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第一章 短路电流计算1、短路计算的目的、规定与步骤1.1 短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中, 短路电流计算是其中的一个重要环节。 其计算的目的主要有以下几方面:在选择电气主接线时, 为了比较各种接线方案, 或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算。在选择电气设备时, 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、 可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。例如:计算某一时刻的短路电流有效值, 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值; 计算短路后较长时间短路电流有效值, 用以校验设备的热稳定; 计算短路电流冲击值,用以校验设备动稳定。在设计屋外高压配电装置时, 需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。1.2 短路计算的一般规定(1)计算的基本情况1 )电力系统中所有电源均在额定负载下运行。2 )所有同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁) 。3)短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。4)所有电源的电动势相位角相等。5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。(2)接线方式计算短路电流时所用的接线方式, 应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式) ,不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。1.3 计算步骤(1)画等值网络图。1 )首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。2)选取基准容量Sd和基准电压Uc (一般取各级电压的1.05倍)。3)将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。4)绘制等值网络图,并将各元件电抗统一编号。(2)选择计算短路点。(3)化简等值网络:为计算不同短路点的短路值,需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络, 并求出各电源与短路点之间的总电抗的标幺 *值X 0(4)求计算无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值I k(3)* 。(5)计算三相短路电流周期分量有效值I k(3) 和三相短路容量Sk(3) 。2、参数计算及短路点的确定基准值的选取:Sd100MVA2.1 变压器参数的计算(1)主变压器参数计算由表查明可知: U12% 10.5 U13% 18 U23% 6.5SN75MVA121323U1%0.5(U12%U13%U23%)0.5*(18+1056.5)=11U2%0.5U12%U23%U13%)0.5*(10.5+6518)=-0.52122313U3%0.5(U13%U23%U12%)0.5*(18+6510.5)=73132312电抗标幺值为:* U1% SD 11X1-100 SN 100v*U2%SD-0.5X2 100SN100、,*U3%SD7X3100SN1001007510075100750.1467-0.00670.0933(2)站用变压器参数计算由表查明:Uk% 4 SN 500KVA 0.5MVA Uk%* Sd4 *100。X* *8100 Sn 100 0.5(3)系统等值电抗架空线:X L1 X L2 0.4018*72 28.9296所以:X L 0.5XL1-S2 0.5 28.9296 2 0.1094X X Uc1152.2、 .短路点的确定此变电站设计中,电压等级有四个,在选择的短路点中,其中110KV进线处 短路 与变压器高压侧短路,短路电流相同,所以在此电压等级下只需选择一个短路点;在另外三个电压等级下,同理也只需各选一个短路点依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择,网络等值图如下:10KV35KV图3系统等值网络图2.3、 各短路点短路电流计算短路点d-1的短路计算(110KV母线)网络简化如图所示:图4 d-1点短路等值图0.1094(3)* k0.10949.141IdSd、3U c c1003 *1150.502 KAlk3)I (3)*I kId 9.1410.5024.5888sk3) Sd 20914.08 MVAX 