发电厂一次侧课程设计11 - 图文

摘要：电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。当今，火力发电在我国乃至全世界范围，其装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。由此可见，电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用。

发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。

在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。从主接线方案的确定到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择以及配电装置的布置，都做了较为详尽的阐述。

设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。设计说明书中所采用的术语、符号也都完全遵循了现行电力工业标准中所规定的术语和符号。

关键词：主接线设计；短路电流；配电装置；电气设备选择

电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其他能源形式。提供电能的形式有水利发电，火力发电，风力发电，随着人类社会跨进高科技时代又出现了太阳能发电，磁流体发电等。但对于大多数发展中国家来说，火力发电仍是今后很长一段时期内的必行之路。

火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。

“十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。2001年至2005年8月，经国家环保总局审批的火电项目达472个，装机容量达344382MW，其中2004年审批项目135个，装机容量107590MW，比上年增长207%；2005年1至8月份，审批项目213个，装机容量168546MW，同比增长420%。如果这些火电项目全部投产，届时我国火电装机容量将达5.82亿千瓦，比2000年增长145%[1]。

2006年12月，全国火电发电量继续保持快速增长，但增速有所回落。当月全国共完成火电发电量2266亿千瓦时，同比增长15.5%，增速同比回落1个百分点，环比回落3.3个百分点；随着冬季取暖用电的增长，火电发电量环比增长较快，12月份与上月相比火电发电量增加223亿千瓦时，环比增长10.9%。2006年全年，全国累计完成火电发电量23186亿千瓦时，同比增长15.8%，增速高于2005年同期3.3个百分点。

随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视，中国开始加大力度调整火力发电行业的结构。

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1系统与负荷资料分析

⑴凝汽式火电厂的规模

①装机容量：装机2台，容量均为200MW ②机组年利用小时数T=6000h/a

③气象条件：当地年最高温40℃，最低温－6℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃，当地海拔高度为50m，气象条件无其他特殊要求 ④厂用电率： 6％

⑵负荷及电力系统连接情况

① 220KV电压等级：架空线10回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW， Tmax=4000h/a

② 110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax=4000h/a ③ 穿越本厂功率为50MVA

④ 电力系统总装机容量16000MW，短路容量10000MVA ⑤ 发电厂连入系统的电压等级：220KV

⑶原始资料分析

设计电厂为大机组中型凝汽式火电厂，其容量为2*200=400MW，占电力系统

容量400/16000*100％=2.5％，未超过电力系统的检修备用容量8%～15%和事故备用容量10%的限额，年利用小时数为6000h>5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数（如2005年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为5225h）。该厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。发电机单机容量为200MW，其型号和参数选择见表1-1。

表1-1 发电机型号及参数 型号 QFS-200-2

额定容量(MW) 200 额定电压 (KV) 15.75 功率因数 次暂态电抗 定子结线 (COSФ) 0.85 Xd〞 0.146 YY 2 电气主接线

2.1主接线方案的选择

对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面，下面简要分析一下。

⑴可靠性

可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：

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①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； ②发电厂和变电所接入电力系统的方式； ③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；

④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； ⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 ⑵灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求； ② 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检

修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；

③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 ⑶经济性

主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。

①投资省； ②占地面积少； ③电能损耗少。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑： ①断路器检修时，是否影响连续供电；

②线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ ，Ⅱ类负荷对供电的要求； ③本发电厂有无全厂停电的可能性；

④大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。

所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行 可靠性的定量计算。

主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事 故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。

主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

拟订两方案如表2-1-1

表2-1-1 拟定的两种方案 电压等级 方案Ⅰ 方案Ⅱ 110KV 双母分段主接线 单母线分段带旁路接线

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220KV 双母分段主接线 单母线分段带旁路接线 主接线方案的比较如表2-1-2

