华电芜湖电厂2660MW超超临界机组设计说明0821.docx
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华电芜湖电厂2660MW超超临界机组设计说明0821
华电芜湖电厂一期2×660MW超超临界机组DCS系统应用软件
设计说明设计说明
设计说明
(审核稿)
西安热工研究院有限公司
二○○七年七月
1.数据采集系统(DAS)
设计说明
芜湖电厂2×660MW机组DAS系统包括机、炉、电数据采集、流程图等几个部分。
在机组启停、正常运行以及事故工况等过程中,DAS为运行人员提供主要的设备操作接口以及监视记录手段,运行人员可从DAS中获得大量实时的或经过处理的机组信息,在DAS画面中直接对机组的绝大多数设备进行操作,并在需要的情况下可获得各种操作指导或操作帮助等信息。
1.1DAS系统的硬件组成及现场采集信号的处理
1.1.1DAS系统的硬件组成
DAS系统没有配置单独的控制处理器,而是将相关测点分配在MCS、SCS、FSSS、ECS各系统中。
1.1.2现场数据采集信号的处理
对于DAS系统现场采集信号的处理过程来讲,保证各种采集数据的实时性、正确性、准确性以及安全性是非常重要的,它是实现机组安全高效运行的基础。
从现场采集到的各种开关量和模拟量在进入计算机系统以前要相应的进行如下预处理过程:
1)模拟量正确性判断
2)数字滤波
3)参数补偿
4)非线性校正
5)工程量单位变换
6)开关量接点有效性检查
7)脉冲量输入累积
DAS系统的信号采集及处理过程充分利用PGP系统软硬件的高效性和安全性,经过合理的组态,使最终进入DCS系统的各种信号和参数满足各方面的性能指标要求。
1.2DAS画面显示
DAS画面显示分为
流程图显示,操作窗口显示,成组显示等几类画面。
1.2.1流程图画面结构
DAS流程画面的结构是这样的:
最上面一行为主要画面“快捷按键”区及机组主要参数区;中间部分为流程图画面显示区;最下面是进入帮助画面的“快捷按键”区及进入相关DAS画面的“快捷按键”区。
流程图顶部为所有画面统一的菜单条,包括主要画面“快捷按键”区及机组主要参数区;包括机组总貌、协调控制、锅炉风烟系统、机组汽水系统、凝结水系统、汽温调节系统、总菜单等的“快捷按键”,以及机组负荷、主汽压力、总风量、水煤比等主要参数的显示。
用户单击各快捷按键,会弹出各相关显示画面。
流程图中部是主画面区,其特点和内容将在后面介绍。
流程图左下部是进入帮助画面或程控画面的“快捷按键”区。
如果在本流程图显示出来的设备有程控操作,则在画面左下部显示有进入程控操作窗口画面的“快捷按键”。
流程图右下部是进入相关画面的快捷按键。
1.2.2流程图画面分类
流程画面分为锅炉画面、汽机画面、电气画面三部分。
由总菜单可切换到具体的流程图画面中。
另外还有机组总貌图和机组协调的画面。
1.2.2.1锅炉部分流程画面(包括FSSS)
编号
名称
00
机组汽水系统
01
锅炉水冷壁及启动系统
02
汽温调节系统
03
锅炉疏水放气系统
04
锅炉风烟系统
05
一次风机、密封风机系统
06
送风机、引风机系统
07
炉膛风箱系统
08
炉膛烟气系统
09
等离子系统
10
一次风机本体及油系统
11
送风机本体及油系统
12
引风机本体及油系统
13
空预器油系统
14
磨煤机制粉系统
15
A制粉系统
16
B制粉系统
17
C制粉系统
18
D制粉系统
19
E制粉系统
20
F制粉系统
21
磨煤机润滑油系统
22
锅炉燃油系统
23
炉膛吹扫系统
24
锅炉本体温度
25
吹灰系统
26
脉冲吹灰系统
1.2.2.2汽机部分流程画面显示
编号
名称
01
高低压旁路系统
02
辅助蒸汽系统
03
汽机高加抽汽、疏水系统
04
汽机低加抽汽、疏水系统
