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文檔簡介
1、摘 要當(dāng)今社會,電力技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,推動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,加速了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。電力的應(yīng)用已經(jīng)遍布人們生活的方方面面。一個(gè)優(yōu)質(zhì)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)對于建筑物來說十分重要。建工院屬于辦公樓,人流量較大,需要滿足的要求也較多。在設(shè)計(jì)過程中要盡可能的考慮到每層樓、每間房的具體需求,按照需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的供配電系統(tǒng),主要涉及強(qiáng)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及相關(guān)計(jì)算等。主要包括計(jì)算負(fù)荷量的統(tǒng)計(jì)、變壓器選擇、短路電流計(jì)算、無功功率補(bǔ)償及補(bǔ)償電容器的選型、高低開關(guān)選型、導(dǎo)線選型、變壓器的二次整定以及接地防雷保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面。本次設(shè)計(jì)完成一層接地設(shè)計(jì)、頂層防雷設(shè)計(jì)以及每層的平面走線圖、一次系統(tǒng)圖;完成一層至五層每層配
2、電箱的系統(tǒng)圖。根據(jù)計(jì)算及選型為每圖標(biāo)注相應(yīng)的導(dǎo)線、開關(guān)、控制柜等型號。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)圖,按照行業(yè)規(guī)范完成了所有的連線以及高低壓設(shè)備的布置。關(guān)鍵字:建工院,供配電系統(tǒng),負(fù)荷統(tǒng)計(jì),系統(tǒng)圖ABSTRACTThe electric power technology development impelled human societys progress, also has accelerated the technical development. The electric power application already proliferated the aspects which the peop
3、le lived. High quality supplies the electrical power distribution system design to be extremely important regarding the building. The construction work courtyard belongs to the office building, the stream of people quantity is big, needs to satisfy the request are also many. In the design process mu
4、st as far as possible consideration each building, each room concrete demand, carry on the design according to the demand. This design for the electrical power distribution system, mainly involves the strong electricity system the design as well as the correlation computation and so on. Mainly inclu
5、des the computation load the statistics, the short-circuit current computation, the transformer shaping, the reactive power computation as well as the compensation, the high and low pressure equipment choice, wire aspects and so on shaping, transformer two installations as well as earth anti-radar p
6、rotection. This design completes an earth design, the top layer anti-radar design as well as each level plane walks the graph, a diagram; Completes one to five each distributing box diagrams. According to computation and shaping ,we should label the corresponding wire, switch, control cubicle. Simul
7、taneously acts according to the diagram, has completed all segments as well as the high and low pressure equipment arrangement according to the profession standard. Key words: Construction work courtyard, for electrical power distribution system design, load statistics, diagram.目 錄摘 要IIABSTRACTIII目
8、錄IV第一章緒論11.1選題的目的與意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 工程概況及研究方法21.3.1工程概況21.3.2 研究方法31.4 本文的研究內(nèi)容及安排3第二章統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量42.1 概述42.2 負(fù)荷計(jì)算42.3 電氣負(fù)荷的計(jì)算52.3.1 負(fù)荷按需要系數(shù)法計(jì)算52.3.2 負(fù)荷按密度計(jì)算法計(jì)算62.3.3 詳細(xì)負(fù)荷計(jì)算72.3.4 負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)表格82.4本章小結(jié)10第三章功率因數(shù)改善與無功功率補(bǔ)償113.1 功率因數(shù)的改善113.2無功功率補(bǔ)償及電容器的選擇123.2.1工作原理123.2.2無功功率補(bǔ)償量計(jì)算133.2.3 電容器的選擇143.2.4電容器的補(bǔ)償方式143.2.4