0.1094ish2.55I13)2.554.588811.70144 KAI sh1.51Ik3)1.514.58886.9291 KA短路点d-2的短路电流计算(35KV母线)简化网络如图所示:图5 d-2点短路等值图0.1794* * * * * *X XL (X1 X2)/(X1 X2) 0.1094 (0.1467-0.0067) /(0.1467- 0.0067)10.17945.5741(3)*KSdSd* X.3 UcI (3)* I k d1000.17941003 37557.41MVA1.5604KA5.5741 1.5604 8.6978KAIsh 1.51Ik3) 1.51 8.6978 13.1338KA ish 2.55I k3) 2.55 8.6978 22.1796KA短路点d-3的短路电流计算(10KV母线)网络简化如图所示:图6 d-3点短路等值图X* X; (X; X;)/(X; X;) 0.1094 (0.1467 0.0933)/(0.1467 0.0933) 0.2294(3)*K4.35920.2294S + 禺 435.9198MVAIdSd3 Ucc100.3 10.55.4985KAI13) Ik3)* Id 4.3592 5.4985 23.9691 KAish 2.55lk3) 2.55 23.9691 61.1211KA1sh 1.51I k3) 1.51 30.6343 36.1933KA短路点d-4的短路电流计算(380V母线)网络简化如图所示:图7 d-4点短路等值图* *XX4 0.2294 8.2294(3)*K0.12158.2294Sd1001dd144.3375 KA,3 Uc 3 0.4Sk3) -S*10012.1515MVAX 8.2294Ik3) Ik3)* 1d 0.1215 144.3375 17.5392KAish 2.55I13) 2.55 17.5392 44.7251KA1sh 1.51I k3) 1.51 17.5932 26.4843KA计算结果如表显示短路 点编 号基值电压Uc(kV)基值电流Id(kA)支路名 称总电抗 标幺值*X短路电流 周期分量 有效值的 标幺值(3)*I K短路电流周期分量有效(3)值 1K (KA)短路电流冲击值ish (KA)全电流功效值I sh (KA)短路容量(3)SK (MVA)公式Sd1*XI*II kI dC LL (3)2.55 I KY 一 (3)1.51I KSd*Xd-11150.502110kv0.10949.1414.588811.701446.9291914.08d-2371.560435kv0.17945.37348.697822.179413.1337537.34d-310.55.498510kv0.22944.359123.969161.121136.1933435.91d-40.4144.33750.38kv8.22940.121517.539244.725126.484312.15第二章设备选择或校验计算1、断路器的选择和校验1.1、断路1、110KV母线侧断路器的选择及校验110KV母线侧断路器中包括110KV主变侧断路器,110KW联断品&器和110KV 双母分段断路器。1)电压:Ua 110KV , UN 110KV ,所以 Ua UNOgg2)电流:查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流I & max 220.4A ,g .maxI a max 220.4A IN 1250A,因此选择型号为g .maxNSW6 110/1250 15.8的断路器,参数见表。校验:3)开断电流:IdtI k(3)4.5888KA Ikd 15.8KA ,符合。4)动稳定:ish 11.70144KA imax 41KA,符合。It2k)/12 I s2htshmax5)热稳定:Qk tk(I2 10It2k/22 4 192.0497 KA 2 SQtIt2t 15.82 4 998.56KA2 SQkQt综上校验,所选型号为 SW6 110 /1250 15.8 的断路器符合要求。1.2、 110KV进线侧断路器的选择及校验110KV进线侧断路器是指本变到系统两回路的断路器。1)电压:U 110KV , UN 110KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表可知110KV进线侧回路持续工作电流1amax 370.5A, g .maxI ma 370.5 A g .maxI N1250 A ,因此选择型号为SW6 110 /125015.8 的断路器,参数见表。校验:此断路器型号与110KV母线侧断路器型号一样,故这里不做重复检验。1.3、 110KV 出线侧断路器的选择及校验110KV出线侧断路器是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的断路器。1)电压:U 110KV , UN 110KV ,所以 U UN。