王雅婷《水电站电气一次及发电机继电保护》

摘 要

摘 要

随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势。电力系统， 由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。因此，关于电力系统水电站设计方面的论文研究就显得格外重要。通过本论文的研究，可以使直岗拉卡水电站安全可靠的在系统中运行，保证其持续可靠的供电。

关键词：能源 电力能源 火电 电力系统水电站

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ABSTRACT

ABSTRACT

With the continuous development of China's economy, the demand for energy is also growing, but the contradiction between the shortage and energy demand continues to deteriorate in recent years, the development of country is badly in need of the electric power industry, to provide protection for the development of China's economy. The power energy structure of our country nowadays, our country is mainly dominated by thermal power, but power due to pollution in the process of operation, the coal price is high today, the operation cost of thermal power is high, affected by the thermal power plant boiler and other electrical equipment, the low utilization rate of resources, only the general thermal efficiency about 30%-50%. Compared with hydropower, there are many obvious advantages.

Power system, which is composed of power generation, power generation, transmission, distribution and power consumption, and so on. It is the function of the nature of this energy by generating power plant (including boiler, steam turbine, generator and power plant auxiliary production system) into electricity, then the substation and distribution system will supply power to the load center. Because the power point and the load center are in different regions, and can not be stored in a large amount, the electric energy production must be kept in balance with the consumption. Therefore, the power of the centralized development and decentralized use, as well as the continuous supply of electrical energy and random changes in load, it has restricted the structure and operation of the power system. Therefore, the research on the design of hydropower station is particularly important. Through this study, can make the Zhiganglaka hydropower station safe and reliable operation in the system, to ensure its continued and reliable power supply.

Key words: energy, power, power, power, power, power, power system, hydropower station

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目 录

目 录

第一章 电气主接线设计 .................................................................................. 4

1.1 设计原则 ............................................................................................... 4 1.2 各方案比较 ........................................................................................... 5 1.3 厂用电设计原则 ................................................................................... 9 第二章 短路电流计算 .......................................................................................11

2.1 对称短路电流计算 ............................................................................. 11 2.2 非对称短路电流计算 ......................................................................... 22 第三章 电器主设备选择 .................................................................................. 33

3.1对方案I的各主设备选择 .................................................................. 33 3.2 对方案Ⅱ的各主设备选择 ................................................................. 54 第四章 发电机继电保护原理设计及保护原理 .............................................. 55

4.1 初步分析 ............................................................................................. 55 4.2 对F1 的保护整定计算 ...................................................................... 57 4.3 对F5的保护整定计算： ................................................................... 61 第五章 计算机监控系统方案论证选择 .......................................................... 66

5.1 系统功能 ............................................................................................. 66 5.2 监控对象 ............................................................................................. 68 5.3 系统结构 ............................................................................................. 68 致 谢 ....................................................... 70 参考文献 ..................................................... 71

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第一章 电气主接线设计

第一章 电气主接线设计

1.1 设计原则

电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。

在电气主接线设计时，综合考虑以下方面： ① 保证必要的供电可靠性和电能质量

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。

② 具有经济性

在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。

③ 具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。

主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。

④ 具有发展和扩建的可能性

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第一章 电气主接线设计

随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。

根据以上几点，对直岗拉卡水电站的主接线拟定以下几种方案。

1.2 各方案比较

方案Ⅰ

本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了双母接线。双母接线的供电可靠性较高，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电，且调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建性也非常号，可以向母线左右方向任意扩建，且施工过程也不会停电，只是双母接线多了一台旁路断路器，投资有所增加。

图1-1 电气主接线方案Ⅰ

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第一章 电气主接线设计

方案Ⅱ

本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。其110kv侧的单母分段带专用旁路断路器的母线接线方式中,由于增加了分段其全厂停电的可能性为0，且任一台断路器检修时都不会引起停电，其供电可靠性较高。

图1-2 电气主接线方案Ⅱ

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第一章 电气主接线设计

方案Ⅲ

本方案采用了两个扩大单元接线，一个单元接线，110kv侧采用了双母带旁母的接线方式。此种接线方式大大提高了供电的可靠性，但是由于有了专用的旁路母线，多装了价高的断路器和隔离开关，大大增加了投资，此种接线方式对于供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的，但是对于供电可靠性要求不是很高的中小型水电站来说不是很适用。

图1-3 电气主接线方案Ⅲ

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第一章 电气主接线设计

方案Ⅳ

本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了单母接线的方式，此种接线虽然接线方式简单，投资很少，但是其供电可靠性大大降低，其母线一旦出现故障就会造成全厂停电，严重影响了持续供电。

图1-4 电气主接线方案Ⅳ

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第一章 电气主接线设计

方案Ⅴ

本方案采用了一个发电机单母接线和两个单元接线，1110kv侧采用双母接线的方式。发电机单母接线使主变压器数量减少，投资节省，接线简单明了，运行方便，但是发电机电压配殿装置元件多，增加检修工作量，母线或与母线所相连的隔离开关故障或检修时，三台发电机都要停电，可靠性及灵活性较差。

