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kv變電站一次設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u11479摘要 1298391緒論 3134841.1概述 3180381.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 348382變電站分析與主變壓器選擇 3326662.1變電站總體分析 3320372.2負(fù)荷分析 3195812.3主變壓器選擇 435173電氣主接線設(shè)計(jì) 5262623.1電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求和原則 5181603.2各電壓級(jí)電氣主接線設(shè)計(jì) 5253754短路電流計(jì)算 574394.1短路電流計(jì)算的目的 6126014.2短路電流的計(jì)算 698524.3電流互感器的選擇 626554.4變電站結(jié)構(gòu)設(shè)備選型 7186604.5接線圖 9284755電氣設(shè)備選擇 9136145.1電氣設(shè)備選擇的一般原則與技術(shù)要求 10236445.2導(dǎo)體的選擇 10204615.3高壓電器的選擇 10320936電氣總平面設(shè)計(jì)及配電裝置 10210796.1變電站電氣總平面初步布置 1067776.2配電裝置的分類(lèi)與設(shè)計(jì)要求 1141167過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合 1170827.1電力系統(tǒng)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)必要性 11287717.2直擊雷保護(hù) 1155647.3雷電侵入波保護(hù) 12238968結(jié)論 1214589參考文獻(xiàn) 141緒論概述電力生產(chǎn)的基本特征之一是發(fā)電、輸送、轉(zhuǎn)換和配電同時(shí)完成,即發(fā)電廠需要同時(shí)輸出用戶消耗的電能,其中大部分大型發(fā)電廠位于遠(yuǎn)離用戶的偏遠(yuǎn)地區(qū)。發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能不能直接傳輸,但需要通過(guò)變壓器升壓,通過(guò)高壓輸電線遠(yuǎn)距離傳輸,并從變電站多次降壓,才能提供給用戶。220kV變電站是我國(guó)電網(wǎng)的骨干。它可以將110kV側(cè)的電壓從高壓轉(zhuǎn)換為110kV側(cè)的低壓,并最終傳輸給用戶。因此,作為電力系統(tǒng)的重要組成部分,220kV變電站的建設(shè)和管理是十分必要的。1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為滿足某地區(qū)的供電需要,提高居民用電質(zhì)量。根據(jù)原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),本文主要研究設(shè)計(jì)一座220kV變電站的一次部分,設(shè)計(jì)主要包括:主接線設(shè)計(jì):根據(jù)變電站主接線工程設(shè)計(jì)可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的基本原則、基本接線方法和形式,選擇合適的主接線設(shè)計(jì)方案。主變壓器的選擇:無(wú)論何種類(lèi)型的變壓器,主變壓器都被認(rèn)為是變電站中最重要的設(shè)備,承擔(dān)著通過(guò)電網(wǎng)電壓傳輸電力的重要任務(wù)。它是變電站電氣主接線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和依據(jù),是保證供電可靠性和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。短路電流計(jì)算:主要用于各種電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)選型和短路選線。它是理論數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。2變電站分析與主變壓器選擇2.1變電站總體分析根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)建設(shè)計(jì)劃,將新建一座220kV降壓變電站。變電站設(shè)計(jì)為三級(jí)電壓,電壓為220/110/10kV。變電站的停電不僅對(duì)廠區(qū)、農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)和居民的日常用電產(chǎn)生重大影響,而且影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。整個(gè)區(qū)域的可靠性要求很高。車(chē)站位于郊區(qū)西北部,位于平原上。一般地勢(shì)平坦,交通便利。