9、無功補(bǔ)償接線圖153.3本章小結(jié)16第四章短路電流計(jì)算174.1 短路電流計(jì)算的目的及步驟174.1.1短路電流計(jì)算的目的174.1.2短路電流計(jì)算的一般規(guī)定174.1.3短路電流的計(jì)算步驟184.2短路電流的計(jì)算194.2.1 短路電流的計(jì)算過程194.2.2 短路電流計(jì)算表194.2.3 系統(tǒng)等效電路圖204.3本章小結(jié)20第五章 系統(tǒng)供配電措施215.1變壓器的選擇215.1.1 變壓器容量選擇215.1.2 變壓器類型及臺數(shù)選擇235.1.3變壓器選型表255.1.4 變壓器的二次整定255.2 高、低壓開關(guān)設(shè)備的選擇305.2.1 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇305.2.2 低壓開關(guān)設(shè)備的選擇
10、315.3高、低壓線纜的選擇335.3.1 高壓線纜的選擇335.3.2 低壓線纜的選擇345.3.3線纜選擇結(jié)果355.4本章小結(jié)37第六章 防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)396.1 建筑物的防雷措施396.1.1一般規(guī)定396.1.2 建筑物的防雷分類406.1.3第二類防雷建筑物的防雷措施426.2 防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果436.2.1屋頂防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)436.2.2接地系統(tǒng)446.3本章小結(jié)45第七章 結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48IV 第一章 緒論1.1選題的目的與意義經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的同時(shí),建筑行業(yè)也蓬勃發(fā)展起來,與之配套的智能建筑電氣技術(shù)也日漸成熟起來。建筑電氣技術(shù),與建筑相關(guān),同時(shí)也具備著電氣工程方面的十
11、分鮮明的特征以及內(nèi)涵。它與電氣工程應(yīng)用相似,是把電子技術(shù)、電工技術(shù)、控制技術(shù)以及信息技術(shù)綜合在一起,應(yīng)用于建筑之中,在電氣工程中,電氣設(shè)備的應(yīng)用也是如此。近些年來,智能建筑行業(yè)得以快速發(fā)展,智能建筑功能的實(shí)現(xiàn)也依賴于供配電系統(tǒng),現(xiàn)代電氣工程技術(shù)的發(fā)展也推動了智能建筑的發(fā)展。與之前簡單的分類不同,現(xiàn)在已經(jīng)不能將建筑電氣設(shè)備簡單的劃為電子類、控制類、電工類等設(shè)備。14 就供配電系統(tǒng)而言,是由供電和配電兩部分組成的。將來自于電網(wǎng)的電壓進(jìn)過高壓輸電送至區(qū)域變電所,再由區(qū)域變電所將電壓降至所需的電壓等級,配送給用戶,在供電系統(tǒng)中存在微處理器可以檢測系統(tǒng)的狀態(tài)。同時(shí),供電系統(tǒng)中的各類設(shè)備可以構(gòu)成簡單或復(fù)雜
12、的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,形成了數(shù)字化的綜合系統(tǒng)。對全部的供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理、測控和維修。所以、建筑物的供電系統(tǒng)已經(jīng)不單單指強(qiáng)電系統(tǒng),而是將其電氣、機(jī)電、計(jì)算機(jī)等各類綜合的應(yīng)用系統(tǒng)。所以,對于建筑物或者建筑系統(tǒng)而言,合理有效的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對建筑的使用、綜合管理以及功能的實(shí)現(xiàn)都十分重要。尤其是伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對居住的要求越來越高,同時(shí),各行業(yè)的發(fā)展都離不開供配電技術(shù)的支持。對于現(xiàn)代化建筑來說,高效、節(jié)能、合理的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),是其必備的條件之一。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代智能建筑電氣控制技術(shù),伴隨著社會經(jīng)濟(jì)以及工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,不斷地趨于完善,走向成熟。我國智能建
13、筑的起步較晚,但近幾年來也發(fā)展的十分迅速。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高,人們對居住環(huán)境的要求也提高了,對建筑的使用功能也提出了更高的要求。與此同時(shí),人們對自己的工作環(huán)境也提出了新的要求。在這樣的需求下,建筑技術(shù)的發(fā)展必須要能夠促進(jìn)整體建筑水平的發(fā)展。此外,從建筑電氣的角度出發(fā),堅(jiān)持綠色可持續(xù)發(fā)展基本理念為指導(dǎo)的發(fā)展思想,促進(jìn)現(xiàn)代智能建筑電氣技術(shù)的持續(xù)完善的發(fā)展,現(xiàn)有智能建筑模式所體現(xiàn)出來的智能化和綠色化的發(fā)展趨勢,也必定是未來建筑電氣發(fā)展的主流方向。15資料顯示,20世紀(jì)80年代起,智能建筑這個(gè)概念就已經(jīng)逐漸深入了中國的建筑領(lǐng)域中?!爸悄芙ㄖ鳖櫭剂x就是在建筑內(nèi)可以實(shí)行智能化管理的建筑。我國智能建筑設(shè)