05
汽机轴封系统
06
凝结水系统
07
开式循环冷却水系统
08
闭式循环冷却水系统
(一)
09
闭式循环冷却水系统
(二)
10
给水系统
11
电动给水泵系统
12
A汽动给水泵本体
13
B汽动给水泵本体
14
给水泵汽机供汽、疏水系统
15
汽机润滑油系统
16
汽机油净化系统
17
EH油系统
18
发电机密封油系统
19
发电机氢系统
20
发电机定子冷却水系统
21
发电机本体温度
22
汽机抽真空系统
23
汽机TSI系统
24
混床单元
25
给水泵汽机安全监视系统
1.2.2.3电气系统流程画面
编号
名称
01
#1发变组系统
02
#1机组厂用电系统
03
#1机组380V厂用保安系统
04
#1机发电机励磁系统
05
#1机直流110V系统
06
#1、2机直流220V系统
07
#1机UPSA系统
08
#1机UPSB系统
09
公用厂用电接线
1.2.2.4公用系统流程画面
编号
名称
01
空气压缩机系统
02
燃油泵房系统
03
循环水泵房系统
1.2.3显示及操作说明
系统的各流程画面的静态部分按如下规定着色:
蒸汽管道红色
水管道绿色
风烟管道天蓝色
燃油管道黄色
煤粉管道褐色
氢管天蓝色
500KV兰色
20kV梨黄色
6kV深蓝色
380V黄褐色
UPS朱红色
直流灰白色
主画面上过程参数、阀门、电机等设备分别用红、绿、黄等颜色代表不同的状态,如下所列:
1)模拟量的显示:
●正常值为绿色平光
●当前值处于报警范围,运行员没有确认报警,为黄色闪光
●当前值处于报警范围,运行员已经确认报警,为黄色平光
●曾经有报警,但当前值在正常范围内,运行员一直没有确认,为绿色闪光,一旦确认后恢复正常颜色
●测点坏质量为紫色
2)电动门的显示:
●电动门全开为红色平光
●电动门正在开过程为红色闪烁
●电动门全关为绿色平光
●电动门正在关过程为绿色闪烁
●状态不对位为黄色
●开到位、关到位反馈均来或均不来为白色
●就地故障为蓝色
●当挂牌时在本设备图标上面显示不允许图符
●实验位时设备旁边显示小手图标
,实验位由热工来置位和复位
3)调门的显示:
●手动为兰色
●自动为粉色
●调门全开为红色
●调门全关为绿色
4)电机的显示
●电机运行为红色
●电机停止为绿色
●状态不对位为黄色
●运行、停止反馈均来或均不来为白色
●异常跳闸(不是DCS发指令电机停止)为绿色闪烁,此时必须要用停按钮来复位此信号,否则不允许操作,此时的停按钮只起复位作用。
●当挂牌时在本设备图标上面显示不允许图符
●实验位时设备旁边显示小手图标
,实验位由热工来置位和复位
5)电气开关的显示:
●开关合闸为红色
●开关分闸为绿色
●状态不对位为黄色
●已合、已分反馈均来或均不来为白色
●异常分闸(不是DCS发指令开关分闸)为绿色闪烁,此时必须要用分按钮来复位此信号,否则不允许操作,此时的分按钮只起复位作用。
●当挂牌时在本设备图标上面显示不允许图符
●实验位时设备旁边显示小手图标
,实验位由热工来置位和复位
1.2.4操作面板详细说明
1.2.4.1设备操作面板
设备操作面板如下图所示:
设备操作面板共分为4个区域:
1.说明区:
设备名称描述;
2.报警信息区:
黑色背景框,里面显示系统报警、系统禁操图符、实验位、设备操作的允许条件等。
对阀门来说,若在开位置,关允许条件不满足,或在关位置,开允许条件不满足,则显示“禁操”提示,说明此时不允许操作;
3.操作区:
设备进行启/停(开/关、合/分)操作,并指示设备状态;
4.系统区:
最下面的按钮是系统的操作,和运行员没有关系。
操作区可以对设备进行操作。
按钮右边文字为该设备的状态指示,当阀门已开、电机运行、电气开关在合位时,分别显示“已开、运行、合闸”;当阀门已关、电机停止、电气开关在分位时,分别显示“已关、停止、分闸”。