防洪站高度每100年超過(guò)一次防洪標(biāo)準(zhǔn),地震烈度小于5度。該地區(qū)最熱月份日均氣溫約21℃,年平均氣溫5℃,最高絕對(duì)溫度40℃,土壤溫度約8℃;海拔127.95米。2.2負(fù)荷分析110kV側(cè)出線10回(其中備用2回)。1.110kV側(cè)有兩回出線供給東部工業(yè)區(qū),工業(yè)區(qū)內(nèi)包含機(jī)械廠、化工廠和水泥廠等大型重要生產(chǎn)企業(yè),要求供電可靠性很高。2.變電站東北部為礦場(chǎng),是重要的電力用戶,同樣要求很高的供電可靠性。3.三條市區(qū)線分別向南部城區(qū)的西部、中部和東部供電,該城市西部有軍隊(duì)駐地以及政府部門(mén),東部有醫(yī)院、大學(xué)城和機(jī)場(chǎng),必須要求供電可靠,城市中部主要為生活用電和商業(yè)用電。4這條縣城供電線路是向西南方向的舊縣城城區(qū)區(qū)域進(jìn)行供電,該縣城線的主要用途是用于作為大型農(nóng)業(yè)、生活用電設(shè)施和商業(yè)辦公設(shè)施的用電,一、二類(lèi)負(fù)荷占總?cè)萘康谋戎叵鄬?duì)較低,故對(duì)供電可靠性一般要求不高。5.農(nóng)電線主要向郊區(qū)農(nóng)村用戶供電,主要負(fù)荷為灌溉、排澇、照明等,季節(jié)性較明顯。表2-1變電站110kV側(cè)負(fù)荷資料負(fù)荷最大負(fù)載(MW)負(fù)荷組成(%)功率因數(shù)Тmax(h)線路長(zhǎng)(km)備注近期遠(yuǎn)景ⅠⅡⅢ工業(yè)區(qū)60704030300.950005向東出線礦場(chǎng)20252035450.9500015向東北出線市區(qū)130352040400.9500010向南出線市區(qū)230352020600.9500010同上市區(qū)330352025550.9450010同上縣85350030向西南出線農(nóng)85400035同上備用線302530450.85備用線202530450.852.3主變壓器選擇在變電站中,用于改變電力系統(tǒng)和用戶之間電壓等級(jí)的變壓器稱為主變壓器,在變電站的設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用。選擇主變壓器。一般來(lái)說(shuō),在110KV以上的大中型變電站中,當(dāng)主變壓器發(fā)生故障或大修時(shí),必須至少安裝兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的大型主變壓器,這樣可以有效地降低單臺(tái)變壓器的容量,節(jié)省投資。選擇兩臺(tái)主變壓器。選擇主變壓器的類(lèi)型。主變壓器的選擇包括相數(shù)、繞組數(shù)、繞組連接方式、調(diào)壓方式等的選擇。330kV及以下變電站的變壓器分為三相變壓器和單相變壓器,通常選用三相變壓器。由于銷(xiāo)售價(jià)格高,占地面積大,與三相變壓器相比,運(yùn)行成本高??紤]到運(yùn)輸、成本等因素,變電站主變壓器采用三相變壓器。根據(jù)繞組數(shù)量,變壓器可分為三種類(lèi)型:雙繞組、自耦繞組和低壓繞組。由于變電站需要高壓并聯(lián)補(bǔ)償器,設(shè)計(jì)中采用了三繞組變壓器。3電氣主接線設(shè)計(jì)3.1電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求和原則對(duì)電氣主接線的基本要求,精簡(jiǎn)來(lái)講是應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求。根據(jù)國(guó)家能源部關(guān)于《220~500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》SDJ2-88規(guī)定:“變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位,變電所的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件決定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作方便檢修、投資節(jié)約和便于過(guò)渡或擴(kuò)建等要求。”可靠性電力生產(chǎn)的主要任務(wù)是保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。然而,在分析中應(yīng)考慮以下因素的相對(duì)可靠性:斷路器的維護(hù)是否影響電源;斷路器或母線故障;母線或母線絕緣開(kāi)關(guān)檢修會(huì)影響線路數(shù)量和長(zhǎng)時(shí)間停電,能保證所有一次負(fù)荷和大部分二次負(fù)荷的供電;如果整個(gè)電站的電源被切斷,可能會(huì)發(fā)生電源故障。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家,供電可靠性通常占家庭每年無(wú)停電供電時(shí)間的20%。彈性為了滿足不同運(yùn)行模式下的不同運(yùn)行要求,變壓器和線路可以輕松切換,電源和負(fù)荷可以分配??