图1-5 电气主接线方案Ⅴ

综合分析上述五种方案，再结合该水电站为中小型水电站的实际情况，拟定的主接线应以经济性为主，但其可靠性也需要考虑，方案一和方案二最能满足这两项要求，故最终选定方案一和方案二为最终比较方案。、方案Ⅰ的可靠性比方案一高，如果在投资相差不多的情况小应该首选方案Ⅰ，如果在方案Ⅱ比方案Ⅰ投资低较多则从经济性的角度出发应选择方案Ⅱ。

1.3 厂用电设计原则

厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求：

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第一章 电气主接线设计

① 接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简便，使启动（备用）电源能迅速投入。

② 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。

③ 充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变接线和更换设备。

根据上述要求，结合本水电站为中小型水电站，以及厂用电分为6kV和380kV两个电压等级的实际情况。

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第二章 短路电流计算

第二章 短路电流计算

2.1 对称短路电流计算

发电机，变压器及系统的主要参数如下：

''发电机参数：45MW?5，cos??0.95，Xd?0.23，额定电压10.5kV

变压器参数：3台，1T:Ud%?14PMVA, 2T: Ud%?14%, 100MV

系统参数：110kV出线四回，正序阻抗（标么值）：0.91716，零序阻抗（标么值）1.1235，三相短路容量：2543MVA，单相短路容量：2529.9MVA。 对方案Ⅰ的系统正序阻抗网络等值图为[1]：

图2-1 正序阻抗网络等值图

Ij(10.5)?取基准值：Sj?1000MVA，Uj?10.5kV时，

Sj3Uj?54.986kA, Uj?115kV，

Ij(115)＝

Sn?

Sj3Uj＝5.020kA,45MW功率因素为0.95的机组容量为;

45?47.368MVA（2-1） 0.9511

第二章 短路电流计算

发电机F1~F5:X1=X2=X3=X4=X5=X''d变压器B1~B3:X6=X7=系统阻抗X10：X10?SjSn=0.23?1000?4.856

47.368Ud%Sj141000141000??2.8 ????1.4 X8?10050100Sn100100?1000?0.393 2543Sj''Sd对d1点进行短路计算[2]： 网络简化如下：

图2-2 d1网络简化图

X11?X1//X2?4.856?2.428 X12?X9?X10?0.91716?0.393?1.310 24.856?3.828 2X13?X7?X3//X4?1.4?X14?X8?X5?2.8?4.856?7.656

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第二章 短路电流计算

继续简化上图：

图2-3 d1网络简化图

X15?X13//X14?3.828?7.656?2.552

3.828?7.656再化简得：

图2-4 d1网络简化图

X16?X12?X6?X17?X15?X6?

X12X6?3.429 X15X15X6?9.710 X1213

第二章 短路电流计算

三相短路电流周期分量计算： 系统A侧：

Ij(10.5)X16SjX16?54.986?16.036kA3.429IZA?''Sd??1000?291.630MVA3.429

B侧（F3~F5）的计算电抗为Xjs?X17Sn142.104?9.710??1.371 Sj1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

''I*Z?0.752 I*Z0.2?0.731 I*Z2?0.834 I*Z4?0.837

10.5kV侧额定电流为：

In(F3~F5)?Sn(F3~F5)3Uj?142.1043?10.57.814kA

''''因此：IZ?I*kA ZIn(F3~F5)?0.752?7.814?5.876 IZ0.2?I*Z0.2IN(F3~F5)?0.731?7.814?5.712kA IZ2?I*Z2In(F3~F5)?0.834?7.814?6.517kA

IZ4?I*Z4?In(F3~F5)?0.837?7.814?6.540kA Sd?I*ZSn(F3~F5)?0.752?142.104?106.862MVA

''''C侧（F1~F2）的计算电抗为： Xjs?X11Sn94.736?2.428??0.230（2-2） Sj1000由计算电抗查短路电流运算曲线得：

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第二章 短路电流计算

'' I*Z4?3.328 I*Z?5.087 I*Z0.2?3.523 I*Z2?3.238其10.5kV侧的额定电流为：

In(F1~F2)?Sn(F1~F2)3Uj?94.7363?10.5?5.209kA（2-3）

因此：

'' IZ?5.087?5.209?26.498kA IZ0.2?3.523?5.209?18.351kA

IZ2?3.238?5.209?16.867kA IZ4?3.328?5.209?17.336kA

''''Sd?I*.922MVA（2-4） ZSn(F1~F2)?5.087?94.736?481所以，d1点的三相短路电流为：

'' IZ?16.036?5.876?26.498?48.410kA

IZ0.2?16.036?5.712?18.351?40.099kA

IZ2?16.036?6.517?16.867?39.420kA IZ4?16.036?6.540?17.336?39.912kA

''Sd?291.630?106.862?481.922?880.414kA

d1点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算:

(1).系统A侧和F3~F5三电源B侧的KZ,Kch值采用远离发电机地点发生短路时的数值，则Kch＝1.80，KZ＝0.97

ich＝

''2?1.80IZ=2?1.80?(16.036+5.876)=55.779KA

Ich＝

''2IZKZ?2(Kch?KZ)2?(16.036+5.876)

0.972?2?(1.80?0.97)2?33.366 （2-5）

(2)C侧二电源的KZ，Kch值采用发电机机端短路时的值，故Kch＝1.90，KZ＝0.93

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第二章 短路电流计算

''＝2?1.90?26.498＝71.200KA ich＝2?1.90IZ''2IZKZ?2(Kch?KZ)2?26.498?0.932?2?(1.90?0.93)2?35.608kA（2-6）

(3) 总的冲击电流ich及全电流Ich为：

ich＝55.779＋71.200＝126.979KA Ich=33.3666+35.608=68.974KA d1点短路电流热效应计算：

I''210I22Z?t?IZtQZ2Zt＝

12t （2-7）其中t取4S

=

48.4102?10?39.4202?39.912212?4 =6491.953kA2S

d2点短路电流计算.

网络简化如下，并结合其正序阻抗图得，

图2-5 d2点正序阻抗网络图

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第二章 短路电流计算

X11＝X9?X10?1.310 X12?X6?X1//X2?3.828

X13?(X7?X3//X4)//(X8?X5)?2.552 三相短路电流周期分量计算： 系统A侧：

Ij(110)X11SjX11?5.020?3.832kA1.310IZA?''Sd??1000?763.359MVA1.310

B侧（F1~F2）的计算电抗为：

Xjs?X12Sn94.736?3.828??0.363（2-8） Sj1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

'' I*Z2?2.734 I*Z4?2.804 I*Z?3.035 I*Z0.2?2.523其110kV侧得额定电流为：

In(F1~F2)?Sn(F1~F2)3Uj?94.7363?115?0.476kA（2-9）

''因此：IZ?3.035?0.476?1.445kA IZ0.2?2.523?0.476?1.201kA

IZ2?2.734?0.476?1.301kA IZ4?2.804?0.476?1.335kA

''''Sd?I*.736?287.524MVA（2-10） ZSn(F1~F2)?3.035?94C侧（F3~F5）的计算电抗为：

Xjs?X13Sn14.2104?2.55?2?0.36 3Sj100017

第二章 短路电流计算

由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

'' I*Z2?2.734 I*Z4?2.804 I*Z?3.035 I*Z0.2?2.523其110kV侧得额定电流为： In(F3~F5)?Sn(F3~F5)3Uj?142.1043?115?0.708kA（2-11）

''因此： IZ?3.035?0.708?2.149kA IZ0.2?2.523?0.708?1.786kA

IZ2?2.734?0.708?1.936kA IZ4?2.804?0.708?1.985kA

''''Sd?I*.104?431.286MVA（2-12） ZSn(F3~F5)?3.035?142所以，d2点的三相短路电流为：

'' IZ?3.832?1.445?2.149?7.426kA

IZ0.2?3.832?1.201?1.786?6.811kA IZ2?3.832?1.301?1.936?7.069kA IZ4?3.832?1.335?1.985?7.152kA

'' Sd ?763.359?287.524?431.286?1482.169MVAd2点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算：

因为d2点在发电厂高压侧母线上，所以Kch＝1.80，KZ＝0.97

''ich=2?1.80IZ=2?1.80?7.426?18.904kA

''2KZ?2(Kch?KZ)2?7.426?0.972?2?(1.80?0.97)2?32.636kA Ich=IZ短路电流热效应计算：

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第二章 短路电流计算

''22IZ?10I2t?IZtQZt＝

Z212t （2-13）其中t取4s

7.4262?10?7.0692?7.1522?4=202.001 kA2S =

12对d3点短路电流计算：

网络简化如下图，并结合其正序阻抗图，得：

图3-6 d3正序阻抗网络等值图

X11＝X9?X10?1.310 X12?(X6?X1//X2)//(X7?X3//X4)?1.914

继续简化得：

图3-7 d3网络简化图

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第二章 短路电流计算

X13?X8?X11?X14?X8?X12?X11X8?6.026 X12X12X8?8.805 X11三相短路电流周期分量计算： 系统A侧：

Ij(10.5)X13SjX13?54.986?9.125kA6.026IZA?''Sd??1000?165.946MVA6.026

B侧（F1~F4）的计算电抗为： Xjs?X14Sn18.9472（2-14） ?8.80?5?1.668Sj1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

'' I*Z2?0.654 I*Z4?0.654 I*Z?0.612 I*Z0.2?0.60210.5kV侧的额定电流为： In(F1~F4)?因此：

'' IZ?0.612?10.418?6.376kA IZ0.2?0.602?10.418?6.272kA

Sn(F1~F4)3Uj?189.4723?10.5?10.418kA（2-15）

IZ2?0.654?10.418?6.813kA IZ4?0.654?10.418?6.813kA

'''' Sd ?I*.472?115.957MVAZSn(F1~F4)?0.612?189C侧F5的计算电抗为：

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第二章 短路电流计算

Xjs?X5Sn47.368?4.856??0.230（2-16） Sj1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