1.2.4.2备用操作面板
备用操作面板如下图所示:
在此面板中,按钮“投备用”、“切备用”分别是针对单台设备的备用投切按钮。
若对该设备投备用,点“投备用”按钮即可,设备在备用的情况下,要切除备用,点“切备用”按钮即可;投备用按钮右边显示投备用的条件是否满足,满足则显示“允许”,不满足则显示“不允许”。
对于一投一备的设备,若设备A在备用,设备B投上备用后自动切除设备A的备用;投上备用的设备运行后自动切除该设备的备用;运行中的设备不能投上备用。
1.2.4.3挂牌操作面板
设备挂牌时,将鼠标移到设备图标区域,单击鼠标右键,出现快捷菜单,如下图所示:
其中快捷菜单中的第二项最后是“:
T”。
选择菜单中最下面的“Control”,弹出设备挂牌操作面板,如下图所示:
在此面板中,“挂牌”按钮是给设备挂牌,“摘牌”按钮是给设备摘牌。
设备挂牌后流程画面上设备的图符上显示不允许图标
。
1.2.4.3程控操作说明
程控操作面板如下图所示:
该操作面板显示当前程控的工作模式,有“自动”和“手动”模式,在“手动”模式下,程控才能开始启动,一旦程控启动自动将模式置为“自动”,并且可以连续执行,当前步执行完后自动进行下一步,直至程控完成。
在程控进行过程中,运行员可以随时将程控的工作模式切到“手动”,在“手动”模式下,当前步执行成功后,且程控不在故障情况下,此时程控会自动跳到下一步,然后等待运行员确认,是否进行,若运行员要执行该步,将模式切到“自动”即可;若不想继续进行,按“停止”按钮,程控将结束进行。
上图中还显示有程控当前执行的步数和当前步所剩余的时间,该时间为倒计时,计时到0后,程控就进入故障模式,自动切到“手动”,然后停在当前步,若该步完成的条件成立后,此时程控会自动跳到下一步,然后等待运行员确认,是否进行,若运行员要执行该步,将模式切到“自动”即可;若不想继续进行,按“停止”按钮,程控将结束进行。
当程控完成时,画面会显示“完成”标志,一段时间后自动消失。
程控画面如上图所示,其中方框中的内容是每步的指令(可由多条),下面的内容是其反馈条件,每个反馈条件成立后其左边会出现红色对勾,表示该条件满足,所有条件满足后说明该步完成。
程控在进行中,当前步的指令文字周围的方框会闪烁,表明程控正在进行哪一步。
1.2.5画面图标说明
1.启动允许
启动允许:
条件满足时,所列条件前的圆形指示灯○为红色,否则为灰色;
2.首出
●
跳闸条件不存在时,显示,背景框为绿色;
●
跳闸条件存在时,显示,背景框为红色;
●
跳闸条件为首出时,显示,背景框根据跳闸条件目前是否存在显示相应的颜色;
3.软光字报警:
光字牌如上图,各种状态表示:
●报警信号产生时,光字牌红色闪烁;
●经过报警确认,报警信号仍然存在时,光字牌红色平光;
●曾经有报警,但当前无报警,一直未经过报警确认,光字牌绿色闪烁;
●经过报警确认,报警信号消失时,光字牌恢复为绿色平光;
●无报警时,光字牌绿色平光;
4.备用状态
当设备处于备用状态时,设备旁边的“备用”按钮显示红色指示,否则显示灰色。
2.模拟量控制系统(MCS)
系统说明
本机组模拟量控制系统的锅炉控制部分,基本上按照日本三菱公司推荐的控制原理图设计,其中个别地方根据华电芜湖电厂的设备配置作了改动。
本说明对华电芜湖电厂600MW超超临界机组模拟量控制的大部分控制系统给与了较为详细的文字说明,有些特别简单的单回路控制系统,由于数量较多且控制原理简单而类同,所以文字说明从略。
2.1机炉协调控制
2.1.1机组运行方式
机炉协调控制设计用来根据机组运行工况形成下面所列的适当的锅炉和汽机指令。
.锅炉输入指令
.汽机主控指令
.锅炉输入变化率指令
这些指令间的关系完全取决于选择的运行方式。
.机炉协调控制方式(CC)
.锅炉跟踪控制方式(BF)