煞奖?、安全地關(guān)閉斷路器、母線和二次設(shè)備,但不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行和對(duì)終端的供電。根據(jù)供電規(guī)劃的技術(shù)要求,應(yīng)便于原供電線路的調(diào)整和擴(kuò)建,在盡可能短的時(shí)間內(nèi)不停電或不停電,在新機(jī)組,新變壓器和新線路不會(huì)相互干擾。3.2各電壓級(jí)電氣主接線設(shè)計(jì)主接線形式的選擇,主要取決于進(jìn)出線的連接數(shù)量以及所帶負(fù)荷的性質(zhì)。根據(jù)2012年12月國(guó)家能源局正式發(fā)布的《220kV~750kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5218-2012中規(guī)定:在我國(guó)電力系統(tǒng)的220kV變電站中,220kV配電裝置設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在其出線回路數(shù)為4回及以上時(shí),宜優(yōu)先考慮選擇采用雙母線接線。110kV高壓配電裝置,當(dāng)出線回路數(shù)大于等于6回時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮采用雙母線或雙母線分段接線,10kV配電裝置宜采用單母線接線,并根據(jù)主變壓器臺(tái)數(shù)來(lái)合理確定分段的數(shù)量。4短路電流計(jì)算4.1短路電流計(jì)算的目的1.進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn);2.進(jìn)行繼電保護(hù)的整定計(jì)算;4.2短路電流的計(jì)算高壓短路時(shí)的短路電流計(jì)算一般會(huì)選擇使用標(biāo)幺制來(lái)計(jì)算。標(biāo)幺制中每一個(gè)值的物理量均用標(biāo)幺值來(lái)加以體現(xiàn)。標(biāo)幺值是一種相對(duì)的單位制,其有名值與基準(zhǔn)值兩個(gè)值之比用來(lái)作為一個(gè)電路參數(shù)規(guī)定對(duì)應(yīng)的的標(biāo)幺值,即:4.3電流互感器的選擇(1)電流互感器的選擇額定工作電壓額定工作電流IN根據(jù)以上的條件,選擇LCWB-220型電流互感器,主要技術(shù)規(guī)格為表5-7表5-7LVQB(T)-220型號(hào)額定電流比(A)準(zhǔn)確級(jí)次熱穩(wěn)定電流(kA)(3S)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)LVQB(T)-2202750/50.263160(2)電壓互感器的選擇220kV側(cè)戶外配電裝置選用的互感器其二次側(cè)的電壓滿足選出型電壓互感器,主要技術(shù)規(guī)程為表5-8表5-8型號(hào)額定電壓(kA)二次負(fù)荷(kA)初級(jí)繞組次級(jí)繞組剩余電壓繞組0.2級(jí)0.5級(jí)1.0級(jí)3.0級(jí)1503004.4變電站結(jié)構(gòu)設(shè)備選型配電裝置按電器裝設(shè)地點(diǎn)和所需場(chǎng)景的不同,可分為屋外、屋內(nèi)兩種形式的配電裝置。屋外配電裝置。屋外的配電裝置有可以分為:中型配電裝置、高型配電裝置和半高型配電裝置。中型配電裝置。中型配電設(shè)備的所有電氣設(shè)備均位于同一平面上,當(dāng)前零件相對(duì)于地面保持一定的安全高度。優(yōu)點(diǎn)是電氣設(shè)備位置好,不易由維修人員操作不當(dāng),施工方便,常規(guī)維修,可靠運(yùn)行,省內(nèi)變電站建設(shè)成本低。但缺點(diǎn)是占用面積過(guò)大,通常用于110kV-500kV變電站項(xiàng)目。高型配電裝置高型分布裝置是一組母線和隔離開(kāi)關(guān)與另一組母線和隔離開(kāi)關(guān)上下重疊。優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省空間。但缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)要求鋼成本高,平均尺寸相對(duì)于經(jīng)濟(jì)效果不太明顯,維修不便。220kV電壓變電站的建設(shè)一般會(huì)采用高型。半高型配電裝置。半高配電裝置電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)的位置重疊。它的優(yōu)缺點(diǎn)在于兩種類(lèi)型之間。屋內(nèi)配電裝置。內(nèi)部配電裝置按布置類(lèi)型可定義為三種,分別為三層、二層、一層。三層類(lèi)型是根據(jù)每個(gè)電器的重量,將所有電器放置在單獨(dú)的層中。其優(yōu)點(diǎn)是安全、可靠性、占地面積小。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,操作維護(hù)不便,目前已經(jīng)很少使用。