长沙理工大学发电厂电气部分作业.docx
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长沙理工大学发电厂电气部分作业
[1]简述我国电力工业的发电机组发展历程。
2000年总装机容量突破3亿千瓦;
2004年6月全国装机已突破4亿kW;
2004年全国装机只有76.4万千瓦;
2003年,中国水电装机达9490万千瓦;
2009年,全国发电设备容量87407万千瓦。
其中,水电19679万千瓦,占总容量22.51%;火电65205万千瓦,占总容量74.60%。
2011年新增电力装机9041万kW,全国电力总装机达到10.56亿kW。
其中,水电装机
到2.3亿kW;风电并网容量新增1600万kW,年发电量800亿kWh,同比增长60%
以上;光伏发电增长强劲,装机容量达到300万kW,比上年增加3倍以上。
2012年我国发电装机容量为11.4亿千瓦,与美国基本持平
2013年全国发电设备容量将达到12.3亿千瓦左右,超过美国。
其中可再生能源3.6亿千
瓦,火电8.6亿千瓦,核电1461万千瓦。
[9]电气主接线的定义是什么?
其基本原则是什么?
答:
定义:
电气主接线又称为电气一次接线,他是将电气设备以规定的图形和文字符号,按电能生产,传输,分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。
主接线代表了发电厂或变电站高电压,大电流的电气部分主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分。
基本要求:
(1)可靠性。
安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本的要求;
(2)灵活性。
电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。
(3)经济性。
在设计主接线时,主要矛盾旺旺发生在可靠性与经济性之间。
在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
[11]什么是配电装置?
配电装置按安装地点分为哪几类?
按安装方式分哪几类?
各有什么优缺点?
1.根据电气主接线的要求,由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体即为配电装置;
2.可分为屋内式和屋外式配电装置两大类;
发电厂和变电站的屋内配电装置,按其布置形式不同,一般可分为单层式、二层式和三层式。
(1)单层式是将所有电气设备布置在一层建筑中,适用于线路无电抗器的情况。
单层式占地面积较大,如容量不太大,通常采用成套开关柜,以减少占地面积。
(2)二层式是将母线、母线隔离开关等较轻设备放在第二层,将电抗器、断路器等较重设备布置在底层,与单层式相比占地面积小,价较高。
(3)三层式是将所有电气设备依其轻重分别布置在三层建筑物中,具有安全可靠性高占地面积小等特点,但结构复杂,施工时间长,造价较高,检修和运行不大方便。
屋外配电装置分类根据电气设备和母线布置的高度,屋外配电装置可分为
中型、半高型和高型等三类。
屋外配电装置的特点中型配电装置是将所有电器都安装在同一水平面内,布置比较清晰,不易误操作,运行可靠,施工和维护方便,占地面积过大。
高和半高型均是将两组母线及母线隔离开关上下重叠布置的配电装置。
与中型相比能够节省土地约30%~50%,但维修不方便,投资较大。
[21]导体发热有那些危害?
短路发热有何特点?
怎样利用A=f曲线计算短路最高温升?
1.危害①使绝缘材料的绝缘性能降低。
②使金属材料的机械强度下降。
③使导体接触部分的接触电阻增加。
2.短路的特点是电流大、电压低。
电流大的结果是产生强大的电动力和发热,
它有以下几点危害:
A.定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用。
B.转子轴受到很大的电磁力的作用。
C.引起定子绕组和转子绕组发热。
[29]简述熔断器的灭弧原理,在短路或过载情况下,其熔件熔断的过程有何区别?
答:
熔断器的工作原理是:
熔断器串联接入被保护电路中,在正常工作情况下,由于通过熔体的电流较小,熔体温度虽然上升,但不会熔化,电路可靠接通;当电路发生过负荷或短路,电流增大时,熔体温度上升超过熔点而熔断并迅速熄灭电弧,切断电路。
过载电流比额定电流大,但比短路电流小得多,引起熔体熔断的时间较长,在小截面处积聚热量多,故多在小截面处熔断,且熔断口较短。
短路电流比过载电流大得多,熔体熔断较快,熔断断口较长,甚至大截面部位也全部熔完。
[31]简述母线的作用、分类和基本结构。
母线是如何实现绝缘的?