14、計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50314-2000中對“智能建筑”的描述為:“它是以建筑為平臺,兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合,向人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境?!?隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展,對于建筑電氣的智能化技術(shù)的關(guān)注度以及要求也越來越高。在智能化建筑電氣技術(shù)以及自動化技術(shù)的指導(dǎo)下,越來越多的電氣控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用自動控制來替代了傳統(tǒng)的人工操作,在為人們的生活提供更大程度的便捷的同時(shí),也很大程度上的節(jié)省了人力、物力資源,降低能源以及資源的消耗。在強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù)以及推崇可持續(xù)發(fā)展策略的當(dāng)下來講,也可謂對環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用,是對我國可持續(xù)
15、發(fā)張戰(zhàn)略目標(biāo)的積極響應(yīng)。我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展,很大程度上取決于人口眾多。智能化小區(qū)也成為了發(fā)展智能建筑電氣技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的主要場所。此外,很多的智能化電器控制技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用于工廠設(shè)計(jì)院等相關(guān)場所。目前。我國智能建筑的電氣控制技術(shù)還處于迅猛發(fā)展,逐漸走向更高水平的階段,很多大學(xué)也將此類相關(guān)專業(yè)列入重點(diǎn)發(fā)展對象。1.3 工程概況及研究方法1.3.1工程概況本供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為沈陽建筑工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司的設(shè)計(jì)研發(fā)加工基地企業(yè)辦公樓的供配電設(shè)計(jì),本工程為多層辦公建筑,建筑長54米,寬21.6米高度為17.7米,總建筑面積約4897平方米。1層為廚房餐廳,25層為辦公用房。一層占地面積950.42
16、平方米,由一間主餐廳,三間包間及其他加工間組成;2-5層為標(biāo)準(zhǔn)層,每層面積980.16平方米,每層由23間辦公室、一間活動室以及洗衣房等組成;屋面層面積75.45平方米,設(shè)計(jì)中主要用作配電間,頂層需設(shè)計(jì)防雷保護(hù)。1.3.2 研究方法 根據(jù)基本工程概況及設(shè)計(jì)任務(wù)要求查閱資料,確定設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)主要需要完成統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量的計(jì)算,采用需要系數(shù)法以及負(fù)荷密度估算法;完成短路電流的計(jì)算以及基本配電方案中各設(shè)備的選型,對選擇的變壓器進(jìn)行二次正定保護(hù),對建筑物進(jìn)行接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)和防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后完成相關(guān)圖紙的繪制。1.4 本文的研究內(nèi)容及安排本文將詳細(xì)介紹漢中建工院供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況,給出完善的計(jì)算過程及圖紙
17、繪制。結(jié)合要解決的關(guān)鍵問題,給出合理優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方案,旨在讓人對設(shè)計(jì)一目了然。第一章為緒論,講解供配電發(fā)展的意義及目的,了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,講述工程基本狀況以及研究方法。第二章介紹了建工院的負(fù)荷計(jì)算,包括需要系數(shù)法計(jì)算和密度估算法,并給出詳細(xì)計(jì)算過程。第三章介紹無功功率補(bǔ)償以及電容器的選擇。第四章旨在介紹短路電流相關(guān)知識以及課題涉及的短路電流的計(jì)算第五章介紹供配電方案,包括各高低壓設(shè)備的選型。第六章介紹防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第七章對本設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)性總結(jié)。第二章 統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量2.1 概述電力負(fù)荷的概念如下:用電單位或用電設(shè)備所消耗的電功率、容量或者電流。民用供電系統(tǒng)中,對用電單位進(jìn)行如下分類:按用電性
18、質(zhì)分:住宅電能用戶、商業(yè)電能用戶、公用建筑電能用戶等;按照電能用途分:照明負(fù)荷、動力負(fù)荷以及重要負(fù)荷等。用電設(shè)備有很多類型,一般來講主要分類有照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、電梯、水泵、家電設(shè)備等。4在設(shè)計(jì)中,為了滿足電力用戶對供電可靠性的要求,以及中斷供電對政治上、經(jīng)濟(jì)上所造成的影響和損失程度,把電力負(fù)荷分為三級。4表2.1 負(fù)荷分級表此次設(shè)計(jì)的漢中建工院屬于大型辦公樓,屬于二級負(fù)荷范疇。2.2 負(fù)荷計(jì)算在相關(guān)規(guī)定中指出電力負(fù)荷是指用電設(shè)備所消耗的電功率或者說用電線路中所通過的電流。對于供電部門來說,會分配給用戶負(fù)荷指標(biāo),這里的負(fù)荷指的是每小時(shí)平均的有功功率。而對于變電所及配電所來說,他們所限定的負(fù)荷指