表2-1-2 主接线方案比较 方案 方案Ⅰ 方案Ⅱ 项目 可 靠 性 ① 可靠性较高，检修任一组母线时不会中断对用户的供电 ② 工作母线故障时，用户在经历短暂倒排时间后迅速恢复供电 ③ 单母分段方式减少了母线故障时造成的损失，缩小了停电范围 ① 运行灵活，各个电源和备用回路负荷可以任意分配到某一组母线上，通过倒排操作组成各种运行方式 ② 扩建方便，可不影响两组母线的电源和负荷自由组合负荷，向母线任意方向扩建 母线隔离开关数目较多，整个配电装置结构复杂，占地面积和投资费用较大，经济性较差 ① 可靠性一般，可以停电检修出线断路器 ② 可以不停电检修电源回路断路器，只需在电源回路加装与旁路母线相连的隔离开关 运行灵活性一般，且带旁路母线接法已不是当今趋势 灵 活 性 经 济 性 投资较双母线分段接法较为经济 通过对两种方案的综合分析，方案Ⅰ在可靠性和灵活性上占优势而方案Ⅱ在经济性上占优势，考虑到220KV和110KV电压等级负荷均为Ⅰ级负荷，故最终方案选用方案Ⅰ。如图2.1.1

图2.1.1 电气主接线

2.2 主变压器的选择与计算

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一、选择原则及项目

根据负荷的要求及与系统的连系，本厂在系统中的地位进行主变压器的选择。

⑴主变压器的电压确定

1.变压器对于负荷侧的电压，可根据给定的负荷送电电压来确定，若未规定具体电压，则可根据负荷量与送电距离即负荷距离来确定负荷的允许送电电压，继而确定变压器高压侧电压。

2.变压器与系统联系侧的电压可根据本厂接入电网的电压来确定，若未明确规定时，可按本厂发电机的功率和功率因数来确定。

3.110KV和220KV之间需要交换功率时需联络变，选取联络变压器。 ⑵主变容量的确定

1.主变容量应能满足本厂供给最大负荷的要求，扣除厂变6%，又留有10%的余量，及系统要求的交换功率同时还应考虑5-10年的发展情况及网络的功率损失。

2.主变的台数的确定

由于本厂采用发电机—变压器单元接线，故有二台，联络变一台，厂用变二台。

3.变压器结构型式的选择

当具有三个电压等级时，如果通过主变各侧的功率达到变压器额定容量的15%以上，一般应选择三绕组结构，变压器各侧的容量比可根据各侧负荷情况来选定。

4.变压器的型式

根据变压器的容量，使用条件，冷却方式及系统要求情况，选择国家生产的标准产品。

⑶本厂的主变型号容量的选择

1.主变的选择 由Pe=200MW,COSФe=0.85,故Se=235.2MVA。查手册《发电厂电气部分课程设计参考资料》选出变压器型号及参数见表2-2-1。

表2-2-1 主变压器型号及参数 阻抗电压（％） 结线方式 型号 额定容量 额定电压 高中 高低 中低 （KVA） （KV） 242±2*2.5％/ SFPS7-240000 YN/yn0/d11 121/15.75 25.0 14.0 9.0 240000 /220 2.厂用变压器的选择 厂用电分别从两台发电机出口经变压器取得，采用分裂绕组变压器，发电机

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出口的容量为（200/0.85）*6％=14.1MVA，所选型号及参数见表2-2-2。 表2-2-2 厂用变压器型号及参数 型号 SFF3-31500/ 15.75 额定容量(KVA) 31500/ 15750/15750 额定电压 (KV) 15.75±2.5%/ 6.3/6.3 额定电流 (A) 1154.3/ 1443.7/1443.7 短路 电压(%) 18.5 △/△ -12-12 结线方式 3.联络变压器的选择 1.连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则

① 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有 功功率和无功功率的交换。

② 联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以 保证最大一台机组故障或检修，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。

联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，其第三绕组，即低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置