'' I*Z2?3.250 I*Z4?3.184 I*Z?4.812 I*Z0.2?3.46710.5kV侧的额定电流为： In(F5)?因此：

'' IZ?4.812?2.605?12.535kA IZ0.2?3.467?2.605?9.032kA

Sn(F5)3Uj?47.3683?10.5?2.605kA（2-17）

IZ2?3.250?2.605?8.466kA IZ4?3.184?2.605?8.294kA

'''' Sd（2-18） ?I*?22.793M5VAZSn(F5)?4.812?47.368所以，d3点的三相短路电流为：

'' IZ?9.125?6.376?12.535?28.036kA

IZ0.2?9.125?6.272?9.032?24.429kA IZ2?9.125?6.813?8.466?24.404kA IZ4?9.125?6.813?8.294?24.232kA

'' Sd（2-19） ?165.946?115.957?227.935?509.838MVAd3点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算：

A侧和B侧采用远离发电厂地点，故Kch＝1.80，KZ＝0.97

''ich＝2?1.80IZ＝2?1.80(9.125?6.272)?39.194kA

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第二章 短路电流计算

''2Ich?IZKZ?2(Kch?KZ)2?(9.125?6.272)?0.972?2?(1.80?0.97)2?23.445kAC侧采用发电机机端，故Kch＝1.90，KZ＝0.93

''ich＝2?1.90IZ＝2?1.90?12.535?33.682kA

''2Ich?IZKZ?2(Kch?KZ)2?12.535?0.932?2?(1.90?0.93)2?20.774kA

所以，总的ich和Ich为：

ich＝39.194＋33.682＝72.876kA Ich=23.445+20.774=44.219Ka

短路电流热效应计算：

''22IZ?10I2t?IZtQZt＝

Z212t （2-20）其中t取4s

28.0362?10?24.4042?24.2322?4 =

12 =2442.920 kA2S

2.2 非对称短路电流计算

该系统的负序阻抗与正序阻抗图相比只是发电机出口端的负序阻抗是正序阻抗的1.45倍，故负序阻抗如下[3]：

图2-8负序阻抗网络图

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第二章 短路电流计算

该系统的零序阻抗为X10?Sj''Sd?1000?0.395，由原始资料可知线路的零序阻抗

2529.9为1.1235，故其零序阻抗图为：

图2-9零序阻抗网络图

（一）正序网络的变换[4]

短路d1点等效后的正序阻抗图为：

图2-10 d1点正序阻抗网络图

X1??1?1.24

111??X11X16X17 23

第二章 短路电流计算

短路d2点等效后的正序阻抗图为：

图2-11 d2点正序简化图

X1??1?0.706

111??X11X12X13短路d3点等效后的正序阻抗图为;

图2-12 d3点正序简化图

X1??1?2.060

111??X5X13X14(二).负序网络的变换

短路d1点等效后的负序阻抗图为：

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第二章 短路电流计算

图2-13 d1点负序阻抗等值图

X11?X1//X2?7.0412?3.507 2X12?X9?X10?1.310

X13?(X7?X3//X4)//(X5?X8)?5.274

再简化得,

图2-14 d1点负序简化图

X14?X12?X6?X12X6?3.270 X13X15?X13?X6?X13X6?8.173 X12X2??1?1.402

111??X11X14X15 25

第二章 短路电流计算

短路d2点等效后的负序阻抗图为：

图2-15 d2点负序简化图

X11?X9?X10?1.310 X12?X6?X1//X2?4.921 X13?(X5?X8)//(X7?X3//X4)?3.280

X2??1?0.787

111??X11X12X13短路d3点等效后的负序阻抗图为：

图2-16 d3点负序简化图

X11?X9?X10?1.310

X12?(X6?X1//X2)(X7?X3//X4)?2.460

26

第二章 短路电流计算

再化简得：

图2-17 d3点负序简化图

X13?X11?X8?X11X8XX?5.601 X14?X12?X8?128?10.518 X12X11X2??1?2.406

111??X5X13X14（三）零序网络的变换：

短路d1点等效后的零序阻抗图为：

图2-18 d1点零序简化图

X6?X4?X5?1.518

X7?X2//X3?0.933

27

第二章 短路电流计算

再化简为：

图2-19 d1点零序简化图

X8?X6?X1?111?X8X9X6X1XX ?5.196 X9?X7?X1?71?3.193X7X6?1.978

X0??短路d2点等效后的零序阻抗图为：

图2-20 d2点零序简化图

X6?X4?X5?1.518 X7?X2//X3?0.933

X0??1?0.409

111??X1X6X7短路d3点等效后的零序阻抗图为：

X6?X4?X5?1.518 X7?X1//X2?0.7

28

第二章 短路电流计算

图2-21 d3点零序简化图

再化简得：

图2-21 d3点零序简化图

X8?X6?X3?111?X8X9X6X3XX?10.39 X9?X3?X7?37?4.791 X7X6?3.279

X0??