.锅炉输入控制方式(BI):
包括汽机跟踪方式
.锅炉手动控制方式(BH):
包括汽机跟踪方式
机炉协调控制(CC)方式:
这是机组正常运行方式。
机组负荷指令(就是功率需求)同时送给锅炉和汽机,以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配。
汽机调速汽门控制将直接响应机组负荷指令,锅炉输入指令将根据经主蒸汽压力偏差修正的机组负荷指令形成。
在这种方式下机组能稳定地运行,因为汽机调门能快速响应负荷需求指令并且锅炉负荷指令也会快速地改变。
这种控制方式可以尽可能地满足电网的需求(负荷需求指令来自AGC或由运行人员手动设定)。
机炉协调控制(CC)运行方式的投入,不仅要把锅炉输入控制和汽机主控投入自动,而且还要把所有的主要控制回路投入自动控制方式,例如给水控制、燃料量控制、风量控制和炉膛压力控制。
下面所述的其它运行方式采用不同的控制策略,因为这时中调来的或运行人员设定的机组负荷指令是无效的,只能由锅炉侧或者汽机侧控制主汽压力,而另外一侧处于手动方式,无法同时协调汽机侧和锅炉侧的指令。
锅炉跟踪控制(BF)方式:
汽机主控在机炉协调控制方式运行期间切换到手动时,运行方式就会从CC方式切换到BF方式。
在这种运行方式下,机组负荷通过操作人员手动改变汽机主控输出来改变。
在“锅炉输入控制自动”和“汽机主控手动”条件下,根据用实际负荷信号修正的主蒸汽压力偏差自动地设定去锅炉的需求指令,负荷指令信号跟踪实际的负荷信号。
锅炉输入控制(BI)方式:
在这种运行方式下,锅炉的输入指令是由操作人员手动操作给出的。
这意味着机组负荷的改变是由操作人员通过锅炉输入控制来完成的。
在“锅炉输入控制手动”和“汽机主控自动”的条件下,根据主蒸汽压力偏差自动地设置去汽机调门的控制指令。
在这种运行方式下,由于直接调整锅炉的输入,机组运行将会比较稳定,但对机组负荷要求的快速反应这方面却不如机炉协调控制(CC)和锅炉跟踪(BF)方式。
在这种方式下,负荷指令信号跟踪实际的负荷信号。
当发生辅机故障快速减负荷(RB)时,会自动地选择锅炉输入控制方式。
锅炉手动控制(BH)方式
在机组启动和停止期间使用这种方式。
当在干态方式运行期间给水控制切换到手动时,或在湿态方式运行期间燃料量控制切换到手动时,会自动的地选择这种方式。
在这种运行方式下,机组负荷是不受控的。
如果汽机主控处于自动方式,那么汽机调门将控制主蒸汽压力。
2.1.2机组主控
机组给定负荷信号受所允许的负荷范围以及负荷变化率限制。
负荷变化率可以由运行人员手动设定或根据目标负荷自动设定。
目标负荷设定
在机炉协调控制方式下,机组的目标负荷可以由运行人员手动设定,也可以接受中调来的负荷指令信号。
如果机组不在机炉协调控制方式下,目标负荷跟踪实际的负荷信号。
在不接受中调指令时,目标负荷可在机炉协调画面的目标负荷设定区设定,也可以在该画面上投入ADS方式接受中调来的指令。
负荷变化率设定
为了防止目标负荷出现阶跃变化对控制系统的冲击,控制系统中设计了负荷变化率限制。
负荷变化率可以手动设定,也可以自动设定。
在自动方式时,根据机组给定负荷或者锅炉输入指令自动给出机组的负荷变化率。
在手动方式时,负荷变化率可在机炉协调画面的负荷变化率设定区设定。
频率偏置
频率偏差信号加到机组给定负荷回路,以便和汽机本身的一次调频功能相适应。
一次调频功能有一个不灵敏区,当电网频率在该不灵敏区波动时,如果汽机本身的一次调频功能改变了机组负荷,锅炉侧控制系统将把负荷重新拉回到原来值。
频率偏置只有在CC方式才能起作用。
另外加入了主汽压力设定值对机组参与电网一次调频的积极程度进行干预。
为了防止对锅炉输入控制指令的影响以及为了保证锅炉在安全范围之内运行,频率偏置回路还设计了最大、最小限制回路和速率限制功能。