该发电厂的联络变压器高中压绕组分别接于220KV和110KV母线，其低压绕组作为厂用备用电源，由于穿越本厂功率为50MVA，所选联络变容量大于50MVA既可满足，由于只能选到符合要求的低压方变为10.5KV的联络变压器，因此还需在低压方接一个双绕组变压器将其变为6.3KV，以用作厂用备用电源 联络变压器及双绕组变压器的型号及参数见表2-2-3与2-2-4 表2-2-3 联络变压器型号及参数 阻抗电压（％） 结线方式 型号 额定容量 额定电压 高中 高低 中低 （KVA） （KV） 220±2*2.5％/ SFPS7-180000 YN/yn0/d11 121/10.5 14.0 23.0 7.0 180000 /220 表2-2-4 双绕组变压器型号及参数 型号 S7-5000/ 10 额定容量(KVA) 5000 额定电压 (KV) 10±5％/ 6.3 阻抗电压 (％) 5.5 Y,d11 结线方式 2.3厂用电接线方式的选择

厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。首先，应保证对厂用电负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，接线应能灵活地适应正常，事故，检修等各种运行方式的要求；还应适当注意经济性和发展的可能性

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并积极慎重的采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。此外，在设计厂用电系统接线时还要对供电电压等级，厂用供电电源及其引接进行分析和论证。

现代发电厂厂用电系统往往由主发电机进行供电，为提高该系统供电可靠性，厂用电系统接线通常采用单母线分段并配以成套配电装置以降低电力系统及厂用设备本身故障带来的影响。

由于火电厂厂用电负荷中锅炉相关负荷占厂用电量的60％以上，为便于厂用电系统的灵活调度并提高其供电可靠性与经济性，火电厂厂用系统母线按锅炉台数进行分段。当锅炉容量较大，辅助负荷相应也容量较大时，每台锅炉可由两段厂用母线供电。

2.3.1厂用电接线方式选择

从前面分散的叙述中，已经设计完了厂用电的电源来源，且充分考虑了其备用。即采用单母线分两段接线，分别从两发电机处获得工作电源，而从联络变压器低压端获得备用电源。厂用电接线如图2.3.1

图2.3.1 厂用电接线

2.4 主接线中设备配置的一般规则

2.4.1 断路器的配置

室内高压断路器是开关电器中结构最为复杂的一类。在正常运行时，可用它来将用电负荷或某线路接入或退出电网，起倒换运行方式的作用；当设备或线路上发生故障时，可通过继电保护装置联动断路器迅速切除故障用电设备或线路，保证无故障部分仍正常运行。由此可见，高压断路器在电力系统中担负着控制和保护电气设备或线路的双重作用。

高压断路器具有分断能力强、性能稳定、工作可靠和运行维护方便的特点，其核心部件是灭弧装置和触头。按使用不同的灭弧介质而生产了各类高压断路 7

器，目前我国电力系统中应用的断路器有如下几种：

（1）高压空气断路器是以压缩空气为灭弧介质和弧隙绝缘介质。并兼作操作机构的动力，操作机构与断路器合为一体。目前我国生产的KW4、KW5系列高压空气断路器的空气压力在2×105兆帕以上，多用于是10KV及以上的电力系统中。

（2）六氟化硫（SF6）高压断路器则采用SF6气体作为灭弧介质，与其它高压元件组成全封闭式高压断路器，因此不受环境条件影响，运行安全可靠，在电力系统中，尤其是在110KV及以上电力系统中得到越来越广泛的采用。

（3）真空高压断路器是利用真空作为绝缘介质，其绝缘强度最高，而且绝缘强度恢复快。其真空灭弧室是高强度的真空玻璃泡构成，真空度可达到10-7-10-9mm汞柱，多用10KV及以上的电力系统中。

（4）油高压断路器是利用变压器油作为灭弧和弧隙绝缘介质。按其绝缘结构及变压器油所起的作用不同，分为多油式和少油式两种高压断路器。多油高压断路器的变压器油除了作为灭弧介质外，还作为弧隙绝缘及带电部分与接地外壳（油箱）之间的绝缘。少油高压断路器的变压器油只作为灭弧介质和弧隙绝缘介质，其油箱带电，油箱对地绝缘则通过瓷介质（支持瓷套）来实现。少油高压断路器的灭弧能力较强，工作安全可靠，维护方便，而且体积小，用油量少、重量轻，价格便宜，所以在电力系统中获得最为广泛的采用。在20KV及以下电压等级的供配电系统中广泛采用SN10系列（户内式）断路器，在 20KV以上则大量使用SW4和SW6（户外式）断路器