不对称短路电流计算

（一）d1点短路

正序综合阻抗 X1??1.24 负序综合阻抗 X2??1.402 零序综合阻抗 X0??1.978 1. 单相短路电流

29

第二章 短路电流计算

''(1)正序电流的标么值 I*?1X1?1?0.21（12-21）

?X2??X0?''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*?54.986?11.602kA（2-22） 1Ij?0.211单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?11.602?34.806kA（2-23） 2. 单相短路电流

''(2)正序电流的标么值 I*?1X1?1（2-24） ?0.378?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA（2-25） 1Ij?0.378?54.986?20.785两相短路电流 I''(2)?3?20.785?36.001kA（2-26） 3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1正序电流的有名值 I1''(1,1)1?0.48（12-27）

X2?X0?X1??X2??X0?''(1,1)?I*1Ij?0.481?54.986?26.448kA（2-28）

X2?X0?(X2??X0?)2?I1''(1,1)?39.962kA（2-29）

两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1? (二) d2点短路

正序综合阻抗 X1??0.706 负序综合阻抗 X2??0.787 零序综合阻抗 X0??0.409 1. 单相短路电流

''(1)?正序电流的标么值 I*1X1?1?0.526

?X2??X0?''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*kA 1Ij?0.526?5.020?2.641 30

第二章 短路电流计算

单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?2.641?7.923kA 2. 单相短路电流

''(2)正序电流的标么值 I*?1X1?1 ?0.670?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA 1Ij?0.670?5.020?3.363两相短路电流 I''(2)?3?3.363?5.825kA 3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1正序电流的有名值 I1''(1,1)1?1.026

X2?X0?X1??X2??X0?''(1,1)?I*1Ij?1.026?5.020?5.151kA

X2?X0?(X2??X0?)2?I1''(1,1)?7.854kA

两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1?(三) d3点短路

正序综合阻抗 X1??2.060 负序综合阻抗 X2??2.406 零序综合阻抗 X0??3.279 1. 单相短路电流

''(1)?正序电流的标么值 I*1X1?1?0.129

?X2??X0?''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*kA 1Ij?0.129?54.986?7.093单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?7.093?21.279kA 2. 单相短路电流

31

第二章 短路电流计算

''(2)正序电流的标么值 I*?1X1?1 ?0.224?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA 1Ij?0.224?54.986?12.317两相短路电流 I''(2)?3?12.317?21.334kA 3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1正序电流的有名值 I1''(1,1)1 ?0.289X2?X0?X1??X2??X0?''(1,1)?I*1Ij?0.289?54.986?15.891kA

X2?X0?(X2??X0?)2?I1''(1,1)?23.947kA

两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1?不对称短路计算结果如下：

表2.1不对成短路电流计算结果

短路点 单相短路电流(kA) 两相短路电流(kA) 7.923 5.825 7.854 两相接地短路电流(kA) 21.114 21.334 23.947 d1 d2 34.806 36.001 39.962 d3 因为方案Ⅱ的等效阻抗图与方案Ⅰ相同，故方案Ⅱ的短路电流计算结果与方案Ⅰ也相同。

32

第三章 电气主设备选择

第三章 电器主设备选择

3.1对方案I的各主设备选择

其接线方式如下图：

图3-1 方案Ⅰ主接线图

断路器和隔离开关的选择[5]

对D1～D4断路器和G1～G4隔离开关的选择 A.对10.5kV D1～D4断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?10.5kV（3-1）

（2）按额定电流选择

33

第三章 电气主设备选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?47.368/(3?10.5)?2.735kA（3-2）

（3）按开断电流选择

若在D1～D4上侧短路时流过D1～D4的短路电流为F1流过的短路电流，即为26.498/2＝13.249kA，而在D1～D4下侧短路时流过D1～D4的短路电流为系统和F2～F5的短路电流之和，即16.036＋5.876＋13.249＝35.161kA，故应按D1～D4下侧短路时来选择设备，其短路电流为35.161kA。

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbT?Id?35.161kA（3-3）

（4）按动稳定电流选择

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

''ies?ish?1.92Id?1.92?35.161?94.583kA

（5）按热稳定度校验

Qk?(Id''2''?10I2d2?I2dt)/12?t（3-4）

Id?35.161kA

Id2?16.036?6.517?8.434?30.987kA Id4?16.036?6.540?8.668?31.244kA

代入上式，得 Qk?3938.14kA2S（3-5） 则Qt?Qk?3938.14KA2S

'' 34

第三章 电气主设备选择

B.对10.5kV G1～G4隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： Un?10.5kV （2）按额定电流校验： In?Imax?2.735kA （3）按动稳定度校验： ies?ish?94.583 （4）按热稳定度校验： Qt?Qk?3938.14kA2S 选择D1～D4为SN10?10/3000?43.3型断路器 选择G1～G4为GN10?10T/3000型隔离开关