采用多条矩形母线时,每相母线为什么最多不超过三条。
1.母线的作用是汇集、分配和传送电能。
由于母线在运行中,有巨大的电能通过,短路时,承受着很大的发热和电动力效应,因此,必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。
硬母线:
包括矩形母线、圆形母线、管形母线等。
软母线:
包括铝绞线、铜绞线、钢芯铝绞线、扩径空心导线等。
封闭母线:
包括共箱母线、分相母线等。
2.母线利用母线槽实现绝缘。
3.每相条数增加时,因散热条件差及集肤效应和邻近效应影响,允许载流量并不成正比增加,当每相有3条及以上时,电流并不在条间平均分配。
所以多条矩形母线时每相最好不超过3条。
[39]说明高压断路器的型号意义?
答:
以SN10-10/600-350为例:
第一个字母S代表高压断路器的型式:
S代表少油,D代表多油,K代表压缩空气,Z代表真空,L代表SF6,F代表SF6封闭式;
第二个字母N代表代表安装地点:
N代表室内,W代表户外;
第一个数字10代表产品设计序号;
第二个数字10代表额定电压,单位KV;
第三个数字600代表额定电流,单位A;
第四个数字350代表额定开断容量,单位KVA。
[41]简述电磁式电压互感器的工作原理与工作特点。
1.一次、二次线圈通过铁芯电磁感应,将高电压变换成标准低电压(100;100/3;V),供计量及保护用。
PT入端阻抗为电抗(感抗性质)。
电网的所有元件中,入端阻抗为容抗(XC)性质的有:
输电线对地电容;耦合电容器;断路器断口的并联电容及电容式电压互感器(以下简称CVT)。
入端阻抗为感抗(XL)性质的有:
PT、变压器及电抗器。
当电网正常操作(断路器投切)出现的操作过电压或大气过电压时,电网会因铁磁谐振(电网中容抗与感抗相等)而烧毁电网的某些元件(例:
PT)。
由于变压器和电抗器在工作电压及过电压时其产品处于铁芯饱和状态,产品的入端阻抗值基本不变,而PT在电网电压改变时自身的感抗值可能会与电网的容抗值相等发生铁磁谐振烧毁PT。
所以,在电网中所有的元件中,仅要求PT应避免铁磁谐振的发生。
2.PT准确度不受外界因素(环境及运行温度、电源频率、环境污染)的影响,其误差值是稳定的;一次与二次变换是瞬间发生的,无暂态响应问题(PT为电抗元件,不是储能元件);存在铁磁谐振问题(PT的入端阻抗可能会因电网过电压使其与电网容抗相等)可能烧坏PT。
[51]什么是电气主接线?
对电气主接线应有哪些基本要求?
1.电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
2.对电气主接线的要求有:
3.
(1)具有供电的可靠性。
4.
(2)具有运行上的安全性和灵活性。
5.(3)简单、操作方便。
6.(4)具有建设及运行的经济性。
7.(5)应考虑将来扩建的可能性。
[69].常用电源和备用电源有哪几种接线方式?
如何提高工作电源和备用电源的可靠性?
常用电源分为三类:
工作电源:
保证发电厂、变压器正常运行时的基本电源,一般不少于两个工作电源:
长用备用电源和起动电源:
当厂用电源事故或检修时,起后备作用的电源:
事故保安电源:
采用蓄电池组、柴油发电机、可靠外部独立电源
工作电源接线方式
1.当有发电机电压母线时,高压厂用工作电源由各母线段引起供接在该段母线上的机组的厂用电负荷。
2.当有发电机母线时,高压厂用做工作电源由各母线段引接,供接在该段母线上的机组的厂用负荷。
[71]
何谓电动机的自启动?
哪类电动机运行中应保证可靠自启动?
