合闸终端行程开关,S1为隔离开关分闸终端行程开关。

在上图中只要在SB1或SB2按钮触点两端并接远方控制接点,即可以实现隔离开关的远方分合闸控制。

3、隔离开关信号回路

对隔离开关经常取其分合位置信号,远方,现地控制信号以及其对应得接地刀闸的位置信号。

隔离开关的位置信号从位置辅助转换开关中接出。

4、隔离开关的电器闭锁:

根据电力系统操作中防止误操作事故发生的五方规则规定,设定了对隔离开关操作的规定,合隔离刀时相应的接地刀应在分闸位置,本间隔的断路器应在分闸位置,合闸时先合母线侧隔离开关,后合负荷侧隔离开关,分闸时相反。

我们将相应的闭锁元件位置接点串接在隔离刀的控制回路中,就可以实现对隔离开关的五防操作。

保证倒闸操作的安全可靠进行。

(五防:

防止带接地线合断路器,防止带接地刀合隔离刀,防止带负荷拉隔离刀,防止误入带电间隔,防止带电挂接地线)

(四)电流互感器的二次接线

1、电流互感器的极性标注:

为了简单、直观地分析继电保护的工作,判别电流互感器一次与二次电流间的相位关系,电流互感器一次和二次绕组的绕向用极性符号表示,常用的电流互感器极性都按减极性原则标注,即当系统一次电流从极性端流入时,电流互感器的二次电流从极性端流出。

常用的一次绕组端子标注为L1、L2,二次绕组端子注有K1、K2,其中L1和K1为同极性端子,同极性端注以符号“*”。

2、互感器的准确级:

0.2级用于电度计量,0.5级用于电量采集,5P20级用于保护装置。

3、电流互感器常用接线形式:

三相不完全两相接线

三相完全星型接线

电流回路接线原理图

主变间隔一次接线图电流向量图

在实际的接线图中,每组互感器器会引出不同准确级的二次绕组,实现不同的功能。

可以进行电度计量,电量采集,保护装置应用。

4、电流互感器在正常运行时,电流互感器的一、二次绕组建立的磁势处于平衡状态,磁路中的磁通量比较小,则二次绕组的端电压很低,接近于短路状态,一旦二次回路出现开路故障,二次电流的去磁作用立即消失,一次电流就完全变成励磁电流,此电流会增大数十倍,使磁路中的磁通突然增大,这时,在二次绕组两端会感应出几千伏的电压,对二次设备和人身安全构成很大的威胁。

因此在电流互感器严禁二次回路开路。

(五)电压互感器接线:

1、用一个电压互感器测量某一相对地的电压:

2、三个单相互感器结成Y/Y/△接线; 

由三个单相互感器一、二次侧均接成Y形,可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。

a、b、c为主绕组,二次电压值为57.7V,a′和x′为辅助绕组,二次电压为100/3V,用作开口三角监视电压的三相平衡度。

注意:

电压互感器一次、二次绕组尾端连接后接地。

如果没有接地点,会影响互感器的测量精度。

造成装置采样漂移。

电压互感器的准确级:

常用的有0.2级用于电度计量,0.5级用于电量采集,3P级用于

3、保护装置。

(六)中央测量控制信号:

1、事故信号,当断路器跳闸,或继电保护动作、主变非电量信号等故障信号而设计。

2、开关量的采集:

可以对断路器、隔离开关和接地开关的状态,有载调压变压器分接头的位置,同期检测状态、继电保护动作信号、运行告警信号进行监视采集,这些信号都以开关量的形式,通过光隔离电路输入至测控装置。

3、指挥联系信号:

用于中央监控系统向现地设备发出动作命令。

如操作断路器隔离刀,增减负荷等。

4、模拟量的采集:

各段母线电压、母联及分段断路器的电流、线路及馈线电压、电流、有功功率、无功功率,主变压器电流、电容器和并联电抗器电流、直流系统电压、站用电电压、以及各单元的频率、相位、功率因数等。

三、继电保护原理应用:

(一)微机保护系统:

微机保护系统功能是变电站综合自动化系统的最基本、最重要的功能,它包括变电站的主设备和输电线路的全套保护。

下面结合具体的设备介绍各保护功能的实现方式:

(二)微机保护装置功能

1.主变压器保护装置:

(1)主变压器保护由主保护装置,高后备保护装置,低后备保护装置,非电量保护装置构成。

高后备保护主要作为主变高压侧绕组发生故障时的保护。

低后备保护主要作为主变低压侧绕组发生故障时的保护。

非电量保护装置专门针对主变本体上的元件设置的保护,如瓦斯继电器,温度表,压力释放阀,当变压器本体发生故障时,本体保护元件会发相应的信号,提醒运行人员或使保护装置动作出口,切除故障。

(2)作为变压器主保护的差动保护,其可靠的动作性能,为变压器在故障时快速切除提供了可靠的保障。

差动保护由差动速断保护,比率制动保护构成。

当任一相差动电流大于差动速断定值时,差动速断瞬时动作,跳开各侧开关切除故障。

在实际的工程应用中由于变压器各侧TA性能、变比有差异以及各侧绕组连接组别的不同,差动回路存在不平衡电流,当系统发生区外故障时,保护装置容易发生误动。

采用比率差动保护三段折线动作特性后,既可以保证在区外故障不平衡电流最大时不发生误动,又能保证切除区内故障的灵敏性,保护动作特性曲线图如下图所示:

其中Ie为变压器额定电流,Icd为稳态比率差动启动定值,Isd为速断电流值,Id为差动电流,Ir为制动电流,K为比率制动系数整定值,保护采用三段式比率制动特性。

Id

 

变压器内部发生故障时,电源侧和负荷侧的电流都流向变压器,二次电流同时流入KD差动继电器,电流方向相同,幅值相同,即I2′与I2’′的和大于零,差动继电器动作出口跳闸。

目前应用的微机变压器保护装置,不需要KD差动继电器,计算机通过相位幅值与保护定值比较判断变压器故障情况。

在变压器正常运行时,I1′流向负荷侧即流向M,I2′的电流流向改为向指向变压器,即I2′与I2’′流入KD的方向相反。

他们的矢量和很小,所以差动继电器可靠不会动作。

(3)应用注意事项:

在实际工程应用中由于由于高压侧和低压侧的额定电流不同,所以在选择电流互感器变比时,要保证高低压侧二次电流一致。

差动保护动作原理图

2、线路光纤差动保护装置:

针对输电线路的独立保护装置,装置以分相差动和零序电流差动作为主保护,以零序电流保护,相间和接地距离或过流保护作为后备保护。

保护装置通过光缆连接两侧的保护装置,实现对线路的全线速动保护。

3、母线保护装置:

针对站内高压母线的专用保护装置,其主保护为比率制动式电流差动保护。

它的基本原理为母线在正常工作或其保护范围外故障时所有流入及流出母线的电流之和为零(即差动电流为零),而在母线内部发生故障时,所有流入及流出母线的电流之和不再是零(既差流不为零),保护装置通过差流计算可以准确的区分母线内部和外部故障,内部故障时可以准确的出口跳闸,避免事故的扩大。

4、10KV线路保护装置:

主要保护两段式复压过流保护,两段式定时限过流保护,过压保护,欠压保护。

(1)定时限过电流保护:

作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。

其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护,此保护不仅能保护本线路全长,且能保护相邻线路的全长。

(2)复压过流保护:

主要针对相间短路故障,也可作为相邻元件的后备保护。

复压由复合电压由低电压和负序电压构成,对过流保护进行可靠的闭锁,大大提高了保护动作的灵敏性。

变电站知识复习题

1、我国电力系统中性点接地方式有三种.分别是(B)。

A.直接接地方式、经消弧线圈接地方式和经大电抗器接地方式;B.直接接地方式、经消弧圈接地方式和不接地方式;C不接地方式、经消弧圈接地方式和经大电抗器接地方式

2.主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护是(C)。

A.辅助保护;B.异常运行保护;C.后备保护

3.60~110kV电压等级的设备不停电时的安全距离是(B)。

A.2.0m;B.1.5m;C.1.0m

4、在保护和测量仪表中,电流回路的导线截面不应小于(A)。

A.2.5mm2;B.4mm2;C.5mm2

5.直流母线电压不能过高或过低,允许范围一般是(C)。

A.±3%;B±5%;C.±10%

6.变压器的故障可分为内部故障(变压器油箱里面发生的各种故障)和外部故障(油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各类故障)。

(T)

7.变压器瓦斯保护是防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低的保护。

(T)

8、变压器励磁涌流含有大量的高次谐波分置,并以5次谐波为主。

(W)

9.对继电保护装置有哪些基本要求?