2.4.2 隔离开关的配置

（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大 机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。 （2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两 回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。 （3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。

（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。

2.4.3电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、 同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母 线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。 （3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感

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器。

（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

2.4.4电流互感受器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、 保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中 性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

3 短路电流的计算

3.1 短路计算的一般规则

短路电流计算的一般规定：

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

对带电抗器的6 ~ 10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。

3.2 短路电流的计算

一、短路计算点

在正常接线情况下，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。在本次设计中为减少计算量只在110KV和220KV电压母线上各选一个点做为短路计算点，分别为d1和d2。

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二、短路电流的计算（见附录Ⅰ）

1． 选择短路计算点；

2． 画等值网络（次暂态网络）图； 3． 化简等值网络； 4． 求计算电抗Xjs;

5． 由运算曲线查出各电流供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作

到Xjs=3.45）

6． 计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路周期分量。 7． 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 8． 计算短路电流冲击值。 9． 绘制短路电流计算结果表。

3.3 短路电流计算表

短路电流计算结果表见表3.3.1

表3.3.1 短路电流计算结果表

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分支额定电流IN KA 短 路 电 流 标 幺 值 短 路 电 流 值（KA） 短路点编号短路点平均电压基准电流IB KA 分支线名称分 支 电 抗 Xjs 0s 0s 0.1s 1s 0.1s 1s 4s 4s 1.18 0.251 3.872 100 3.274 100 2.464 100 2.378 100 4.568 25.1 3.864 25.1 2.91 25.1 3.368 19.23 2.909 19.23 2.299 19.23 2.316 19.23 7.96 9.65 6.874 9.65 5.433 9.65 d1 230 d2 115 短路点起始电流 短路点冲击电流 G

0.251 29.67 77.6 C 0.283 0.01 2.806 25.1 0.502 G C 0.3294 2.363 0.052 0.502 5.473 9.65 17.61 46.1 11

4 电气设备的选择

4.1 电气设备选择的一般规则 电气设备的选择原则

1. 正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的要求。 2. 应当地环境条件考核。 3．应力求技术先进和经济合理。 4．选择导体时应尽量减少品种。

5．扩建工程应尽量使新老电器型号一致。

6．选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格

4.2 电气设备选择的条件

正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条

件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

⑴按正常工作条件选择电器 ①额定电压和最高工作电压

所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即

Ualm ≥ Usm 。

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压是330~500KV时是1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择,即

UN≥UNs。

②额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ。下，电器的长期允许电流。IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN ≥Imax

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

③按当地环境条件校核

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在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

⑵按短路情况校验 ①短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为

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Itt≥Q k

式中 Q k —短路电流产生的热效应

It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。

②电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。

满足动稳定条件为：

I es≥I sh

式中；； I sh—短路冲击电流有效值；

I es—电器允许 的动稳定电流的有效值；

4.3 电气设备的选择

4.3.1 断路器的选择

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。

断路器的选择内容包括：①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④校验开断能力；⑤校验动稳定；⑥校验热稳定。 1.选择型式

因为110KV侧有8回出线，220KV侧有10回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。 2.选择额定电压

所选断路器的额定电压应不小于安装处电网的额定电压。 110KV侧 UN= UNs =110KV 220KV侧 UN= UNs =220KV 3.选择额定电流

所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流： IN≥Imax 110KV侧 IN≥Imax=

Pmax3UNCOS?=

1800003*110*0.85=1111.5A

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220KV侧 IN≥Imax=

Pmax3UNCOS?=

2000003*220*0.85=617.5A

4.校核额定开断能力

为使断路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件： Ibr≥Ikt

式中 Ibr---断路器的额定开断电流，由厂家给出，KA

Ikt---刚分电流（断路器触头刚分瞬间的回路短路全电流有效值），KA 110KV侧Ikt=I\ 220KV 侧Ikt=I\5.校核动稳定

如果电气设备不够坚固，巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力

制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流imax，动稳定条件为： imax≥ish

式中 ish-------所在回路的冲击电流，KA imax-----设备允许的动稳定电流(峰值)，KA 110KV侧 ish=46.1KA 220KV侧 ish=73.26KA