19、標(biāo)又是指視在功率。在我們進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先要完成的就是負(fù)荷的計(jì)算,準(zhǔn)確計(jì)算出負(fù)荷相關(guān)指標(biāo)才能保證后續(xù)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。計(jì)算負(fù)荷的方法有很多,本次設(shè)計(jì)中我們主要涉及需要系數(shù)法和密度估算法,在后續(xù)會進(jìn)行詳細(xì)介紹。2.3 電氣負(fù)荷的計(jì)算電氣負(fù)荷統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量常用方法:1) 需要系數(shù)法;2) 二項(xiàng)式法;3) 利用系數(shù)法;4) 單位面積功率法(密度法)和單位指標(biāo)法。2.3.1 負(fù)荷按需要系數(shù)法計(jì)算 需要系數(shù)計(jì)算電力負(fù)荷時(shí),先根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料確定系數(shù),然后用設(shè)備容量乘以需要系數(shù)求得計(jì)算負(fù)荷。需要系數(shù)一般用KX表示。以Ps為基本統(tǒng)計(jì)量,以KX為關(guān)鍵計(jì)算系數(shù),綜合各方面,考慮經(jīng)濟(jì)、安全、合理等因素,以發(fā)熱條件為
20、依據(jù),需要系數(shù)法統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量被廣泛應(yīng)用。對于單組設(shè)備而言,用需要系數(shù)法計(jì)算時(shí),有如下公式: (2-1) (2-2) (2-3) (2-4)其中:Ps設(shè)備容量,單位kWPjs有功計(jì)算功率,單位kW; Qjs無功計(jì)算功率,單位kvar; Sjs視在計(jì)算功率,單位kVA; Ijs計(jì)算電流,單位A。設(shè)備容量Ps的確定,對于一般長期連續(xù)工作的用電設(shè)備,如水泵、電爐等其設(shè)備容量就是該設(shè)備銘牌上標(biāo)示的額定容量,Ps=Pn。斷續(xù)周期性工作的用電設(shè)備,存在“暫載率”這一概念,需要經(jīng)過換算計(jì)算出設(shè)備容量,換算公式如下: (2-5)2.3.2 負(fù)荷按密度計(jì)算法計(jì)算 當(dāng)用電設(shè)備還沒有完全確定時(shí),且需要做初步方案設(shè)計(jì)時(shí),
21、需要用密度估算法對樓層進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。 負(fù)荷密度計(jì)算法公式為: (2-6) 對于目標(biāo)建筑,每層樓的負(fù)荷我們都需要用密度法進(jìn)行估算,負(fù)荷密度選取根據(jù)下表完成。表2.2 各類民用建筑物的負(fù)荷密度指標(biāo)建筑類別負(fù)荷密度指標(biāo)建筑類別負(fù)荷密度指標(biāo)公寓30-50高等學(xué)校20-40辦公樓40-80中小學(xué)校12-20醫(yī)院40-70展覽館50-80住宅普通住宅 30-60中級住宅 50-100高級住宅、別墅 60-100商業(yè)一般 40-80大中型 70-130體育場40-70旅館40-70劇場50-80汽車庫8-152.3.3 詳細(xì)負(fù)荷計(jì)算 目標(biāo)建筑的具體計(jì)算如下所列:1. 生活與消防電梯:計(jì)算得綜合數(shù)據(jù)計(jì)算電梯計(jì)
22、算功率如下(需要系數(shù)法):有功計(jì)算負(fù)荷: (2-7)無功計(jì)算負(fù)荷: (2-8)視在計(jì)算功率: (2-9)計(jì)算電流: (2-10)2. 生活與消防泵:計(jì)算得綜合數(shù)據(jù)計(jì)算水泵計(jì)算功率如下:有功計(jì)算功率: (2-11)無功計(jì)算功率: (2-12)視在計(jì)算功率;(2-13)計(jì)算電流: (2-14)3. 樓層負(fù)荷統(tǒng)計(jì)(負(fù)荷密度法):負(fù)荷密度法計(jì)算公式:式中:目標(biāo)建筑為辦公樓,查閱資料取負(fù)荷密度為0.061. 一層計(jì)算負(fù)荷:目標(biāo)建筑一層面積A1=950.42平方米; (2-16)2. 二層計(jì)算負(fù)荷:目標(biāo)建筑二層面積A2=980.16平方米 (2-17)3. 三層計(jì)算負(fù)荷:目標(biāo)建筑三層面積A3=980.16
23、平方米 (2-18)4. 四層計(jì)算負(fù)荷:目標(biāo)建筑四層面積A4=980.16平方米 (2-19)5. 五層計(jì)算負(fù)荷:目標(biāo)建筑五層面積A5=980.16平方米 (2-20)對整棟樓進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì),是后續(xù)設(shè)備選型、短路電流計(jì)算、無功補(bǔ)償計(jì)算的前提條件。2.3.4 負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)表格根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,列出負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)表格如下:表2.3 負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)表格指標(biāo)負(fù)荷名稱PN/kWPS/kWKXPjskWKvarKVAA公式已知=PN查表KXPN已知查表Pjs*Sjs 3U樓層估算一層157.030.631.2370.1490.39137.3二層158.810.631.2372.3393.22141.4三層158.81
24、0.631.2372.3393.22141.4四層158.810.631.2372.3393.22141.4五層158.810.631.2372.3393.22141.4消防電梯20200.8160.42.2936.4439.8860.74生活電梯20200.8160.42.2936.4439.8860.74消防泵18180.814.40.82.2910.81827.34生活泵18180.814.40.82.2910.81827.34總負(fù)荷353.070.631.23454.34579.23879.7848注:PN銘牌額定功率COS功率因數(shù)Tan功率因數(shù)對應(yīng)正切KX需用系數(shù)PS電氣設(shè)備的設(shè)備容