gg2)电流:查表可知110KV出线侧回路持续工作电流I amax 185.25A, g .max1gmax185.25A IN 1250A,因此选择型号为.SW6 110 /1250 15.8 的断路器,参数见表。校验:此断路器型号与110KV 母线侧断路器型号一样,故这里不做重复检验。1.4、 35KV 母线侧断路器的选择及校验35KV母线侧断路器包括35KV主变侧断路器和35KV单母分段断路器。1)电压:U 35KV , U N 35KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表可知35KV母线侧回路持续工作电流1amax 693A , g.maxIgmax 693A IN 1000A,因此选择型号为 SW2 35/1000 24.8 .的断路器,参数见表。校验:3)开断电流:I dt I k(3) 8.6978 KA I kd 24 .8KA ,符合。4)动稳定:i sh 22.1794 KA im ax 63 .4 KA ,符合。QF稳融”2 10I;l2)/12IShtkkQk tk(I 2 120I t2k4/ 2 3I t28k)2/.1828KAI s2h2t S13.13372 4 689.9763KA2?SQtIt2t 24.82 4 2460.16KA2 SQk Qt综上校验,所选型号为 SW2 35 /1000 24.8的断路器符合要求。35KV 出线侧断路器是指本变经35KV 母线到清溪、 赤岩变、 外塘变回路的断 路器。1)电压: U 35KV , U N 35KV ,所以 U UN gg2)电流:查表26 可得知35KV 出线侧回路持续工作电流I 310.5A ,g.maxI a max 310.5A IN 1000A,因此选择型号为g .maxNSW2 35 /1000 24.8 的断路器,参数见表。校验:此断路器型号与35KV母线侧断路器型号一样,故这里不做重复检验。1.6、 10KV 母线侧断路器的选择及校验10KV母线侧断路器包括10KV主变侧断路器和10KV单母分段断路器。1)电压:U 10KV , UN 10KV ,所以 U UN。gg2)电流:查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流lamax 2423A , g .maxI g max 2423A I N 3000A ,因此选择型号为 .SN10 10 / 3000 43.3 的断路器,参数见表。校验:3)开断电流: IdtI k(3) 23.9691 KA Ikd 43.3KA ,符合。4)动稳定: i sh 61.1211 KA imax 63 .4 KA ,符合。5)热稳定:Qk tk(I 2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 36.19332 4 5239.8198KA2?SQtIt2t 43.32 4 7499.56 KA 2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为 SN10 10 / 3000 43.3 的断路器符合要求。1.7、 10KV 出线侧断路器的选择及校验10KV 出线侧断路器是指本变经10KV 母线到医院、 化工厂等各负荷出线回路的断路器。1)电压: U 10KV , UN 10KV ,所以 U UN。 gg2)电流:查表26可得知10KV出线侧回路持续工作电流1amax 340A, g .maxIqmax 340A IN 1250A,因此选择型号为 SN10 10/1250 43.3 .的断路器,参数见表。校验:3)开断电流: Idt I k(3) 23.9691 KA Ikd 43.3KA ,符合。4)动稳定:i sh61.1211 KA im ax130 KA ,符合。5)热稳定:Qk tk(I 2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 36.19332 4 5239.8198KA2?SQt It2t 43.32 4 7499.56 KA 2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为 SN10 10 /1250 43.3 的断路器符合要求。2、隔离开关的选择和校验2.1、 110KV母线侧隔离开关的选择及校验110KV母线侧隔离开关中包括110KV主变侧隔离开关,110KV母联隔离开关 和 110KV 双母分段隔离开关。1)电压:U 110KV , UN 110KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流I a max 220.4A ,g .maxI 220.4 A I N 600A, 因此选择型号为 GW4 110/ 600 CJ5 g .maxN的隔离开关,参数见表。校验:3)动稳定:i sh 11 . 70144 KA i m ax 50 KA ,符合。