6.校核热稳定

通常制造厂直接直接给出设备的热稳定电流(有效值) It及允许持续时间t。热稳定条件为：

It2t≥Qk Qk= I∞teq

式中 It2t-------设别允许承受的热效应，KA2.S Qk-------所在回路的短路电流热效应，KA2.S teq-------短路电流存在的等效时间，S

110KV侧 Qk=15.1232*4=915 KA2.S （4S热稳定） 220KV侧 Qk=27.92*4=3115 KA2.S （4S热稳定）

2

4.3.2 隔离开关的选择

隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流

的电路，隔离高压电流，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。因它未有专门的灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。因此，隔离开关只能在电路已

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被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重的设备和人身事故。只有电压互感器、避雷器、励磁电流不超过2A的空载变压器及电流不超过5A的空载线路，才能用隔离开关进行直接操作。

高压隔离开关一般可分为户内式和户外式两种。 （1）户外式高压隔离开关

GW4—35G型高压隔离开关也是目前应用较广泛的设备。它为双柱式结构，制成单极型式，借助于交叉连杆组成三极联动的隔离开关，也可作单极使用。主要用于220KV及以下各型配电装置，系列全，可以高型布置，重量较轻，可以手动，电动操作。

GW6型高压隔离开关的特点为220～500KV，单柱、钳夹、可以分相布置，220KV为偏折，330KV为对称折，多用于硬母线布置或做为母线隔离开关 。

GW7型高压隔离开关的特点为220～500KV，三柱式、中间水平转动，单相或三相操作，可以分相布置，多用于330KV及以上的屋外中型配电装置。 （2）户内式高压隔离开关

GN6、GN10的特点为三级，可以前后连接，可以立装、平装和斜装，价格比较便宜，主要用于屋外配电装置，成套的高压开关柜；GN10的特点为单极，大电流3000～13000A，可以手动、电动操作，用于大电流和发电机回路；GN18和GN22的特点为三级，10KV，大电流2000～3000A,机械锁紧，用于大电流回路和发电机回路

隔离开关的选择可参照断路器，其内容包括:①选择型式；②选择额定电压；③选择额定电流；④校验动稳定；⑤校验热稳定。

4.3.3 电压互感器的选择

电压互感器TV（又称PT）是将高电压变成低电压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。

电压互感器的选择内容包括：根据安装地点和用途，确定电压互感器的结构类型、接线方式和准确级；确定额定电压比；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过相应准确度的额定容量。

1.选择结构类型、接线方式和准确等级

根据配电装置类型，相应的电压互感器可选户内式或户外式，110KV及以上可选用串级式结构或电容分压式。

选择电压互感器的准确级要根据二次负荷的需要。如果二次负荷为电能计量，应采用0.5级电压互感器；发电厂中功率表和电压继电器可配用1.0级。

2.选择额定电压

电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网额定电压相同。

4.3.4 电流互感器的选择

电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成

电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用

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安全、方便。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。 （1）选择标准如下：

电流互感器的额定电压与电网的额定电压应相符。

电流互感器一次额定电流的选择，应使运行电流为其20%～100% ;10KV继电保护用的电流互感器一次侧电流一般应不大于设备额定电流的1.5倍。

所选用电流互感器应符合规定的准确度等级。

根据被测电流的大小选择电流互感器的变比，要使一次线圈额定电流大于被测电流。

电流互感器二次负载所消耗的功率或阻抗应不超过所选用的准确度等级相应的额定容量，以免影响准确度。

根据系统运行方式和电流互感器的接线方式来选择电流互感器的台数。 电流互感器选择之后，应根据装设地点的系统短路电流校验其动稳定和热稳定。

（2）形式选择如下：

35KV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件和产品的情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。一般常用的形式为：低压配电屏和配电设备中LQ线圈式，LM母线式；6～20KV屋内配电装置和高压开关柜中LD单匝贯穿式，LF复匝贯穿式；发电机回路和2000A以上的回路，LMC、LMZ型，LAJ、LBJ型，LRD、LRZD型。