答:
1)电动机的自启动当电源突然消失或厂用电压降低时,一些重要机械的电动机并不立即断开,电动机转速就会下降(称为惰行),甚至停转,若在很短时一般在(一般为0.5--1.5s).s内,厂用电压又恢复或备用电源自动投入,电动机从惰行又自动启动恢复到稳定运转状态,这一过程称为电动机的自启动。
大型电动机以及大容量,或者切除对系统影响大的或者产生过电压过热的电动机。
[79].SF6封闭式组合电器与其他类型配电装置相比,具有哪些特点
答:
SF6全封闭组合电气的主要特点是占地面积小、占用空间少、运行可靠性高,维护工作量小,检修周期长,不受外界环境条件的影响,无静电感应和电晕干扰,噪声水平低,抗震性能好,舒适性强。
[91]选择电流互感器的条件是什么?
答:
1、电流互感器的额定电压Ue应大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压Ug,即Ue≥Ug。
2、电流互感器的额定电流Ie应尽量选择得比回路中正常工作电流Ig大1/3左右,即Ie≥1.3Ig。
[101]
主母线和旁路母线各起什么作用?
设置专用旁路断路器和以母线断路器或分段断路器兼作旁路断路器,各有什么特点?
各电器的作用
–母线:
汇集和分配电能。
–QF:
具有开合电路的专用灭弧装置,可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流,故可用来作为接通或切断电路的控制电器。
–QS:
靠近母线侧的QS称为母线QS,靠近线路侧的QS称为线路QS;QS没有灭弧装置,其开合能力极低,只能用作设备停运后退出工作时断开电路,保证与带电部分隔离,起着
隔离电压的作用。
–QE:
线路QS的接地开关,用于线路检修时替代临时安全接地线。
[111]
绘出单母线接线的主电路图,说明主电路中的母线、断路器、隔离开关、接地隔离开关等各元件的作用?
1)拉开断路器QF3及其两侧的隔离开关QS33、
QS31;
2)将停电的断路器QF3两端接线拆开,用“跨条”将QF3短接,使QF3与引出线断开;
3)按照倒母线的操作步骤将电源和全部引出线(WL1除外)转移至Ⅱ组母线上工作;
4)拉开母联断路器QFc及其隔离开关QS1、QS2。
5)合入QS32、QS33;
6)合入母联断路器两侧的隔离开关QS1、QS2;
7)合入母联断路QFc,恢复送电。
这时,工作电流由Ⅰ组母线经母联断路器送到Ⅱ组母线,再由Ⅱ组母线送到电线路L1上。
线路L1仅短路时(一般不超过半天)停电,而且不影响其他回路工作。
用母联断路器代替引出线断路器工作时,其继电保护整定值应按所代线路的继电保护定值整定。
[121]
绘出双母线带旁路接线的主电路图,并说明有哪几种。
写出用旁路断路器代替出线断路器供电的基本操作步骤?
[131]
发电厂和变电站的自用电在接线上有何区别?
发电厂的自用电称为厂用电,发电机组正常运行和事故停机所需要的所有辅机,都接在厂用电上,所以要求厂用电供电可靠。
因此一般采用单母线分段接线,一台机组设置两段高压厂用母线,互为备用的辅机接在不同的母线上,而低压一般采用暗备用的PC-MCC接线方式,一个电源故障时,另一个电源能够负担全部的负荷。
而变电站的自用电相对于发电机组厂用电,其要求电源的可靠性要低一些。
由于变电站中的主变压器是不动元件,为其服务的重要辅机很少,所以自用电一般采用单母线接线,设专用备用电源,一旦工作电源故障后,手动投入备用电源。
除对重要辅机(如变压器风机)用双电源供电外,其他都是单电源供电。
[171]隔离开关与断路器的主要区别何在?
在运行中,对它们的操作程序应遵循哪些重要原则?