25、量Pjs系統(tǒng)有功計(jì)算功率Qjs系統(tǒng)無功計(jì)算功率Sjs系統(tǒng)視在計(jì)算功率Ijs系統(tǒng)計(jì)算電流2.4本章小結(jié)本章對負(fù)荷分級以及高壓系統(tǒng)做了講述,對系統(tǒng)的負(fù)荷量進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算,運(yùn)用需要系數(shù)法和密度估算法對目標(biāo)建筑做了負(fù)荷量統(tǒng)計(jì),最后列出詳細(xì)負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)表格。負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)是后續(xù)計(jì)算的關(guān)鍵部分。第三章 功率因數(shù)改善與無功功率補(bǔ)償在民用建筑設(shè)計(jì)的供配電系統(tǒng)中,設(shè)備多為感性負(fù)載,用電設(shè)備正常工作時(shí),需要和電網(wǎng)交換大量無功功率,并且需要從電網(wǎng)吸收無功功率,導(dǎo)致總的系統(tǒng)的功率因數(shù)降低,影響供電質(zhì)量。無功功率增加會導(dǎo)致電能浪費(fèi),各種損耗都隨之增加。如何提高自然功率因數(shù),對提高供電質(zhì)量,提高系統(tǒng)性能有十分重要的意義。一般情
26、況下,綜合負(fù)荷的功率因數(shù)在0.6-0.9之間,7要求補(bǔ)償后再0.9-0.96之間。3.1 功率因數(shù)的改善1. 提高功率因數(shù)的意義1) 提高功率因數(shù)能充分發(fā)揮電能的潛力,用發(fā)電機(jī)或變壓器作為電源設(shè)備時(shí),功率因數(shù)越高,就可以獲得越高的有功功率,能被用電設(shè)備利用的有功功率就越多,電能利用率越高。2) 提高功率因數(shù)可以減少各類損耗。目前普遍采用高壓輸電,一般情況下高壓輸電的線路電壓是一定的。而輸電線路的電流有電壓、功率因數(shù)和用戶需求共同決定,用戶需求可以預(yù)先計(jì)算,也是一定的。這種情況下,功率因數(shù)越高,線路電流越小,隨之產(chǎn)生的線路損耗以及系統(tǒng)損耗也會降低。2. 提高功率因數(shù)的辦法在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,提高
27、功率因數(shù)可采取兩種方法,分別是提高自然功率因數(shù)和人工補(bǔ)償法提高功率因數(shù)。1) 提高自然功率因數(shù)合理的使用和選擇用電設(shè)備。降低各用電設(shè)備的無功需求量,提高系統(tǒng)的自然功率因數(shù)。在選擇變壓器時(shí),要合理選擇型號和容量。合理選擇異步電動機(jī)的型號和規(guī)格。選擇燈具時(shí),盡量選擇節(jié)能型熒光燈。2) 人工補(bǔ)償法提高功率因數(shù)有時(shí)候采用基于用電設(shè)備的選擇提高自然功率因數(shù)后還是不能滿足設(shè)計(jì)的基本要求,就需要人為加以干預(yù),來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。常用的方法有同步電機(jī)補(bǔ)償法和并聯(lián)電容器補(bǔ)償法。目前,有專門用于無功補(bǔ)償?shù)碾妱訖C(jī)稱為同步調(diào)相機(jī),它的工作原理為通過改變勵(lì)磁電流來改變供配電系統(tǒng)的功率因數(shù),但由于其特殊性,后期維護(hù)不方
28、便,且成本過于高昂,因此,使用范圍很小,暫時(shí)還未被廣泛應(yīng)用到建筑供配電系統(tǒng)里。除了采用同步電機(jī)外,還可以進(jìn)行并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。在用電系統(tǒng)中,大部分設(shè)備為感性負(fù)載,會和電網(wǎng)進(jìn)行大量無功功率的交換,造成電能的浪費(fèi)。采用并聯(lián)電容器可以對感性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償,雖然較同步電機(jī)而言,無法進(jìn)行平滑無極調(diào)節(jié),但是由于其成本不高,補(bǔ)償容量以控制,后期維護(hù)方便等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于建筑供配電系統(tǒng)中。3.2無功功率補(bǔ)償及電容器的選擇綜合考慮后,我們選擇用并聯(lián)電容器的方法進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。3.2.1工作原理在建筑供配電系統(tǒng)中,絕大部分用電設(shè)備都為感性用電設(shè)備,其等值電路可以看做是電感和電容的串聯(lián)電路,見圖6.1。
29、由電路方面知識我們可以知道,感性負(fù)載的電流是滯后于電網(wǎng)電壓的,而電容器呈現(xiàn)容性,其電流超前于電網(wǎng)電壓,采用電容和電感相互抵消的方法,可以減小功率因數(shù)角,從而提高功率因數(shù)。圖3.1 等效電路圖補(bǔ)償?shù)姆椒ǚ譃榍费a(bǔ)償和過補(bǔ)償,一般采用欠補(bǔ)償而不采用過補(bǔ)償。過補(bǔ)償?shù)姆椒〞鹱儔浩鞲边呺妷荷?,會使得電容器損耗增大,溫度升高,損害電容器壽命,線損也會隨之增加。3.2.2無功功率補(bǔ)償量計(jì)算無功功率補(bǔ)償中涉及的計(jì)算主要與無功功率有關(guān)。功率因數(shù)角與無功功率之間存在圖6.2所示的關(guān)系。圖 3.2 功率因數(shù)角與無功功率的關(guān)系圖中S1對應(yīng)的角度為,對應(yīng)的無功功率為Q1,S2對應(yīng)的角度為,對應(yīng)的無功功率為Q2,Q1
30、與Q2的差值就為需要計(jì)算的無功補(bǔ)償量.根據(jù)無功功率的計(jì)算公式我們可以知道: (3-1) (3-2)所以我們可以得到計(jì)算無功補(bǔ)償量的計(jì)算公式為: (3-3)由已知條件得計(jì)算得3.2.3 電容器的選擇1. 電容器的數(shù)量計(jì)算出總的無功補(bǔ)償量后,我們需要根據(jù)單個(gè)電容器的補(bǔ)償量來計(jì)算需要的電容器的套數(shù),計(jì)算公式如下: (3-4)單個(gè)電容器的補(bǔ)償容量是由廠家預(yù)先設(shè)置好的,我們在選擇時(shí),查相關(guān)手冊確定,然后進(jìn)行計(jì)算。2. 電容器型號選擇此次選取電容器型號為BW-10.5-14-3求得所需的套數(shù)N=24.7一般取2的倍數(shù),所以最后求得N=26套。3.2.4電容器的補(bǔ)償方式 并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式分為以下三種:1.