35KV及其以上的配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常常采用LC系列

4.4 电气设备选择的结果表

表4.4.1 110KV侧断路器选择 110KV侧 UNs Imax I\Ish Qk Ish 计算值 110KV 1111.5A 17.61KA 46.1KA 915 KA2.S 46.1KA UN IN INbr INcl It2t ies SW2-110II/1600-21 110KV(Umax=126KV) 1600A 21KA 54KA 1764 KA2.S 54KA 表4.4.2 220KV侧断路器选择 220KV侧 UNs Imax I\

SW2-220II/1600-31.5 220KV(Umax=252KV) 1600A 31.5KA 16

计算值 220KV 617.5A 28KA UN IN INbr

Ish 73.26KA INcl Qk 3115 KA2.S It2t Ish 73.26KA ies 表4.4.3 110KV侧隔离开关选择 110KV计算值 侧 UNs 110KV UN Imax 1111.5A IN Qk 915 KA2.S It2t Ish 46.1KA ies 表4.4.4 220KV侧隔离开关选择 220KV计算值 侧 UNs 220KV UN Imax 617.5A IN Qk 3115KA2.S It2t Ish 73.26KA ies 表4.4.5 电压互感器的选择 110KV 220KV 型号 JCC2-110 JCC2-220 UN一次(KV) UN二次(KV) 100/3 220/3 0.1/3 0.1/3 80KA 3969 KA2.S 80KA GW4-110/1250 110KV 1250A 1600 KA2.S 50KA GW4-220/1250 220KV 1250A 3969 KA2.S 80KA 辅助绕组二次额定容（KV） 量（1级）VA 0.1 0.1 500 500 表4.4.6 电流互感器的选择 110KV 220KV 发电机出口 型号 LCWB-110 LCWB7-220 LVB-20 额定电流比（A） 2000/1 2×750/1 8000/1 短时热电流(KA) / 2×25 (3s) / 准确级 0.2 0.2 TPY 5.配电装置

5.1配电装置选择的一般原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、

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新材料、新结构，使配电装置设计不断假冒新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求。

⑴节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针；

⑵运行安全和操作巡逻方便：配电装置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求。使配电装置 一旦发生事故时，也能将事故限制在最小范围和最低程度，并使运行人员在正常的操作和处理事故中不致发生意外，以及再次维护中不致损害设备；

⑶便于检修和安装：对各种形式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装的条件；

⑷节约三材，降低造价：配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。 5.1.1总的原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定,并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检查、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。

5.1.2基本要求

1.配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和经济技术政策,如节约土地。

2.保证运行可靠按照系统和自然条件,合理选择设备,在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。 3.便于巡视、检修和操作。

4.在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 5.安全和扩建方便。

5.1.3基本步骤

1.根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线的多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式； 2.拟定配电装置的配置图；

3.按照所选的外形尺寸、运行方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计手册，设计绘制配电装置的平、断面图。

配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，详见设计手册。

5.2 配电装置的选择及依据

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5.2.1 220KV室外配电装置

（1）中型配电装置。中型配电装置分普通中型和分相中型两种。普通中型有单列和双列布置两种方式，母线可为软导线和铝管两种，其布置如下图5.2.1： 图5.2.1 220KV单母分段带旁母普通中型单列布置配电装置（单位为m）

分相中型系将母线隔离开关直接布置在各相母线下方，有的仅一组母线隔离开关采用分相布置。隔离开关可为GW4双柱式，GW7三柱式或GW6单柱式母线可为软线或管型母线。此布置方式可节约土地、简化架构、节约三材，故已基本代替普通中型配置。