为了运行更为灵活,频率偏置功能设计了可由运行人员决定的投入和退出按钮。
机组负荷上限、下限
设计了机组负荷的上限和下限,只有在CC方式才可由运行人员设定机组负荷的上限和下限,机组目标负荷经上限和下限限制后形成机组给定负荷指令。
机组负荷禁增、禁降
设计机组负荷的禁增禁降功能是为了维持机组的稳定运行并作为机组控制系统的保护手段之一。
当机组运行在CC方式时,某些重要的子控制回路如汽机调门、给水、燃料或风量达到其控制范围的边界状态,机组将不能连续的稳定运行。
当出现机组禁增或禁降条件时,相应方向的负荷变化率将强制切换到零,这时机组负荷只允许单方向变化。
如果相应的重要子控制回路重新回到控制范围,该项限制不起作用。
2.1.3汽机主控
机组运行在CC方式下时,汽机主控接受机组主控系统来的机组给定负荷信号控制发电机有功功率,所以机组实际负荷将和给定负荷相等。
机组运行在CC方式下,如果主汽压力偏差超过控制系统内部预先设定的数值时,汽机主控将不再控制机组负荷,转而控制主蒸汽压力以便维持汽机输出和锅炉输入相匹配,即称为汽机调门的超驰控制。
汽机主控在CC方式下使用的控制机组功率的PI控制器和在BI或BH方式下可能使用的控制主蒸汽压力的PI控制器分别单独设计,以便改善调节品质。
汽机主控考虑了随机组负荷不同的变参数功能。
采用主蒸汽压力偏差校正实际负荷,并对汽机调门给出某种限制。
通过增加这些功能,可以防止汽机调门的快速变化并使得机组可能快速适应负荷要求。
2.1.4锅炉主控
锅炉输入指令信号在CC方式下由机组给定负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成,在BF方式下由机组实际负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成。
在BI方式下,锅炉输入指令信号可以由运行人员在锅炉主控操作器上手动输入。
当发生机组RUNBACK工况时,锅炉输入指令信号将根据预先设定的RUNBACK目标值和RUNBACK速率强制下降。
在BH方式下,锅炉输入指令在干态运行时跟踪给水流量信号(转换成MW单位),在湿态运行时跟踪实际负荷信号。
2.1.5主蒸汽压力控制
通过下述两种方法自动给出主蒸汽压力的滑压设定值:
a)在CC方式下根据机组负荷指令信号
b)在非CC方式下根据锅炉输入指令信号
在主蒸汽压力设定值手动设定允许时,也可以由运行人员改变主蒸汽压力设定值。
在主蒸汽压力设定值回路中设计了一个相应于锅炉时间常数的惯性环节,这是由于锅炉时间常数的影响,使得当锅炉输入指令变化时主蒸汽压力的响应有一个滞后。
如果没有这个环节,将有可能引起汽机调门的超驰控制,进而引起限制机组负荷。
2.1.6锅炉输入变化率指令
在不同负荷下锅炉输入的静态平衡是由相应的子控制回路的指令信号维持的,如给水、燃料和风量指令信号。
但是在负荷变动时,仅有这些是不够的。
考虑到锅炉的动态平衡,锅炉输入变化率指令根据相应子控制回路单独产生,并作为前馈信号加到相应的指令信号上。
该前馈信号可根据机组负荷上升和下降单独调节信号的强弱。
由于锅炉要富氧燃烧,对风量控制子回路,前馈信号总是增加的方向。
2.1.7湿态/干态切换
作为超临界锅炉的特点,有两种运行方式。
它们的分界点大约在锅炉产生的蒸汽流量等于锅炉最小给水流量的工况点上。
如果锅炉产生的蒸汽流量小于锅炉最小给水流量,即称为“湿态方式”,如果锅炉产生的蒸汽流量大于锅炉最小给水流量,即称为“干态方式”。
湿态运行方式可以被看作一个汽包锅炉。
当然,随着锅炉运行方式的不同,控制策略也会不同。
大体上,可以根据机组负荷指令来判断锅炉运行方式的切换。
当锅炉由湿态方式切换到干态方式时,汽水分离器储水箱液位也被用作一个切换条件。
2.1.8RUNBACK