答:

根据继电保护装置在电力系统中所担负的任务,继电保护装置必须满足以下四个基本要求:

选择性、快速性、灵敏性、可靠性。

10.一般哪些保护与自动装置动作后应闭锁重合闸?

答:

母线差动保护、变压器差动保护、自动按频率减负荷装置、联切装置等动作跳闸后应闭锁相应的重合闸装置。

11.电力电容器为什么要装设失压保护?

答:

失压保护的作用是在电源电压消失时,能自动使电容器退出工作,以防止空载变压器带电容器重合闸时,损坏电容器和变压器。

12.我国电力系统中中性点接地方式有几种?

答:

我国电力系统中性点接地方式有三种:

①中性点直接接地方式;②中性点经消弧线圈接地方式;③中性点不接地方式。

13、向变电所的母线空充电操作时,有时出现误发接地信号,其原因是变电所内三相带电体对地电容量不等,造成中性点位移,产生较大的零序电压。

(√)

14、变压器中性点接地叫(A)。

(A)工作接地;(B)保护接地;(C)工作接零;(D)保护接零。

15、变压器油在变压器内主要起(A)作用。

(A)冷却和绝缘;(B)消弧;(C)润滑;(D)填补。

16、变压器油的闪点一般在(A)间。

(A)135~140℃;(B)-10~-45℃;(C)250~300℃;(D)300℃以上

17、变压器温度升高时,绝缘电阻测量值(B)。

(A)增大;(B)降低;(C)不变;(D)成比例增大。

18、电源频率增加一倍,变压器绕组的感应电动势(A)(电源电压不变为前提)。

(A)增加一倍;(B)不变;(C)是原来的1/2;(D)略有增加。

19、中性点不接地系统中单相金属性接地时,其他两相对地电压升高(B)。

(A)3倍;(B)1.732倍;(C)2倍;(D)1.414倍。

20、电流互感器铁心内的交变主磁通是由(C)产生的。

(A)一次绕组两端的电压;(B)二次绕组内通过的电流;(C)一次绕组内流过的电流;(D)二次绕组的端电压。

21、变压器铭牌上的额定容量是指(C)。

(A)有功功率;(B)无功功率;(C)视在功率;(D)平均功率。

22、互感器的二次绕组必须一端接地,其目的是(B)。

(A)防雷;(B)保护人身及设备的安全;(c)防鼠;(D)起牢固作用。

22、当发现变压器本体油的酸价(D)时,应及时更换净油器中的吸附剂。

(A)下降;(B)减小;(c)变小;(D)上升

24、变压器油中的(c)对油的绝缘强度影响最大。

(A)凝固点;(B)粘度;(c)水分;(D)硬度;

25、变压器油中含微量气泡会使油的绝缘强度(D)。

(A)不变;(B)升高;(C)增大;(D)下降。

35、高压电气设备预防试验常用兆欧表的额定电压是(C)V。

(A)500;(B)1000;(C)2500;(D)5000。

26、兆欧表的L端子应接于被试设备的高压导体上;E端子应接于(B)。

(A)被试设备的高压导体上;(B)被试设备的外壳或接地;(C)试验时需要要屏蔽的电极;(D)相线上。

27、要测量380V的交流电动机绝缘电阻,应选额定电压为(B)的绝缘电阻表。

(A)250V;(B)500V;(C)1000V;(D)1500V。

28.按继电保护的要求,一般对电流互感器作哪几项试验?

答:

(1)绝缘检查

(2)测试互感器各线圈的极性(3)变流比试验(4)伏安特性试验

(5)二次负荷测定,检查电流互感器二次回路的接地点与接地状况。

29.继电保护装置的检验一般可分为哪三种?