二層主要放置開(kāi)關(guān)和反應(yīng)器等,第一層用于放置較重的設(shè)備。雙層具有成本低、常規(guī)維修保養(yǎng)方便的優(yōu)點(diǎn),但占地面積大。單層所需的土地面積大,目前采用成套開(kāi)關(guān)柜通行,減少占地面積。穿墻套管選擇條件型式:一般采用鋁導(dǎo)體穿墻套管(2)電壓:(3)電流::穿墻套管安裝處最大持續(xù)工作電流。:穿墻套管的額定電流(當(dāng)環(huán)境溫度不等于40℃時(shí),應(yīng)進(jìn)行修正,方法與斷路器相同)(4)熱穩(wěn)定:(5)動(dòng)穩(wěn)定:(N)Fmax式中:套管本身長(zhǎng)度(m);套管端部至最近一個(gè)支柱絕緣子間的距離(m)。限流電抗器的選擇與校驗(yàn)電抗器在選擇時(shí)需要注意的部分:a電壓:b電流:(對(duì)的修正同斷路器)c動(dòng)穩(wěn)定:Ic?≥id熱穩(wěn)定:e電抗百分值:式中:電抗器保證正常工作時(shí)的電流(A);負(fù)荷功率因數(shù)角(一般取)4.5接線圖圖4-1220kv接線圖5電氣設(shè)備選擇5.1電氣設(shè)備選擇的一般原則與技術(shù)要求能夠滿足各種電力系統(tǒng)工作條件的性能要求,充分考慮未來(lái)的前景;應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和長(zhǎng)期工作條件進(jìn)行選擇和校準(zhǔn);努力做到技術(shù)先進(jìn),降低成本;;符合整個(gè)工程的施工規(guī)范;選擇同類(lèi)設(shè)備,盡量減少品種;選擇的新材料產(chǎn)品必須有可靠的實(shí)驗(yàn)支持,并通過(guò)正式認(rèn)證確定為合格。未經(jīng)正式認(rèn)證確定合格的新產(chǎn)品,在使用時(shí)須經(jīng)有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)。海拔條件:當(dāng)平均海拔低于1000米時(shí),無(wú)需特別考慮;海拔1000m~4000m時(shí),最高工作電壓每升高100m下降1%。對(duì)于海拔超過(guò)1000米的區(qū)域,通常應(yīng)考慮高原產(chǎn)品或具有較高外部絕緣的產(chǎn)品。環(huán)境條件:在空氣或惡劣環(huán)境如易覆蓋冰雪的地區(qū),一些電氣設(shè)備應(yīng)考慮選擇絕緣增強(qiáng)或更高電壓的產(chǎn)品。中國(guó)電氣設(shè)備使用的額定環(huán)境溫度分別為+40℃和+25℃。5.2導(dǎo)體的選擇導(dǎo)體材料絕大多數(shù)采用銅和鋁。由于銅的電阻率低,機(jī)械運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大,抗腐蝕性能強(qiáng),但是價(jià)格貴。鋁的電阻率相比于銅高,機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)于銅低,其耐腐蝕性也相對(duì)較差但其密度比銅低,且其儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低。因此本所主要采用鋁作為導(dǎo)體材料。5.3高壓電器的選擇高壓斷路器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)它所安裝的地點(diǎn)、環(huán)境狀況以及所采取的技術(shù)條件等進(jìn)行選型,還應(yīng)當(dāng)綜合考慮是否便于施工及正常運(yùn)行和維護(hù),并對(duì)之作出必要的技術(shù)分析。選擇斷路器的技術(shù)指標(biāo)如下1.額定電壓選擇:U2.額定電流選擇:I6電氣總平面設(shè)計(jì)及配電裝置6.1變電站電氣總平面初步布置依據(jù)屋外的電氣設(shè)備及其母線所布置的標(biāo)高和類(lèi)型,屋外的配電設(shè)施一般可以劃分為中型、半高型、高型和GIS型,而的中型配電裝置又一般可以劃分為常規(guī)的普通中型和分相中型。本變電站一共具有220/110/10kV三個(gè)電壓等級(jí),本工程設(shè)計(jì)中220kV的配電裝置經(jīng)分析比較,選擇使用管型母線分相中型布置的屋外配電裝置,110kV配電裝置選擇使用搭配軟母線的半高型布置的屋外配電裝置。出線方向采取南北走向。屋內(nèi)得高壓配電設(shè)備按其需要安放型式來(lái)說(shuō)可以詳細(xì)劃分為單層、二層、三層式三種,6~10kV的配電裝置在出線沒(méi)有任何電抗器的情況下可以采用單層式,且大部分都是成套式高壓電源開(kāi)關(guān)柜。本站中10kV的配電裝置由于出線沒(méi)有安裝任何電抗器,所以選擇一個(gè)的單層式成套開(kāi)關(guān)柜的屋內(nèi)配電裝置。10kV配電裝置安裝于220kV和110kV配電裝置中間的區(qū)域,每臺(tái)主變搭配一套獨(dú)立的配電裝置。電容器和站用變安裝于各自的配電裝置附近。6.2配電裝置的分類(lèi)與設(shè)計(jì)要求屋內(nèi)配電設(shè)備按照安裝發(fā)生,一般通??梢苑譃槿龑邮健⒍邮胶蛦螌邮?。