4)热稳定:Qk tk(I 2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 6.92912 4 192.0497KA2?SQt I t2t 162 4 1024KA 2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为GW4 110/600 CJ5的隔离开关符合要求。2.2、 110KV进线侧隔离开关的选择及校验110KV进线侧隔离开关是指本变到系统两回路的隔离开关。1)电压:U 110KV , UN 110KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表26可得知110KV进线侧回路持续工作电流I a max 370.5A , g .maxI max 370.5 A IN 600A, 因此选择型号为 GW4 110/600 CJ5 .的隔离开关,参数见表。校验:此隔离开关型号与110KV 母线侧隔离开关型号一样,故这里不做重复检验。2.3、 110KV出线侧隔离开关的选择及校验110KV出线侧隔离开关是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的隔离开关。1)电压:U 110KV , UN 110KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表26可得知110KV出线侧回路持续工作电流1amax 185.25A, g .maxI 185.25A I N 600A ,因此选择型号为g .maxNGW4 110 / 600 CJ 5的隔离开关,参数见表。校验:此隔离开关型号与110KV 母线侧隔离开关型号一样,故这里不做重复检验。2.4、 35KV母线侧隔离开关的选择及校验35KV母线侧隔离开关包括35KV主变侧隔离开关和35KV单母分段隔离开关。1)电压:U 35KV , U N 35KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表26可得知35KV母线侧回路持续工作电流lamax 693A , g .maxIg.max693A IN 1000A,因此选择型号为GW4 35/1000的隔离.开关,参数见表。校验:3)动稳定:i sh 22.1794 KA im ax 80 KA ,符合。4)热稳定:Qk tk(I2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 13.13372 4 689.9763KA2?SQt It2t 252 4 2500 KA 2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为 GW4 35 /1000 的隔离开关符合要求。2.5、 35KV 出线侧隔离开关的选择及校验35KV 出线侧隔离开关是指本变经35KV 母线到清溪、 赤岩变、 外塘变回路的隔离开关。1)电压:U 35KV , U N 35KV ,所以 U UN 。gg2)电流:查表26可得知35KV出线侧回路持续工作电流1amax 310.5A, g .maxIqmax 310.5A IN 600A,因此选择型号为GW4 35/1000的隔离 .开关,参数见表。校验:3)动稳定:i sh 22.1794 KA im ax 50 KA ,符合。4)热稳定:Qk tk(I 2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 13.13372 4 689.9763KA2?SQt It2t 162 4 1024KA2?SQk Qt综上校验,所选型号为 GW4 35/ 600的隔离开关符合要求。2.6、 10KV母线侧隔离开关的选择及校验10KV母线侧隔离开关包括10KV主变侧隔离开关和10KV单母分段隔离开关。1)电压:U 10KV , UN 10KV ,所以 U UN。gg2)电流:查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流 max 2423A , g .maxI max2423 A I N 3000A , 因此选择型号为 GN2 10 / 3000 的隔离.开关,参数见表。校验:3)动稳定:i sh 61.1211 KA im ax 100 KA ,符合。4)热稳定:Qk tk(I 2 10It2k/2 It2k)/12 I s2ht 36.19332 4 5239.8198KA2?SQt It2t 702 4 19600 KA 2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为 GN 2 10 / 3000 的隔离开关符合要求。2.7、 10KV出线侧隔离开关的选择及校验10KV 出线侧隔离开关是指本变经10KV 母线到医院、 化工厂等各负荷出线回路的隔离开关。1)电压:U 10KV , UN 10KV ,所以 U U N 。gg2)电流:查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流1amax 340A, g .maxIqmax 340A IN 1000A,因此选择型号为GN2 10/3000的隔离开 .