答:
隔离开关的操作原则
–不带电操作
–在等电位状态下进行操作
–不能用作操作电器来断开电路
•线路的QS、QF的操作顺序
•在接通电路时,应先合QF两侧的QS,再合QF;
•切断电路时,应先断开QF,再断开QS。
——“先通后断”:
通电时先于断路器接通,断电时后于断路器断开
•同一回路中的QS的操作顺序
•在接通电路时,先合母线侧的QS(误操作危害严重),再合线路侧的QS;
•切断电路时,断开QF后,先断开线路侧QS,再断母线侧QS(误操作危害严重)。
——“先通后断”:
通电时,误操作危害严重的QS先合;断电时,误操作危害严重的QS后断开
[181]厂用电接线的设计原则是什么?
对厂用电压等级的确定和厂用电源引接的依据是什么?
厂用电接线的设计原则•安全可靠,运行灵活。
•投资较少、接线简单、运行费用低。
•供电一一对应。
•确保整体性。
(1)按机组自成系统,大机组尤应如此
(2)配备备用电源或启动电源。
(3)设置数量最少的厂用变压器或厂用母线段。
(4)充分考虑分期建设与连续施工。
(5)合理配置厂用电系统的继电保护装置。
(6)配备足够容量的交流事故保安电源。
(7)配备交流不间断供电装置。
厂用电电压等级应根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电网络来确定。
厂用高压:
3kV,,6kV,,10kV
厂用低压:
0.4kV(380/220V)
3kV电压供电的优点:
3kV电动机效率比6kV电动机效率高,价格较低
3kV电动机效率比6kV电动机约高1%~15%,价格约低20%
3kV电动机的最小容量(75kW)比6kV电动机最小容量(200kW)小较大截面的电缆数量减少,减少有色金属消耗量
6kV电压供电的优点:
6kV网络节省有色金属及费用,而且短路电流小
6kV电动机的功率可制造的较大,以满足大容量负荷的要求可省去高压厂用变压器,直接由发电机电压母线经厂用电抗器供电,并可限制短路电流
10kV电压供电的优点:
1000kW以上的电动机采用10kV电压供电比较经济合理。
10kV电动机的功率可制造的更大,以满足大容量负荷的要求
适用于≥300MW大容量发电机组,但不能为单一的高压厂用电压,因为它不能满足全厂所有高压电动机的要求。
厂用电源的引接的依据:
(1)高压
A.当有发电机电压母线时,高压厂用工作电源由各母线段引接,供接在该段母线上的机组的厂用电负荷。
B.当采用发电机-变压器单元接线时,厂用高压工作电源一般由主变低压侧引接,供本机组厂用负荷。
(2)低压
低压厂用工作电源采用380/220电压。
一般由高压厂用母线上通过低压厂用变压器取得。
为了限制短路电流,单台厂用低压变压器容量最大不得超过750kVA。
备用电源:
备用电源的引接应保证其独立性,并且有足够的容量,且最好能与系统有较紧密的联系。
有发电机电压母线时,从母线段上由备用变压器或电抗器引接一个备用电源,但不能从该母线段上引接第二个备用电源。
无发电机电压母线时,由供电可靠的有两个电源的最低一级电压母线引接。
优点:
可靠性高;缺点:
投资大。
由联络变压器低压绕组引接,但要保证足够的供电容量。
多用作第二个备用电源。
此时,备用变压器须采用有载调压方式。
当技术经济合理时,可由外部电网引接专用线路供给。
事故保安电源的引接和设置
对≥200MW的发电机组,当厂用工作电源和各用电源都消
失时,为保证事故状态下安全停机,事故消除后又能及时恢复机组运行,应设置事故保安电源。
[201]试述最小安全净距的定义及其分类.