單層式:為了適合于6~10kV的高壓出線沒(méi)有裝設(shè)電抗器的情況,通常需要選擇采用成套高壓開(kāi)關(guān)柜。雙層式:主要應(yīng)用于6~10kV的出線安裝有電抗器的情況,它主要是將斷路器和電抗器同樣布置在底層的基礎(chǔ)上,將母線和隔離開(kāi)關(guān)一起布置在第二層。但是缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)比較高,運(yùn)行和檢修不方便,但是其優(yōu)點(diǎn)是在于占地面積少。三層式:用于6~10kV出線帶電抗器的情況,將電抗器布置在最底層,短路器布置在第二層,母線和隔離開(kāi)關(guān)布置在最高層。7過(guò)電壓保護(hù)及絕緣配合7.1電力系統(tǒng)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)必要性變電站的防雷保護(hù)主要用于預(yù)防以下幾種雷害:直擊雷、反擊雷、感應(yīng)雷和延輸電線路傳播的雷電侵入波。雷云放電產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓最高可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)兆伏,對(duì)各種電氣設(shè)備的內(nèi)、外絕緣有嚴(yán)重威脅。此外,當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí),三繞組變壓器的低壓繞組會(huì)感應(yīng)出很高的電壓從而破壞其絕緣,嚴(yán)重的情況會(huì)使變壓器報(bào)廢。因而,變電站的防雷保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)是非常重要,也是十分必要的。7.2直擊雷保護(hù)本實(shí)用新型涉及一種可選擇避雷器、避雷器導(dǎo)線、接地網(wǎng)等的直擊雷過(guò)電壓保護(hù)裝置。中國(guó)大多數(shù)變電站采用多個(gè)避雷器進(jìn)行聯(lián)合保護(hù),只有少數(shù)變電站直接采用線路防雷。因此,變電站選擇直接使用多個(gè)避雷器進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)。獨(dú)立避雷器應(yīng)單獨(dú)安裝接地裝置。工頻接地電阻一般應(yīng)小于10m,接地裝置、閃變裝置與日常巡檢人員的距離應(yīng)大于5m,并采取一定的電壓平衡措施。批準(zhǔn)110kV及以上配電設(shè)備應(yīng)采用避雷器結(jié)構(gòu),避雷器應(yīng)單獨(dú)安裝在土壤電阻率大于1000Ω·M的區(qū)域。7.3雷電侵入波保護(hù)能限制雷電侵入波的手段是因?yàn)檎_安裝避雷器,正確選擇避雷器的類(lèi)型、參數(shù)、數(shù)量和安裝位置是保證防護(hù)效果的重要前提。當(dāng)一個(gè)變壓器的三個(gè)出線套管的端部均安裝了一個(gè)有效的避雷器,且這個(gè)避雷器的沖擊放電電壓和殘壓均低于這個(gè)變壓器的沖擊絕緣的水平時(shí),它就能得到可靠的防護(hù)。按間隙結(jié)構(gòu)分類(lèi),可分為無(wú)間隙型避雷器和有間隙型避雷器;按所使用的非線性電阻片材料分類(lèi),可分為碳化硅閥式避雷器和金屬氧化物避雷器;按外殼材質(zhì)分類(lèi),可分為瓷殼避雷器、復(fù)合外套避雷器和罐式避雷器;按標(biāo)稱放電電流分類(lèi),主要有20、15、10、5、2、1kA等。220kV設(shè)備絕緣配合220kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平如下表。表1220kV設(shè)備耐壓及保護(hù)水平(單位:kV)試驗(yàn)電壓設(shè)備名稱設(shè)備耐受電壓值雷電沖擊保護(hù)水平雷電沖擊耐受電壓短時(shí)工頻耐受電壓全波截波變壓器9501050360全波:950/532=1.78截波:1050/594=1.76高壓電器類(lèi)10501050(TA)395全波:950/532=1.78高壓電力電纜1050395全波:950/532=1.788結(jié)論220kV變電站從電力系統(tǒng)側(cè)接受電能降壓后向用戶供電,是本地一所非常重要的地區(qū)變電站。在變電站電氣部分設(shè)計(jì)中,由于本變電站為重要的地區(qū)變電站,不僅向附近城區(qū)供電,同時(shí)還起著傳送穿越功率的作用。為保證供電可靠性和靈活性,保證在檢修斷路器時(shí)不停電,220kV電壓等級(jí)的主接線應(yīng)為帶旁路母線的雙母線接線;對(duì)于110kV電壓等級(jí)主接線形式,變電所110kV側(cè)主要與次級(jí)變電站及部分重要用戶相連,短時(shí)停電也會(huì)造成較大損失,故也采取帶旁路母線的雙母線接線,并設(shè)置專(zhuān)用母聯(lián)和旁路斷路器,保證檢修斷路器時(shí)不短時(shí)停電10kV側(cè)不向外供電,只接本站站用電及無(wú)功補(bǔ)償裝置,則可適

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