表3.1 所选各设备技术数据与计算数据

GN10?10T/3000设备参数 SN10?10/3000?43.3 计算数据 UN(kV) IN(A) 10 3000 43．3 43.32?4?7499.56 10 3000 —— 702?4?19600 UN(kV) Imax(A) 10 2735 35.161 3938.14 94.58 INbr(kA) Id(kA) Qk(kA2S) ies(kA) ''It?t(kA2S) ies(kA) 2130 160 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对D5，D6断路器和G6～G9隔离开关选择 A．对110kV D5，D6断路器的选择 （1）按额定电压选择：

35

第三章 电气主设备选择

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?110kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?94.736/(3?110)?0.522kA（3-6）

（3）按开断电流选择

若在D5，D6上侧短路时流过D5，D6的短路电流为F1和F2流过的短路电流为1.445kA，而在D5，D6下侧短路时流过D5，D6的短路电流为系统和F3～F5的短路电流之和，即3.832＋2.149＝5.981kA，故应按D5，D6下侧短路时来选择设备，其短路电流为5.981kA。

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbT?Id?5.981kA（3-7）

（4）按动稳定电流选择

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

''ies?ish?1.82Id?1.82?5.981?15.255kA

（5）按热稳定度校验

Qk?(Id''2''?10I2d2?I2dt)/12?t

''Id?5.981kA Id2?5.768kA

36

第三章 电气主设备选择

Id4?5.367kA

代入上式，得 Qk?132.425kA2S 则Qt?Qk?132.425KA2S B.对110kV G6～G9隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： Un?110kV （2）按额定电流选择： In?Imax?0.522kA （3）按动稳定选择： ies?ish?15.255kA （4）按热稳定度校验： Qt?Qk?132.425KA2S 选择D5，D6为SW6－110型断路器 选择G6～G9为GW4－110D型隔离开关

表3.2 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 SW6－110 110 1200 31．5 GW4－110D 110 1200 —— 计算数据 UN(kV) IN(A) UN(kV) Imax(A) 110 522 5．981 132．425 15．225 INbr(kA) Id(kA) ''2It?t(kA2S) 31.52?4?3969 252?4?2500 Qk(kA2S) ies(kA) 80 80 ies(kA) 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对10.5kV G5断路器的选择

37

第三章 电气主设备选择

（1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?10.5kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?47.368/(3?10.5)?2.735kA

（3）按动稳定电流选择

若在G5上侧短路时流过G5的短路电流为F5流过的短路电流为12.535kA，而在G5下侧短路时流过G5的短路电流为系统和F1～F4的短路电流之和，即9.125＋6.376＝15.501kA，15.501>12.535，故按G5下侧短路时来选择设备，其短路电流为15.501kA。

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

ies?ish?1.92?15.501?41.649kA

（4）按热稳定度校验： Qk?(Id''''2?10I2d2?I2dt)/12?t

其中 Iz?15.501

Iz2?9.125?6.813?15.938kA

Iz4?9.125?6.813?15.938kA

代入上式得

Qk?1011.500KA2S则Qt?Qk?1011.500KA2S

38

第三章 电气主设备选择

表3.3 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 GN2－10 10 3000 602?4?14400 计算数据 UN(kV) IN(A) UN(kV) Imax(A) 10 2735 1011．500 41．649 It?t(kA2S) ies(kA) 2Qk(kA2S) ies(kA) 100 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数符合要求 对D7断路器和G10,G11隔离开关选择. A．对110kV侧D7断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?110kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

IN≥Imax＝

（3）按开断电流选择

若在D7上侧短路时流过D7的短路电流为F5流过的短路电流，即为2.149－1.445＝0.704kA，而在D7下侧短路时流过D7的短路电流为系统和F1～F4的短路电流之和，即3.832＋2?1.445＝6.722kA，故应按D7下侧短路时来选择设备，其短路电流为6.7221kA。

1.05?Sn3UN＝

1.05?47.3683?110?0.261 kA（3-8）

39

第三章 电气主设备选择

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbr≥Id’’＝6.722kA

（4）按动稳定电流校验：

电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×6.722＝17.111kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''其中IZ＝6.722kA,

''

IZ2=3.832+21.301=6.434kA

''IZ4=3.832+2?1.335=6.502kA

带入上式得，

Qk＝167.1kA2.s,则 Qt ≥ Qk =167.1 kA2.s B 对110kV侧G10，G11 隔离开关的选择： 1、按额定电压选择：UN≥110 kV. 2、按额定电流选择：IN≥0.261A； 3、按动稳定校验： ies≥ish =17.11kA 4、按照热稳定校验 Qt≥Qk ＝167.1 kA2.s,