关,参数见表。校验:3)动稳定:i sh 44.7251 KA i m ax 80 KA ,符合。4)热稳定:Qk tk(l2 10Itk/2 Itk)/12 iSht 26.48432 4 2805.6725KA2 ?SQt 12t 402 4 6400 KA2 ?SQk Qt综上校验,所选型号为GN2 10/1000的隔离开关符合要求。3、电流互感器的选择及校验(1) 110kV进线电流互感器的选择及校验选择 LB-110/2 600/5电压:为 Ug=110KV, Un=110KV,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=0.3705KA 370.5A, I1n=2X600=1200A,所以 Ig.max hn动稳定:因为 2 I1nKes=V2 X (2 600)X75=127279A=127.279KA ish=11.70144kA,所以 ish 2 I1nKes热稳定:Qk(I1nKt)2由断路器校验时已算出Qk=192.05(I1nK)2= (2X0.6)X75 2=8100所以 Qk(I1nK)2(2) 110kV出线侧电流互感器的选择及校验选择 LB-110/2 600/5电压:为 Ug=110KV, Un=110KV,所以 Ug= Un电流:查表得: Ig.max=0.1853K/A= 185.25A 故 Ig.max 1n此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样,故这里不做重复检验。(3) 110kV母线侧电流互感器的选择及校验选择 LB-110/2 600/5电压:为 Ug=110KV , Un=110KV,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=0.2204KA= 220.4A 故 Ig.max Iln此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样,故这里不做重复检验。(4) 35kV出线侧电流互感器的选择及校验选择 LCWD135/400/5 型电压:为 Ug=35kV , Un=35kV ,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=0.3105 KA= 310.5A,而 Iln=400A,所以 Ig.max Iln动稳定:因为 72 IinKes= J2 X 400 2.5X75=106066A=106.066kA ish=22.1794kA所 以 ish - 2 I1nKes热稳定:Qk(ImKt)2由断路器校验时已算出Qk=689.9763(I1nKt)2=(0.4X 75)2=900所以 Qk(I1nK)2(5) 35kV变压器侧及母线侧电流互感器的选择及校验选择 LCWD135/800/5 型电压:为 Ug=35kV , Un=35kV ,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=0.693 KA= 693A,而 I1n=800A ,所以 Ig.max I1n动稳定:因为 72 IinKes=j2 X 800 2.5X56=158392A=158.392kA ish=22.1794kA所以 ish . 2 I InKes热稳定:QkW(ImK)2由断路器校验时已算出Qk=689.9763(I1nK)2=(0.8X 56)2=2007.04所以 Qk(I1nK)2(6) 10kV出线侧电流互感器的选择及校验初步选择LA-10/400/5型电压:为 Ug=10kV , Un=10kV ,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=0.34KA= 340A,而 I1n=400A,所以 Ig.max I1n动稳定:J2I1nKes=X 400 135=763675A=76.3675kA ,ish=61.1211kA所以 i sh .,,2 I1n Kes热稳定:Qk(ImKt)2 ,不满足热稳定要求,另选择LA10/800/5动稳定:J2 ImKes=2 X 800 135=152735A=152.735kAxh=42.7kA,满足要求;热稳定:(ImKt)2=(0.8X 75)2=3600Qs满足热稳定要求。