（2）半高型配置。半高型配置有田字型和品字型两种方式，田字型布置占地面积为中型的65.4%。耗刚才为其264%。间隔宽度为15M，如图5.2.2所示

图5.2.2 220KV单框架双列式高型配电装置（单位为m）

（3）高型屋外配电装置。高型布置占地面积为普通中型的50%，消耗钢材为其

30%，主体结构分单框架、双框架和三框架三类，分别如下图5.2.3 和图5.2.4

、

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图5.2.3 220KV双框架单列式高型配电装置（单位为m）

图5.2.4 220KV三框架双列式高型配电装置（单位为m）

5.3 主接线中设备配置的一般原则

一、隔离开关的配置

（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大 机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。 （2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两 回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。 （3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。

（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。 二、电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、 同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母

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线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。 （3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。 三、电流互感受器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、 保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中 性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

结束语

课程设计已结束，通过本次课程设计，对发电厂电气部分有了更深刻的 了解、掌握，相对于以前来说确实懂得了不少。

对于主接线方案的选择、主接线的连接方式、主变压器、联络变压器各配电装置的选择都有了一定的了解。通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力。

设计过程中由于本人的知识面单薄、认识肤浅，刚开始时遇到了很大的困难例如：概念模糊、思路不统一，不知从何下笔，从何着手。因此，在前期花了不少的时间来整理头脑中的概念。在自己理清思路，初步形成意识后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，从而抓住了方向和要点，进行多方面的选材和总结。在列出大纲和初步完成稿件之后，为证实自己对课题理解的正确性，最后在指导。 老师的帮助和审批下，给设计划上了圆满的句号

通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的单独工作能力，增张了工作阅历，得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，对以后的生活和工作有着不可预计的帮助。

这次设计的顺利完成与同学们的合作互助是分不开，在模棱两可的情况时，多亏同学们的合作互助才度过难关；更与老师的悉心教导、指点分不开，在有解

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不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行下去。

在此对他们表示衷心的感谢！

由于时间紧促，实践经验缺乏，加上水平有限，设计说明书中出现错误在所难免，希望各位老师和广大同学批评指正！

参 考 文 献

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

西北电力设计院、东北电力设计院.电力工程设计手册（1）上海：上海人民出版社.1972

西北电力设计院、东北电力设计院.电力工程设计手册（2）上海：上海科学技术出版社.1981

水利电力部西北电力设计院.电力工程设计手册（3）上海：上海人民出版社.1974 北京钢铁设计院.钢铁企业电力设计参考资料（上）.北京：冶金工业出版社.1976 航空工业部第四规划设计研究院.工厂配电设计手册.北京：水利电力出版社.1983 顾永辉等.煤矿电工手册（2）.北京：煤炭工业出版社.1987

上海2交通大学杨冠城编.电力系统自动装置原理（第二版）.北京：中国电力出版社.1999

西安交通大学李光琦编.电力系统稳态分析（第二版）.北京：中国电力出版社.1997 东南大学陈 编.电力系统暂态分析（第二版）.北京：中国电力出版社.1997 华北电力大学陈志业编.电力工程.北京：中国电力出版社.2000

四川联合大学范锡普编. 发电厂电气部分.北京：中国电力出版社.2000

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附录I：短路计算

由于三相短路是电力系统短路中最严重的一种情况，所以在进行短路计算时只在220KV母线和110KV母线上分别选一个点d1、d2进行三相短路计算。

选取SB=100MVA，UB=Uav，短路电流计算接线如下图I-1。

图I-1 短路电流计算接线

1．电抗的计算

发电机： Xd1=Xd〞*SB/SN=0.146*100/（200/0.85）=0.06205 主变压器： UK1％=1/2(U1-2％＋U1-3％－U2-3％)=15 UK2％=1/2(U1-2％＋U2-3％－U1-3％)=10 UK3％=1/2(U1-3％＋U2-3％－U1-2％)=-1 XT1=0.15*100/240=0.0625 XT2=0.1*100/240=0.0417 XT3=-0.01*100/240=-0.00417

联络变压器：US1％=1/2(U1-2％＋U1-3％－U2-3％)=15 US2％=1/2(U1-2％＋U2-3％－U1-3％)=-1 US3％=1/2(U1-3％＋U2-3％－U1-2％)=8 XL1=0.15*100/180=0.083 XL2=-0.01*100/180=-0.0056 XL3=0.08*100/180=0.044 系统： XS=SB/S=100/10000=0.01 短路时等值电路如图I-2