31、 就地補(bǔ)償就地補(bǔ)償是指將補(bǔ)償電容器裝設(shè)在需要補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備旁邊。其優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償區(qū)域范圍大,節(jié)能效果顯著,但是設(shè)備利用率低,維護(hù)困難。此種補(bǔ)償方式適用于對無功補(bǔ)償量需求大的情況。適用于使用頻繁的負(fù)載。電容器的安裝位置應(yīng)與各類諧波源保持一定距離。對于短時(shí)工作制的設(shè)備,例如電動機(jī)、電梯等,不允許設(shè)置就地補(bǔ)償裝置。2. 低壓集中補(bǔ)償?shù)蛪杭醒a(bǔ)償是建筑供配電系統(tǒng)中常用的補(bǔ)償方式,是將補(bǔ)償電容器裝設(shè)在低壓母線上,根據(jù)用戶需求情況,可以是自投運(yùn)行,也可以是固定模式運(yùn)行。低壓集中補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償范圍較大,可以補(bǔ)償變壓器前向設(shè)備和線路的功率因數(shù),不能補(bǔ)償變壓器至用電設(shè)備的線路功率因數(shù)。此種方式,由于其集中性,維護(hù)管理方便且
32、設(shè)備利用率高,節(jié)能效果較就地補(bǔ)償有所欠缺。3. 高壓集中補(bǔ)償與低壓集中補(bǔ)償相對,高壓集中補(bǔ)償是指將補(bǔ)償裝置設(shè)在高壓母線側(cè)。補(bǔ)償范圍小,只能對高壓側(cè)的線路進(jìn)行補(bǔ)償,而對低壓側(cè)無效果。達(dá)不到低壓側(cè)節(jié)能效果,且造價(jià)高,一般民用建筑中不適用。圖3.3 補(bǔ)償方式3.2.4無功補(bǔ)償接線圖三相電容器的接線方式有:三角形接線和星形接線。電容器額定電壓等于電網(wǎng)線電壓時(shí),兩種方式都可以使用;等于電網(wǎng)相電壓時(shí),只用星形連接。補(bǔ)償容量相同時(shí),采用三角形連接比采用星形連接可節(jié)約大約三分之二的電容值。所以,在一般民用建筑中,多采用補(bǔ)償電容三角形連接方式。圖3.4 電容器接線圖3.3本章小結(jié)本章主要對系統(tǒng)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。
33、由于用電系統(tǒng)中感性用電設(shè)備居多,經(jīng)常存在設(shè)備與電網(wǎng)之間發(fā)生大量無功功率交換的過程。不利于電能的充分利用。選擇電容器對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,可以提高電能利用率。第四章 短路電流計(jì)算在本章我們主要對短路電流有所了解,并完成系統(tǒng)的短路電流的計(jì)算,列出短路電流計(jì)算表格,繪制系統(tǒng)負(fù)荷等效電路圖。4.1 短路電流計(jì)算的目的及步驟4.1.1短路電流計(jì)算的目的電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,常常會發(fā)生一些故障。電力系統(tǒng)的故障,可以將其分為兩類,一是簡單故障,一是復(fù)合故障。簡單故障:指的是電力系統(tǒng)發(fā)生的單一地方的故障,也就是說在某一時(shí)刻電力系統(tǒng)中只有一個(gè)地方發(fā)生故障;復(fù)合故障,故名思議就是復(fù)合型簡單故障,一般是指某一時(shí)刻
34、在電力系統(tǒng)兩個(gè)及兩個(gè)以上的地方同時(shí)發(fā)生故障。電力系統(tǒng)的故障通常是短路故障和斷路故障。通常情況下,短路故障比斷路故障發(fā)生的幾率要大,也比斷線故障要嚴(yán)重,在設(shè)計(jì)中也更值得我們關(guān)注。短路是電力系統(tǒng)故障中的嚴(yán)重故障。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障發(fā)生時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)將從預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)劇變到另一種不可預(yù)測的非正常運(yùn)行狀態(tài),并伴隨一系列復(fù)雜的變化。這樣一來,計(jì)算系統(tǒng)的短路電流,對于我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來說顯得尤為重要。4.1.2短路電流計(jì)算的一般規(guī)定1. 系統(tǒng)基本情況(1)電力系統(tǒng)的所有電源均在額定負(fù)荷下運(yùn)行;(2)所有同步電機(jī)都具備自動調(diào)整勵(lì)磁的裝置;(3)短路故障發(fā)生在系統(tǒng)短路電流為最大值的瞬間;(4)電力系統(tǒng)所
35、有電源具有相同的的電動勢相位角;(5)考慮對短路電流有影響的所有元器件,但不考慮短路點(diǎn)的電弧電阻。2. 接線方式計(jì)算短路電流時(shí),系統(tǒng)所采用的接線方式,應(yīng)是最大短路電流可能產(chǎn)生的正常接線方式即所說的最大運(yùn)行方式,而不能是僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。3. 短路種類在三相交流供配電系統(tǒng)中,可能發(fā)生的短路種類有三相短路電流、兩相短路電流、單相短路電流。4. 短路計(jì)算點(diǎn)在正常接線方式時(shí),通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的點(diǎn),稱為短路計(jì)算點(diǎn)。4.1.3短路電流的計(jì)算步驟1. 系統(tǒng)已知條件系統(tǒng)電源由地區(qū)變電所經(jīng)4Km、10KV高壓架空線然后再經(jīng)1Km、10KV高壓電纜送入本變電所。電力系統(tǒng)出口斷路器斷
36、流總?cè)萘繛?00MVA。表4.1 電力線路每相的單位長度電抗近似值表格2. 計(jì)算方法三相短路電流的計(jì)算方法有歐姆值法和標(biāo)幺值法,由于歐姆值法在計(jì)算三相短路電流時(shí)需要進(jìn)行電壓等級換算,因此在此采用標(biāo)幺值法。相關(guān)物理量和公式:三相短路電路 (4-1)兩相短路電流 (4-2)三相短路電流穩(wěn)態(tài)值 (4-3)三相短路電流沖擊值:高壓 (4-4)低壓 (4-5)4.2短路電流的計(jì)算4.2.1 短路電流的計(jì)算過程1. 確定基準(zhǔn)值取 Sj=100MVA ;Uj1=10.5kV ;Uj2=0.4kV計(jì)算短路電流而 Ij1=Sj/3Uj1=5.50kA (4-6) Ij2=Sj/3Uj2=144kA (4-7)2