(7)变压器10kV侧及母线侧电流互感器的选择及校验选电流互感器型号为LAJ10/3000/5型电压:为 Ug=10kV , Un=10kV ,所以 Ug= Un电流:查表得:Ig.max=2.423KA= 2423A,而 l1n=3000A,所以 Ig.max I1n动稳定:J2lin&s =42 X 3000 90=381.838kAish=42.7kA所以 ies - 72 IlnKes热稳定:QkW(ImK)2由断路器校验时已算出 Qk=5239.8198(IinKt)2=(3X 50)2=22500所以 QkU10.9UnU1=110kV2)二次电压 U2n: U2n=1003)准确等级:1级选择JCC- 110型(2) 35KV母线电压互感器的选择1) 一次电压 U1: 1.1UnU10.9UnU1=35kV2)二次电压 U2n: U2n=1003)准确等级:1级选择JDJJ35型(3)10KV电压互感器的选择1) 一次电压 U1: 1.1UnU10.9UnU1=10kVUn=110kVUn=110kVUn=10kV2)二次电压 U2n: U2n=1003)准确等级:1 级选择JDZ 10 型5、高压熔断器的选择及校验(1)35KV选熔断器 RW1B35型校验:35KV母线短路容量 S =537.34MVAIsh=13.1337kA满足要求;(2)10KV选熔断器 RN210/0.5 型校验:10KV母线短路容量 S =435.91MVAIsh=36.1933kA满足要求。6、母线选择及校验( 1) 110kV 母线的选择及校验110kV 及以上高压配电装置,一般采用软导线。按经济电流密度选择母线截面:查表 5 得, Ig.max=0.2204kA=220.4A。取 Tmax=5000h/a可得经济电流密度J=1.08A/mm2则母线经济截面为Sj= Ig.max/J=220.4/1.08=204.07.mm2选 LGJ-240 型取环境温度035 C , 查表, 取综合校正系数K=0.88, , 长期允许载流量Ial=610AIai35=K)Iai=0.88X 610=536.8A所以 Ig.maxg.max可满足长期发热要求。热稳定校验: 母线正常运行最高温度为70 C,则正常运行时导体温度:I小20( al 0) gmaXr44 CI si 35查表得,C=97由校验断路器可知,短路电流周期分量Qp Qk 689.9761(KA)2 s则母线最小截面Smin为:min.QkK; C1.05 972800(mm2).689.9763 1062、277.4853(mm )满足热稳定。Fmax 1.73ish2 10 7 145.8784 N maxs动稳定校验:a假 设a= 0.7m ,L=1.2m则产生电动力:FL 2M11 .66 N m弯曲力矩:10母线截面系数一一二二.:0.167 - 一一二一二二 最大计算应变力:M5c8.73 10 PaW查资料知硬铝线最大应力为69X 106 Pa ,满足动稳定要求。(3) 10kV母线的选择及校验按经济电流密度选择:10kV最大持续工作电流查表 5 得,Igmax 2.423 KA=2423A, Tmax 5500h/a 时,经济电流密度J 0.74A/mm2则母线经济截面为:I g max24230.743274.32(mm2)选用每相3条125mm 10mm( 1250mm2)矩形铝导体,平放时 心3725A集肤效应系数Kf 1.80,假设环境温度0 35 C综合修正系数K 0.88,故允 许电流为:Ial35 Klai 088 37253278A Igmax可满足长期发热的要求。热稳定校验:母线正常运行最高温度为70 C,则正常运行时导体温度:I ma 20 (al0) 54 C1 ai35查表得,C=93,由校验断路器可知,短路电流周期分量 Qk 5239.8194(KA)2 s则母线最小截面Smin为:Smin,QkK; C 5239.8198 1061044.2668(mm2)1.80 9323750(mm2)满足热稳定。动稳定校验:导体自振频率:hb 0.125 0.012700 3.375( kg/m)J bh3/12 0.01 0.1253/12 1.63 10 6(m4)f1Nf EIL2 m3.56 ,7 1010 1.63 10 612 13.375654.57Hz 155Hz3.56 ,可根据跨数和其中铝导体弹性模量为E 7 1010Pa,母线频率系数Nf 支撑方式查手册可得。可见该母线可不计共振影响由短路电流计算结果表查得,短路冲击电流为:ish 61.1211KA相间距离 取0.35m,跨距L取1mfph1.73 10 7 -2ich711.73 10 7 0.351846.547 N/m)(61.1211 103)22Wph 0.5bh.20.5 0.01 0.1257.8125 10-5(m3)fphL2ph10Wph1846.5472.366 1010 7.8125 10 5(Pa)0.08,2b b0.075,4bb 0.222b h同相条问应力的计算:由导体形状系数曲线查的K12=0.37,K3=0.57则有i2fb 8 10*(K12 Ki。b=_28 10 9 6(0.37 0.57)0.012809.304(N/m)条间衬垫最大跨距为:L bmax b:2h(alph)fb(3.25)0012 0.125 (70 1.35) 1062809.3040.78(m)临界跨距(每相三条铝导体 1197):Lcrb 0.125/2809.304 0.9776(m) h/fb 1197 0.01所选衬垫跨距Lb应小于Lcr及Lbmax,为了便于安装,每跨内满必须装设 2个衬垫112(绝缘子跨距为1.2),衬垫距为:Lb上上 0.6m Lbmax,则可以满足要求。225
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