RUNBACK(RB)功能设计用在下述工况上:
如果在机组正常运行时出现锅炉或汽机重要辅机事故跳闸的工况,锅炉输入指令将会按照预先设定的速率快速下降,下降速率根据跳闸辅机的种类不同而有所不同。
如果不作上述处理,机组将不能继续稳定运行。
锅炉输入指令将一直下降到剩余运行辅机所能允许的负荷水平为止。
为了达到锅炉输入指令快速下降的目的,锅炉侧的相应子控制回路均应在自动控制方式,这些子控制回路包括给水、燃料量、送风和炉膛压力。
此外,为了达到快速稳定压力控制以防止由于锅炉输入指令变化造成主蒸汽压力波动的目的,还需要使汽机主控处于自动运行方式。
RB发生后,锅炉输入指令将在锅炉输入方式下以预先设定的目标值和变化率来减少,这时机炉协调控制方式将退出。
本工程现在设计的RB考虑了以下辅机:
送风机、引风机、一次风机、空预器和给水泵。
2.1.9交叉限制功能
所谓交叉限制功能,就是指在诸如给水、燃料和风量的每个流量需求指令上加上一些限制,以确保这些参数之间的不平衡在任何工况下都不会超出最大允许的限值。
这些功能只有在相应的回路运行在自动方式下才有效。
—由燃料量给出给水流量指令的最大和最小限制
-由给水流量给出燃料量指令的最大限制
-由总风量给出燃料量指令的最大限制
-由燃料量给出总风量指令的最小限制
2.1.10协调控制回路的总体说明
协调控制回路使用目标负荷与机组实际负荷相比较。
目标负荷信号通常由操作人员手动给出,或来自于电网调度指令。
这个目标负荷信号通过一个速率限制器,该速率限制器根据预先设定的限值来限制目标负荷的变化率。
如果目标负荷的变化率率小于所选定的限制率,目标负荷将不受限制地向后传递。
如果目标负荷的变化率率大于所选定的限制率,目标负荷将只能以该速率限制器所选定的最大变化率向后传递。
然后,该目标负荷信号被送到一个加法器中。
在这个加法器上,给目标负荷加上一个频率偏差信号,以补偿系统频率偏差。
然后两个信号的和通过“负荷限制器”的选择器(高值和低值选择器)。
“负荷限制器”的输出信号就是所谓的“机组给定负荷”。
机组给定负荷信号然后分配给汽机主控和锅炉主控。
去汽机主控的机组给定负荷信号用于和机组发出的实际功率相比较的负荷设定值。
将主蒸汽压力的偏差信号加到所产生功率信号以补偿主蒸汽压力的偏差。
来自加法器的输出信号就是所谓的修正的功率指令。
在协调控制方式下,减法器送出一个代表期望值与实际(修正过的)负荷之间差的误差信号(功率控制信号)给汽机电液调速器。
去汽机电液调速器的功率控制信号通过高、低选择器。
在正常运行下,功率控制信号直通这些选择器到达PI调节器,调节器输出信号送给汽机电液调速器。
然而,当主蒸汽压力的偏差过大时,高、低值选择器就会闭锁功率控制信号通过,而允许由主蒸汽压力偏差信号取而代之发送给电液调速器。
在这些条件下,电液调速器中断了功率控制而改为主蒸汽压力控制。
在高值选择器逻辑里,减法器在协调控制方式下从主蒸汽压力的偏差信号里减掉一个7bar信号。
在低值选择器逻辑里,加法器在协调控制方式下在主蒸汽压力的偏差信号上加上一个7bar信号。
当选择锅炉输入(BI)或锅炉手动(BM)方式时,汽机主控将由另一个PI压力调节器来控制主蒸汽压力,这个PI调节器和汽机侧功率PI调节器是分开的。
去锅炉输入控制的机组给定负荷信号被送到一个加法器,在那里加上主蒸汽压力的校正信号,然后通过RB切换器送到诸如给水、燃料量、炉膛压力等相关的锅炉子控制回路。
2.2给水控制
2.2.1给水控制
给水控制的目的是控制总给水流量,以满足当前锅炉输入指令。
总给水流量在省煤器入口测量。
基于锅炉输入指令的给水流量指令受到总燃料量的交叉限制,以保证调节过程产生的不
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