40

第三章 电气主设备选择

选择D7为SW6-110型断路器 选择G10G11 为GW4－110D型隔离开关

表3.4 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 UN （kV） IN （A） INbr(kA) It2×t ies(kA) SW6-110 110 1200 31.5 31.52?4=3969 80 GW4－110D 110 1000 -- 252?4＝2500 80 计算数据 UN （kV） Imax（A） Id’’(kA) Qk(kA2.s) ish(kA) 110 261 6.722 167.1 17.11 由上表可知所选断路器隔离开关符合技术参数要求 对于D8～D11断路器，和G12～G23 隔离开关的选择 A 对110kV 侧D8～D11断路器选择： （1） 按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UN≥110 kV；

（2）按额定电流选择：

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

IN≥Imax＝

（3）按开断电流选择：

41

1.05?Sn3UN＝

1.05?5?47.3683?110?4?0.326 kA

第三章 电气主设备选择

若在D8～D11下侧短路电流时流过D8～D11的短路电流为系统侧短路电流即为3.832kA,而在D8～D11上侧短路时流过D8～D11短路电流为5台发电机短路电流之和，即为1.445＋2.149＝3.549kA，3.832>3.594，所以 按照D8～D11下侧短路的短路电流来选择设备，其短路电流为3.832kA

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即 断路器额定开断电流INbr≥Id’’＝3.832kA （4）按动稳定电流校验：

电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×3.832＝9.756kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''''''

其中IZ＝IZ2=IZ4=3.832kA 带入上式得

Qk=58.739 kA2.s 则Qt≥Qk=58.739 kA2.s

B. 对G12～G23隔离开关的选择：

1、 按额定电压选择：UN≥110 kV； 2、按额定电流选择：IN≥Imax＝0.326 kA 3、按动稳定电流校验ies≥ish =9.756kA

4、按热稳定校验：Qt≥Qk=58.739 kA2.s 选择D8～D11为SW4-110型断路器

42

第三章 电气主设备选择

选择G12～G23为GW4－110型隔离开关

表3.5 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 SW4-110 GW4－110 计算数据 UN （kV） IN （A） INbr(kA) It2×t ies(kA)

110 1000 18.4 31.52?4=3969 55 110 630 -- 202?4＝1600 50 UN （kV） Imax（A） Id’’(kA) Qk(kA2.s) ish(kA) 110 326 3.832 58.739 9.756 对D12断路器和G24,G25隔离开关选择. A. 对母联断路器D12的选择： （1） 按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UN≥110 kV；

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

IN≥Imax＝

（3）按开断电流选择：

43

1.05?Sn3UN＝

1.05?47.3683?110?0.261 kA

第三章 电气主设备选择

若在D12上，下侧短路时，其短路电流都是7.426kA，断路器的开断电流INbr不应小于断路器开断开断瞬时的短路电流周期分量。即 断路器额定开断电流INbr≥Id’’＝7.426kA （4）按动稳定电流校验：

电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×7.426＝18.9kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''''''

其中IZ＝7.426kA IZ2=7.069kA IZ4=7.152kA 带入上式得

Qk=202.001 kA2.s 则Qt≥Qk=202.001 kA2.s

B. 对母联隔离开关G24～G25的选择：

1、按额定电压选择：UN≥110 kV； 2、按额定电流选择：IN≥Imax＝261 kA 3、按动稳定电流校验ies≥ish =18.9kA

4、按热稳定校验：Qt≥Qk=202.001kA2.s 选择D12为SW6-110型断路器

选择G24～G25为GW4－110D型隔离开关

表3.6 所选各设备技术数据与计算数据

44

第三章 电气主设备选择

设备参数 SW6-110 GW4－110D 计算数据 UN （kV） 110 110 UN （kV） 110 IN （A） 1200 1000 Imax（A） 261 INbr(kA) 31.5 -- Id’’(kA) Qk(kA2.s) 7.426 It2×t 31.52?4=3969 252?4＝2500 200.001 ies(kA) 80 80 ish(kA) 18.9

对方案Ⅰ所选断路器，隔离开关汇总如下：

表3.7 方案Ⅰ所选各断路器隔离开关技术数据

断路器 D1~D4 断路器型号 隔离开关 G1~G4 隔离开关型号 SN10?10/3000?43.3 GN10?10T/3000 D5~D7 D8~D11 D12 SW6－110 SW4－110 SW6－110 G6~G11 G12~G23 G24~G25 G5 GW4－110D GW4－110 GW4－110D GN2－10 电流互感器的选择[6]

45

第三章 电气主设备选择

（1）110kV侧电流互感器的选择 ①型号的选择

选择LVQB-110W2型SF6气体绝缘电流互感器，其参数如下：

表3.8 所选电流互感器技术数据

电流互感器 额定电压额定电流In(A) 短时热稳定电耐受冲击电流流It（kA） Un(kA) imax(kA) LVQB-110W2 110 1500 50 115 ②按额定电流选择