【1】定义
为了满足配电装置运行和检修的需要,各带电设备之间应相隔一定的距离。
最小安全净距就是指在这一距离下,无论在正常最高工作电压或出现内、外部过电压时,都不致使空气间隙被击穿。
【2】最小安全净距的类型对于敞露在空气中的屋内、外配电装置中有关部分之间的最小安全净距分为A、、B、、C、、D、、E五类。
(1)A值:
分为A1和A2。
。
A1——带电部分至接地部分之间的最小电气净距;A2——不同相的带电部分之间的最小电气净距。
(2)B值:
分为B1和B2。
。
B1——带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离,即
B1=A1+750(mm)
式中750——考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度,mm。
B2——带电部分至网状遮栏间的电气净距间,即
B2=A1+30+70(mm)
式中30——考虑在水平方向的施工误差,mm。
。
70——指运行人员手指误入网状遮栏时,手指长度不大于此值,mm。
。
B2——带电部分至网状遮栏间的电气净距间,即
B2=A1+30+70(mm)
式中30——考虑在水平方向的施工误差,mm。
70——指运行人员手指误入网状遮栏时,手指长度不大于此值,mm。
(3)C值:
C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。
保证人举手后,手与带电裸导体间的距离不小于A1值,即
C=A1+2300+200(mm)
C=A1+2300+200(mm)
式中:
2300——运行人员举手后的总高度,mm。
。
200——屋外配电装置在垂直方向上的施工误差,在积雪严重地区,还应考虑积雪的影响,
此距离还应适当加大,mm。
对屋内配电装置,可不考虑施工误差,即
C=A1+2300(mm)
式中:
2300——运行人员举手后的总高度,mm。
。
200——屋外配电装置在垂直方向上的施工误差,在积雪严重地区,还应考虑积雪的影响,
此距离还应适当加大,mm。
对屋内配电装置,可不考虑施工误差,即
C=A1+2300(mm)
D值:
D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距,即
D=A1+1800+200(mm)
1800——考虑检修人员和工具的允许活动范围,mm。
。
200——考虑屋外条件较差而取得的裕度,mm。
对屋内配电装置不考虑此裕度,即
D=A1+1800(mm)
E值:
E值为屋内配电装
置通向屋外的出线套管中心线至屋外通到路面的距离。
35kV及以下取E=4000mm;
60kV及以上,E=A1+3500(mm),并取整数值,其中3500为人站在载重汽车车厢中举手的高度,mm。
当海拔超过1000m时,A值应按每升高100m增大1%进行修正,B、C、D、E值应分
别增加A1值的修正值。
[4]什么是电气设备?
一次设备和二次设备分为哪些?
各有什么作用?
答:
电气设备:
为了满足电能的生产、输送和分配的需要,发电厂和变电站中安装有各种电气设备,用于实现起动、转换、监视、测量、调整、保护、切换和停止等操作。
一次设备:
分为生产和转换电能的设备、开关电器、限制短路电流和防御过电压设备、载流导体、接地装置。
作用:
直接生产、转换和输配电能的设备
二次设备:
分为仪用互感器、测量表计、继电保护及自动装置、直流电源设备、操作电器、信号设备及控制电缆。
作用:
对一次设备测量、监视、控制和保护
[14]绘制内桥和外桥接线形式,并写出内桥和外桥外侧线路投入和退出运行的操作步骤。
答:
内桥
外桥
内桥:
T1故障,QF1、QFq自动跳闸,WL1停电。
拉开QS1后,再合上QF1、QFq,可恢复WL1供电
外桥:
和内桥正好相反
[24]某发电厂有4×50MW,cosφN=0.8的发电机组,机端最大负荷150MVA,最小负荷50MVA,发电厂厂用电率10%,选择了三台等容量主变压器,请选择主变压器的最小容量。
解:
(4×50-50-4×50×10%)/(3×0.8)=54.17MW
[34]简述隔离开关的作用。
为什么隔离开关不允许用于接通或断开负荷电流?
答:
隔离开关:
QS用作设备停运后退出工作时断开电路,保证与带电部分隔离,起着隔离电压的作用;倒闸操作;分、合小电流。
因为隔离开关没有灭弧装置,其开合能力极低,而且避免因用隔离开关进行大量倒闸操作而引起的误操作事故,隔离开关不允许用于接通或断开负荷电流。
[44]简述电流互感器标准准确度的划分原则。
答:
电流互感器的准确级以电流误差fi来定义的。
即:
在规定的二次负荷变化范围内,一次电流为额定值时的最大电流误差。
(准确级越大,误差越大,精度越低)
[54]绘出单母线分段接线的主电路,分析它有哪两种运行方式,各种运行方式有什么特点?