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图I-2 短路时等值电路

由于G1、G2两发电机及其所接的主变压器的型号与参数完全相同，因此可将两支路合并为一条，合并后的等值电路如图I-3

图I-3 等值电路

2. d1点短路时短路电流计算：

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由于110KV母线无电源，不提供短路电流，短路电流由发电机回路和系统提供。 ① 转移电抗的计算：Xf1= XG=0.02894+0.03125=0.06 Xfs=Xs=0.01

②计算电抗的计算: Xjs1=Xf1 ×SN/SB=0.06×[(400/0.85)/100]=0.283 ③发电机的额定电流 ING= SN/（3×UaV）=(400/0.85)/(

3×230)=1.18KA

④系统的额定电流: INS= SB/（3×UaV）=100/(3×230)=0.251KA 有名值I=标幺值I×IN

无限大系统提供的短路电流标幺值XS*=1/ Xfs=100 根据计算电抗查表得数据见表1-1

表1-1 d1点短路时的计算结果

时间(S) 0 0.1 1 4

等值发电

机G的电3.872 3.274 2.464 2.378

流标幺值 对应有名2.806

值（KA） 4.568 3.864 2.91

系统的电

流标幺 100 100 100 100

值 对应有名25.1 25.1 值（KA） 25.1 25.1

短路点起始电流I=4.568+25.1=29.67KA

冲击电流Ish=1.85×2×29.67=77.6KA

3、d2点短路时短路电流计算：

①转移电抗的计算： 将图I-3进行星-三角变换，化简后如图I-4

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图I-4 等值电路

由图I-4可知： Xf1= XG=0.07 Xfs=0.052 ② 计算电抗的计算: Xjs1=Xf1 ×SN/SB=0.07×[(400/0.85)/100]=0.3294 ③发电机的额定电流：ING= SN/（3×UaV）=(400/0.85)/(

3×115)=2.363KA

④系统的额定电流: INS= SB/（3×UaV）=100/(3×115)=0.502KA 有名值I=标幺值I×IN

无限大系统提供的短路电流标幺值XS*=1/ Xfs=19.23 根据计算电抗查表得数据见表1-2

表1-2 d2点短路时短路电流计算结果 时间(S) 等值发电机G的电流标幺值 对应有名值（KA） 系统的电流标幺 值 对应有名值（KA）

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0 3.368 7.96 19.23 9.65 0.1 2.909 6.874 19.23 9.65 1 2.299 5.433 19.23 9.65 4 2.316 5.473 19.23 9.65

短路点起始电流I=7.96+9.65=17.61KA 冲击电流Ish=1.85×2×17.61=46.1KA

附录Ⅱ：电气设备的校验

㈠ 220KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=220KV 40摄氏度时最大电流Imax=

Pmax3UNCOS?=

2000003*220*0.85=617.5A

-6S摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以：IN≥Imax=(1+20%)×617.5=741A

所以选出如表4.4.2中的型号。因为T＞1s，所以，非周期的热效应忽略不计。

1.、热稳定性的校验：

4S热效应为：Qk=27.92*4=3115 KA2.S

所选断路器的4S热效应Qk=3969＞3115，所以所选断路器符合要求。 2、动稳定性校验

220KV侧短路冲击电流ish=73.26KA

所选断路器Ies=80KA＞73.26KA 所以该断路器的动稳定性也很好。 ㈡110KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=110KV

最大的电流按照额定电流的1.05倍计算。

-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以有

IN≥Imax=(1+20%)×1.05×IN=1111.5A

所以选出如表4.4.1中的型号。

用与220KV断路器校验的方法校验110KV的断路器，得出所选的断路器符合热稳定性和动稳定性。

对于电流互感器和隔离开关，是用和断路器同样的方法校验，在此就不加累赘了。请读者自己校验。

而电压互感器只要考虑其结构和额定电压，不需要对动稳定性和热稳定性进行校验。

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