根据该水电站主变压器容量为2 ?50＋100＝200MVA，其额定电压为110kV，则主变压器110kV侧的工作电流为

1.05?2003?110?1102A，所选电流互感器一次额定电流为

1500A，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。 ③按动稳定校验

LVQB-110W2型电流互感器的动稳定电流为imax＝115kA,大于该水电站110kV侧短路时的冲击电流ish?18.904kA,满足动稳定要求。 ④按热稳定校验

LVQB-110W2型电流互感器热稳定电流为It＝50kA，大于该水电站110kV,侧短路时的稳定电流7.152kA，满足热稳定要求。 （2）10.5kV发电机出口处电流互感器的选择 ①型号的选择

46

第三章 电气主设备选择

选择LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器，其参数如下：

表3.9 所选电流互感器技术数据

电流互感器 额定电压额定电流In(A) 短时热稳定电流It（kA） 耐受冲击电流imax(kA) Un(kA) LZZBJ9-12/175b/2s 10.5 3150 80 160 ②按额定电流选择

根据发电机的容量47.368MVA, 其额定电压为10.5kV，则发电机出口处的工作电流1.05?47.368?2735A，为所选电流互感器一次额定电流为3150A，满足该水电站一

3?10.5次负荷电流变化的要求。 ③按动稳定校验

LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器的动稳定电流为imax＝160kA,大于该水电站发电机出口处的冲击电流ish?126.979kA，满足动稳定要求。 ④按热稳定校验

LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器热稳定电流为It＝80kA，大于该水电站发电机出口处的热稳定电流39.912 kA 电压互感器的选择 ① 型号的选择

110kV侧选择WVB110-20(H)型电压互感器 10.5kV侧选择JDZX10-12BG型电压互感器 其各参数如下：

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第三章 电气主设备选择

表3.10 所选电压互感器技术数据

电压等级 110kV 选择型号 WVB110-20(H) 额定电压 一次/二次 1100.10.1///0.1333额定绝缘水平 选择最高电压126kV 选择绝缘耐压185kV 额定雷电冲击电压450kV 10.5kV JDZX10-12BG 1100.10.1///0.1333选择最高电压12kV 选择绝缘耐压185kV 额定雷电冲击电压450kV 110kV侧避雷器的选择 (1) 避雷器型号的选择：

选择Y10W5-110/260型无间隙氧化锌避雷器。其参数为：

表3.11 所选避雷器技术数据

型号 系统额定电压（kV） 避雷器额定电压（kV） 避雷器持续运行电雷电冲击电流下残陡波冲击电流下残压（kV） 压（峰值）压（峰值）不大于（kV） 不大于（Kv） Y10W5-110/260 110 100 73 260 291 (2) 按额定电压选择：

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第三章 电气主设备选择

110kV系统最高电压为126kV，避雷器相对地电压为0.75Um＝0.75?126?94.5kV ,所选避雷器额定电压为110kV大于94.5kv，满足额定电压要求。 (3) 按持续运行电压选择：

110kV系统相电压为126/3＝72.75kV,所选避雷器持续运行电压有效值为73kV，大于72.75kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择：

110kV变压器额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）450kV，避雷器标称放

BLC450??321kV（3-9）,所选避雷器雷电冲击电电流引起的雷电冲击残压为：Kc1.4电流下残压（峰值）不大于260kV，该值小于321kV,故满足雷电冲击残压的要求。 (5) 按陡波冲击电流选择：

110kV变压器的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为550kV，其陡波冲击电流下残压为

BIC550??393kV，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不大于291kV,该值Kc1.4小于393kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求 10.5kV侧避雷器的选择 (1)避雷器型号的选择：

选择Y5WS5-17/50L型避雷器。其参数为：（见表3.12） (2) 按额定电压选择：

10kV系统最高电压为11.5kV，避雷器相对地电压为0.75Um＝0.75?11.5?8.6kV ,所选避雷器额定电压为17kV大于8.6kv，满足额定电压要求。 (3) 按持续运行电压选择：

10kV系统相电压为11.5/3＝6.64kV,所选避雷器持续运行电压有效值为8.6kV，大

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第三章 电气主设备选择

于6.64kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择：

10kV发电机额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）75kV，避雷器标称放电

BLC75电流引起的雷电冲击残压为：??53.57kV,所选发电机雷电冲击电流下残

Kc1.4压（峰值）不大于51.8kV，该值小于53.57kV,故满足雷电冲击残压的要求。 (5) 按陡波冲击电流选择：

10kV发电机的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为75kV，其陡波冲击电流下残压为BIC75??53.57kV，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不大于51.8kV,该Kc1.4值小于53.57kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求。

表3.12 所选避雷器技术数据

型号 系统额定电压（kV） 避雷器额定电压（kV） 避雷器持续运行电雷电冲击电流下残陡波冲击电流下残压（kV） 压（峰值）压（峰值）不大于（kV） 不大于（Kv） 51.8 Y5WS5-17/50L 10 17 8.6 50 绝缘子的选择：

10.5kV侧发电机出口端绝缘子选择ZD-10F型 110kV侧母线和线路侧选择ZS2-110/1500型

母线选择[8]：

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