37、. 計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值電力系統(tǒng):Soc=200MVA X*1=100MVA/200MVA=0.5 (4-8)架空線路( Xo1=0.4 /km ):X*2= Xo1lSjUj2=1.45 (4-9)電纜線路( Xo2=0.08 /km ): X*3= Xo2lSjUj2=0.07 (4-10)電力變壓器(Uk%=4):X*T=Uk%Sj/100SNT=16 (4-11)4.2.2 短路電流計(jì)算表短路電流的具體計(jì)算結(jié)果見下表:表4.2 短路電流計(jì)算表格說明:由計(jì)算可知,一臺變壓器的電抗標(biāo)幺值為16。T分列運(yùn)行時(shí),即在最小運(yùn)行方式,X*T=16;T并列運(yùn)行時(shí),即在最大運(yùn)行方式,X
38、*T=8。4.2.3 系統(tǒng)等效電路圖經(jīng)過計(jì)算,得到短路回路中的總阻抗,繪制簡化等效電路圖如下:圖4.1 等效電路圖4.3本章小結(jié)本章對系統(tǒng)的短路電流做了詳細(xì)計(jì)算。由于電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會發(fā)生短路故障,短路故障引起的危害及其大。我們要對系統(tǒng)的短路電流做一計(jì)算,方便了解系統(tǒng)狀況,也是后面供配電系統(tǒng)設(shè)備選型的重要依據(jù)。 第五章 系統(tǒng)供配電措施供配電方案的確定屬于設(shè)計(jì)的主體部分,在這一部分,我們將根據(jù)之前章節(jié)的負(fù)荷量計(jì)算、短路電流計(jì)算等前期準(zhǔn)備工作,確定一套較為完善的供配電方案。我們需要對高壓進(jìn)線、低壓配電進(jìn)行線纜的選擇,對高壓電進(jìn)行變電后配送入戶,需要對變壓器進(jìn)行選型;為了保障用電的安全與合理
39、,我們要進(jìn)行各種高低壓設(shè)備的選型等。建工院屬于獨(dú)立辦公樓,供電面積不大,供電相對集中。高壓電經(jīng)高壓電纜引入一樓變壓間經(jīng)變壓后配電至每層。一層至五層各設(shè)一低壓配電箱。設(shè)置配電變壓所在一樓。5.1變壓器的選擇變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備,用來將交流電由一種等級的電壓與電流轉(zhuǎn)換為同頻的另一種等級的電壓與電流。2變壓器按相數(shù)分有單相、三相、或多相變壓器;按作用分,有升壓變壓器、降壓變壓器、接地變壓器;按用途分,有用于電力系統(tǒng)的電力變壓器、用于局部動力和照明的小容量變壓器以及用于傳遞信號的耦合和控制變壓器;根據(jù)繞組數(shù)量分,有自耦變壓器、兩繞組變壓器、三繞組變壓器;根據(jù)冷卻方式分,
40、有自冷干式變壓器、風(fēng)冷干式變壓器、自冷油浸式變壓器、風(fēng)冷油浸式變壓器、水冷油浸式變壓器。另外,還有一些專門用途的特種變壓器。2圖5.1 電力變壓器5.1.1 變壓器容量選擇合理選擇變壓器在智能建筑的供配電系統(tǒng)中顯得尤為重要。變壓器將來自電網(wǎng)的高壓電經(jīng)過變換后送至用戶配電箱。選擇合適的變壓器是供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵。變壓器的容量一般可以在銘牌上看到。變壓器的選擇包括容量、類型臺數(shù)的選擇。圖5.2 變壓器銘牌1. 容量1) 單臺時(shí), (5-1)2) 雙臺時(shí), (5-2)2. 計(jì)算方法 (5-3)3. 變壓器容量1) 變壓器視在容量計(jì)算: (5-4) (5-5) (5-6) (5-7) (5-8) (5-
41、9)2) 變壓器額定容量計(jì)算: (5-10)經(jīng)過計(jì)算得到變壓器計(jì)算容量為459.53KVA,額定容量為367.62KVA?;敬_定變壓器容量。5.1.2 變壓器類型及臺數(shù)選擇確定變壓器額定容量要對變壓器的型號及臺數(shù)做一選擇,變壓器類型很多,具體分類如下:1. 變壓器按相數(shù)分有單相、三相、或多相變壓器;2. 按作用分,有升壓變壓器、降壓變壓器、接地變壓器;3. 按用途分,有用于電力系統(tǒng)的電力變壓器、用于局部動力和照明的小容量變壓器以及用于傳遞信號的耦合和控制變壓器;4. 按繞組數(shù)量分,有自耦變壓器、兩繞組變壓器、三繞組變壓器;5. 按照冷卻方式分,有自冷干式變壓器、風(fēng)冷干式變壓器、自冷油浸式變壓
42、器、風(fēng)冷油浸式變壓器、水冷油浸式變壓器;6. 此外,還有一些專門用途的特種變壓器。變壓器臺數(shù)的選擇要考慮目標(biāo)建筑的負(fù)荷大小、供電方面的可靠性以及電能的質(zhì)量來決定,并結(jié)合節(jié)約電能、經(jīng)濟(jì)適用以及維護(hù)方便等要求考慮。對于此次設(shè)計(jì)的供配電系統(tǒng),我們僅考慮設(shè)置普通變壓器,所要考慮因素如下:1. 設(shè)置一臺變壓器根據(jù)負(fù)荷分級,考慮變壓器所帶的負(fù)荷級數(shù)。變壓器一、二、三級負(fù)荷時(shí),但所帶的一、二級負(fù)荷較少時(shí),并且可以從鄰近變電所獲得低壓備用電源時(shí),可以考慮選擇一臺變壓器;另外,如果變壓器僅僅帶有少量的三級負(fù)荷,也只選擇一臺變壓器,選擇容量不應(yīng)大于1250KVA,選擇節(jié)能型變壓器。2. 設(shè)置兩臺及以上變壓器變壓器
43、同時(shí)帶有一、二、三級負(fù)荷時(shí),而且一、二級負(fù)荷較多時(shí),且建筑內(nèi)設(shè)有一定的消防設(shè)備以及安全保護(hù)設(shè)備等時(shí),僅設(shè)置一臺變壓器時(shí)不能滿足要求;或者變壓器帶的三級負(fù)荷量較大或者負(fù)荷相對集中時(shí),選擇一臺變壓器不能滿足要求時(shí),我們需要根據(jù)實(shí)際情況選擇兩臺或者以上變壓器。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)屬于10KV/0.4KV供配電系統(tǒng)。國內(nèi)目前用于10kV及以下配電網(wǎng)的變壓器主要采用的類型有:普通油浸式配電變壓器S9系列,主要用于室內(nèi)變電所以及防火要求一般的場所;S11系列節(jié)能低損耗配電變壓器等;SC8、SC9干式變壓器等,用于多層或高層主體建筑內(nèi)的變電所;預(yù)裝箱式變壓器,用于城市公共配電、高層建筑、城市住宅小區(qū)等,比如ZWB