答:

1)新安装装置的验收检验;2)运行中装置的定期检验;3)运行中装置的补充检验;

30.在电气设备上工作,保证安全的组织措施有哪些?

答:

⑴工作票制度⑵工作许可制度⑶工作监护制度⑷工作间断、转移和终结制度。

31.10KV及以下、35KV、110KV和220KV设备不停电时的安全距离分别是多少?

答:

10KV为0.70m35KV为1.00m110KV为1.50m220KV为3.00m。

32.对继电保护装置有哪些基本要求?

答:

根据继电保护装置在电力系统中所担负的任务,继电保护装置必须满足以下四个基本要求:

选择性、快速性、灵敏性、可靠性。

33.什么是电气一次设备和一次回路?

什么是电气二次设备和二次回路?

答:

一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高压电气设备。

它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

由一次设备相互连接,构成发电、输电、配电或进行其它生产的电气回路称为一次回路或一次接线系统。

 二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。

如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。

由二次设备相互连接,构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。

35、试述电力生产的几个主要环节。

答:

发电厂、变电所、输电线。

37、什么是瓦斯保护?

有哪些优缺点?

答:

(1)当变压器内部发生故障时,变压器油将分解出大量气体,利用这种气体动作的保护装置称瓦斯保护

38、小接地电流系统发生单相接地时,故障相和非故障相电压有何变化?

答:

若为金属性接地,故障相电压为零,非故障相电压上升为线电压。

39、变压器通常装设哪些保护装置?

答:

变压器通常装设的保护有:

瓦斯保护、电流速断保护、纵差保护、复合电压起动的过流保护、负序电流保护、零序电流保护、过负荷保护。

40、在高压设备上工作,必须遵守什么?

答:

在高压设备上工作,必须遵守下列各项:

(1)填写工作票或口头、电话命令。

(2)至少有两人一起工作。

(3)完成保证工作人员安全的组织措施和技术措施。

41检查二次回路的绝缘电阻应使用多少伏的摇表?

答:

检查二次回路的绝缘电阻应使用1000V的摇表。

43.变压器的瓦斯保护,在运行中应注意哪些问题?

答:

瓦斯继电器接线端子处不应渗油,端子盒应能防止雨、雪和灰尘的侵入,电源及其二次回路要有防水、防油和防冻的措施,并要在春秋二季进行防水、防油和防冻检查。

44、电气设备的运行状态有哪几种?

答:

有四种:

(1)运行。

(2)热状态备用中。

(3)冷状态备用中。

(4)检修中。

45、什么叫一次设备?

答:

一次设备是指直接生产、变换、传输电能的设备,如发电机、变压器、母线、断路器、输配电装置等。

判断题:

46、变压器气体继电器的安装,要求变压器顶盖沿气体继电器方向与水平面具有1%~1.5%的升高坡度(√)

47、高压开关在断开位置时,位置信号灯(B)。

(A)红灯亮;(B)绿灯亮;(C)红灯闪;(D)绿灯闪。

48、快速切除线路任意一点故障的主保护是(A)。

(A)距离保护;(B)零序电流保护;(C)纵联保护;(D)过流保护。

49断路器的开断容量应根据(D)选择。

(A)发电机的容量;(B)变压器的容量;

(C)运行中的最大负荷;(D)安装地点可能出现的最大短路电流。

50、高压设备发生接地时,为了防止跨步电压触电,在室外不得接近故障点(C)以内。

(A)3m;(B)5m;(C)8m;(D)10m。

51、电流互感器二次绕组严禁(D)。

(A)负载是感性的;(B)短路运行;(C)负载是容性的;(D)开路运行。

52、变压器的接线组别Y,d11是代表(B)。

(A)一、二次线电压相位差;(B)一、二次电流相位差;

(C)铁芯与绕组的角度差;(D)以上都不对。

53、在三相电路中,功率因数角是指(D)。

(A)线电压和线电流之间的夹角;(B)线电压和相电流之间的夹角;

(C)相电压和线电流之间的夹角;(D)相电压和相电流之间的夹角。

54、变压器的主保护通常采用(A)。

(A)气体保护、差动保护;(B)差动保护、过流保护;

(C)过流保护、过压保护;(D)过压保护、气体保护

55、变压

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