答:
运行方式①正常运行时,分段断路器QFd断开。
此时,它还应装有备用电源自动投入装置(BZT)。
当任一电源故障,其电源QF自动跳闸断开时,在BZT的作用下,分段断路器QFd可以自动接通,保证全部引出线继续供电。
这种运行方式还可以限制母线短路时短路电流的水平。
运行方式②正常运行时,分段断路器QFd闭合。
当任一母线发生短路故障,在母线继电保护的作用下,QFd和连接故障段母线的电源QF自动断开,则非故障段可以继续供电。
避免了在纯单母线中母线故障时全部回路都得停电的情况。
[64]发电厂厂用电负荷按其重要性分哪几类?
各类厂用电负荷对供电电源有哪些要求?
答:
发电厂厂用负荷按其重要性可分为5类。
I类厂用负荷:
短时停电也可能造成发电厂的主要设备损坏、危及人身安全、主机停运和大量影响电厂出力的厂用负荷。
通常设有两套设备互为备用,分别接到两个独立电源的母线上,设有电源自动投入装置(自动切换)。
Ⅰ类厂用电动机必须保证自启动。
Ⅱ类厂用负荷:
仅允许短时停电(几秒至几分钟),再恢复供电后,不致造成生产紊乱,损坏设备或影响机组正常运行的厂用负荷。
保证措施:
应由两个独立电源供电,两个电源之间手动切换。
由两个电源供电,并采用手动切换。
Ⅲ类厂用负荷:
较长时间(几小时甚至更长时间)停电,不会直接影响电厂生产,仅造成生产上不方便的厂用负荷。
可由单电源供电,电源故障时,允许进行检修或更换。
一般由一个电源供电。
事故保安负荷:
指在停机过程中以及停机后一段时间内仍应保证供电,否则将引起主要设备损坏、重要自动装置失灵或推迟恢复供电,甚至危及人身安全的负荷。
根据对电源的不同要求,事故保安负荷可又分为:
直流保安负荷:
蓄电池组交流保安负荷:
柴油发电机组或可靠的外部独立电源交流不间断负荷:
蓄电池组逆变装置,UPS
交流不间断供电负荷:
在机组启动、运行以及正常和事故停机过程中,甚至在停机后的一段时间内,需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。
如实时控制计算机、热工仪表与保护、自动控制和调节装置等用电负荷。
交流不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或逆变装置。
[74]配电装置应满足哪些基本要求?
答:
配电装置的基本要求
„
(1)保证运行可靠
„
(2)便于操作、巡视和检修
„(3)保证工作人员的安全
„(4)力求提高经济性
„(5)力求扩建的可能
[84]选择电气设备的一般条件是什么?
答:
电气设备选择与校验的一般条件
1、按正常工作条件选择高压电气设备
▉额定电压和最高工作电压
▉额定电流
▉按环境工作条件校验
2、短路条件校验
▉短路热稳定校验▉电动力稳定校验
▉短路电流计算条件▉短路计算时间
[94]能源分类方法有哪些?
电能的特点及其在国民经济中的地位和作用?
答:
(1)按获得的方法分为一次能源和二次能源
(2)按被利用的程度分为常规能源和新能源
(3)按能否再生分为可再生能源和非再生能源
(4)按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源
(5)按对环境污染程度分为清洁能源和非清洁能源
电能的特点:
不能大量储存;
便于大规模生产和远距离输送;
过渡过程非常迅速;
方便转换和易于控制;
损耗小、效率高;
与国民经济各部门密切相关;
无气体和噪声污染。
随着科学技术的发展,电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面,也越来越广泛的渗透到人类的生活的每个层次。
电气化在某种程度上成为现代化的同义词,电气化程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重标志。
[104]选择主变压器时应考虑哪些因素?
其容量、台数、型式等应根据哪些原则来选择?
答:
影响主变压器选择的因素主要有:
容量、台数、型式、其中单元接线时变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,
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- 长沙 理工大学 发电厂 电气 部分 作业
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