44、、XWB系列等。圖5.3 油浸式變壓器結(jié)構(gòu)圖對于此次設(shè)計(jì),根據(jù)前述所計(jì)算的容量,可知所選擇的為800KVA以下的變壓器,通常要滿足結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便等特點(diǎn),同時(shí)又要具備防火、難燃等特點(diǎn)。所以我們可以考慮選擇環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器,干式變壓器雖然相比于普通較油浸式變壓器價(jià)格較高。但由于結(jié)構(gòu)和工藝原因,可以長期免于維護(hù),而且不必加裝重瓦斯保護(hù)裝置,總體來說性價(jià)比高也更合適用于此次設(shè)計(jì)。另外,建工院屬于二級負(fù)荷,且負(fù)荷量較大,在臺數(shù)上,我們選擇兩臺。綜上所述,本工程所使用的兩變壓器型號為SC9-400-10/0.4型變壓器,記為T1和T2。圖5.4 SC9-10系列變壓器5.1.3變壓器選型表經(jīng)過前
45、述計(jì)算及選型,我們將變壓器選型列表如下:表5.1 變壓器選型表線損(KVA)鐵損(KVA)(KVA)PWL=0.06 QWL=0.08 PT=0.02 QT=0.1Sjs=0.96(補(bǔ)償后的功率因數(shù))PWL=34.75QWL=46.33PT=11.58QT=57.9331.30459.53選變壓器的公式:單臺:STN=1.25 SjsT兩臺:STN=(0.70.8)SjsT多臺:STN(工作) SjsT(+)(說明:按兩臺選擇,初選SC9-400/10.5)5.1.4 變壓器的二次整定為了保障變壓器在運(yùn)行盡可能少的發(fā)生故障,以及不正常的工作狀態(tài),需要根據(jù)變壓器的容量大小等對其設(shè)置專用的保護(hù)裝置
46、,對變壓器進(jìn)行二次整定。選取的變壓器型號為SC9-400-10/0.4,共兩臺。對所選取的變壓器進(jìn)行二次整定,包含以下保護(hù)項(xiàng)目。1. 過流保護(hù)整定原則公式: (4-10)其中:計(jì)算得: (4-11)靈敏度檢驗(yàn)公式: (4-12)計(jì)算得: (4-13)檢驗(yàn)結(jié)果:檢驗(yàn)?zāi)康模寒?dāng)T進(jìn)線柜中的二次保護(hù)裝置安裝位到末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),延時(shí)跳閘。2. 速斷保護(hù)整定原則公式: (4-14)其中:計(jì)算得: (4-15)靈敏度校驗(yàn)公式: (4-16)計(jì)算得:檢驗(yàn)結(jié)果:檢驗(yàn)?zāi)康模簭腡進(jìn)線控制柜中的二次保護(hù)裝置安裝位到低壓母線,當(dāng)時(shí),瞬間跳閘并有報(bào)警信號。3. 副邊單相接地整定原則公式: (4-17)計(jì)算得: (4-18
47、)整定結(jié)果:校驗(yàn)?zāi)康模簭腡的副邊到末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),瞬間跳閘。4. 過負(fù)荷保護(hù)整定原則公式: (4-19)計(jì)算得:整定結(jié)果:整定目的:在末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),不跳閘但有報(bào)警信號。變壓器整定結(jié)果下表。表5.2 變壓器二次整定表保護(hù)項(xiàng)目動作整定值 過流保護(hù)速斷保護(hù)整定原則公式整定計(jì)算過程Kk=1.3 Kjx=1 Kzf=1.5 KTA=4TN1=S/U1=23.09AgD=13.24AKk=1.3 Kjx=1 KTA=4(3)maxd2-1=(3)maxd2X(N2/N1)=0.69KASD=224.3A整定結(jié)果gD=14ASD=225A靈敏度檢驗(yàn)公式計(jì)算過程KTA=4 gD=14AKImg=6.06 K
48、TA=4 =225AKIms=2.62檢驗(yàn)結(jié)果KImg1.5KIms2各校驗(yàn)原則目的當(dāng)T進(jìn)線柜中的二次保護(hù)裝置安裝位到末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),延時(shí)跳閘。從T進(jìn)線控制柜中的二次保護(hù)裝置安裝位到低壓母線,當(dāng)時(shí),瞬間跳閘并有報(bào)警信號。保護(hù)項(xiàng)目動作整定值副邊單相接地過負(fù)荷備注整定原則公式接線系數(shù),取值與接線形式有關(guān);最大負(fù)荷系數(shù),取值為1.3-1.5;可靠動作系數(shù),與KA類型有關(guān),取值1.2或者1.3;過負(fù)荷保護(hù)的與變壓器過負(fù)荷能力有關(guān),取值1.05-1.1。電壓繼電器返回系數(shù),取0.85;電流互感器匝數(shù);整定計(jì)算過程ITN2=S/3U2=577.3AKTA=100DD=1.88ATN1=SU1=23.09A
49、KTA=4gfD=7.5A整定結(jié)果DD=2AgfD=8A靈敏度檢驗(yàn)公式計(jì)算過程檢驗(yàn)結(jié)果各校驗(yàn)原則目的從T的副邊到末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),瞬間跳閘。在末端負(fù)荷,當(dāng)時(shí),不跳閘但有報(bào)警信號。5.2 高、低壓開關(guān)設(shè)備的選擇在智能建筑供配電系統(tǒng)中,高低壓開關(guān)設(shè)備的選擇可以保障系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行,在進(jìn)行高低壓開關(guān)設(shè)備選擇時(shí),設(shè)備應(yīng)滿足在正常情況下正常工作的電壓、電流要求,還要滿足非正常情況下要承受的沖擊電流產(chǎn)生的效應(yīng)。在選擇時(shí)要考慮電壓原則、電流原則、熱穩(wěn)、動穩(wěn)等原則。具體選擇如下。5.2.1 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇1. 電壓選擇原則(UNUx)高壓進(jìn)線柜中高壓斷路器QF:10KV10KV高壓隔離開關(guān)QS:10KV10KV高壓進(jìn)線柜中電流互感器:10KV10KV高壓進(jìn)線柜中電壓互感器:6310KV校驗(yàn)原則目的:防絕緣損壞。2. 電流原則(INIjs)高壓進(jìn)線柜中高壓斷路器QF:630A26.55A高壓隔離開關(guān)QS:400A26.55A高壓進(jìn)線柜中電流互感器:30A26.55A高壓進(jìn)線柜中電壓互感器:免校校驗(yàn)原則目的:保證長期正常運(yùn)行的耐熱能力。3. 熱穩(wěn)校驗(yàn)
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