风电场接入系统继电保护配置方案研究 黄攀

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风电系统接入电网的继电保护问题分析

风电系统接入电网的继电保护问题分析

风电系统接入电网的继电保护问题分析发表时间:2019-02-22T10:19:49.580Z 来源:《防护工程》2018年第33期作者:李伟明[导读] 在电力系统运行过程中,继电保护发挥着重要的作用,在出现故障的时候。

国网江苏省电力有限公司盱眙供电分公司江苏盱眙 211700 摘要:风电系统的运行能够有效的使电力系统的运行效率得到提升,规模比较大的风电系统接入对于总体电网运行有着关键的作用,因为风能的无法完全进行控制,而且随机性比较强,有必要对此进行研究。

本文主要对风电系统接入电网的继电保护问题进行简要分析。

关键词:风电系统;电网;继电保护引言在电力系统运行过程中,继电保护发挥着重要的作用,在出现故障的时候,可以准确的进行识别以及实时断开电网系统,能够有效的保证电网的可靠安全运行。

1 风电接入电网的保护接地线路出现问题以后,因为接地距离保护适应程度比较高,而且在保护线路工作中的重要程度比较高,而在电力系统线路中处于后备保护工作的是零序电流保护,而距离保护动作的具体反应在平面上呈现为多边形(如图1),而且继电保护开始指令也是在多边形之内,而在多边形之在也不再属于继电器保护的运作范围。

若要使继电器保护工作的稳定程度与可靠程度可以得到提高,有必要在出口接地线路合适的配备过渡电阻,所在线路中有金属短路情况,若要使动作有完整的裕度,在计算总结后发现,在是γ14°的时候是最好的。

若要使线路出口短路的方向性更加明确,有必要采用记忆电压,这样就是在故障前母线电压比故障以后更加合适。

图1 多边形保护图2 风电场并网对电网继电保护影响2.1 对安全自动装置的影响在风电场规模越来越大的同时,如果联络线已经形成跳开动作,风机会开始运行,这样就不会对检同期的成功几率进行全面的保障,从而会导致检同期的重合闸无法正常进行重合,进一步致使风电脱网的问题出现,风电场不能够对电力系统提供必要的短路反馈电流,使得联络线路保护的能力有所下降,进而保护装置不正确动作指令出现,有利于设置固定的馈线保护,然后使保护的性能得到一定程度的提升。

浅析风电场继电保护配置

浅析风电场继电保护配置

浅析风电场继电保护配置摘要:风电场运行安全与否对电网的稳定和电力的供应都有重要的影响,因此,做好中大型风电场集电线路继电保护,对于保障风电场的稳定运行,降低和消除由于运行故障导致的各类问题,保证涉网运行安全具有举足轻重的作用。

本文通过对某风电场实际状况及运行参数进行模拟分析,以此来实现对继电保护进行分析和研究。

关键字:风电场、集电线路、继电保护、风力发电机1 风电场的基础建设1.1 风电机组的特征现阶段,我国现行的风力发电机组型号众多,但按是否存在齿轮箱可以归为两类:一类是直接驱动风力发电机,另一类是双馈式风力发电机。

在实际应用过程中,直接驱动风力发电机因结构简单,运行维护方便,性能优越,因此成为现阶段我国风力发电机组采用的主要机型之一。

直接驱动风力发电机,由于没有齿轮箱部分,因此,风机自身中重量比较轻,减少了机械传动,在一定程度上,降低了传递过程中的能量损失从而实现高转化率,低损失率。

同时机械传动设备的减少还使得风扇叶片在运行中惯性的降低,对于风速的适应和调节大大的增加,从而使得风机叶片的控制更加有效。

1.2 风电场的建设风电场的建设要在设计、施工都过程中进行严格的评估,通过对风电场建设的可行性、可利用风资源、地质条件等进行严格的评估,才能在立项时,保障项目建设的可行性。

同时,通过设计院等专业部门,对风电机组、电气系统、继电保护等进行严密的计算和选型,才能保证风电机组和设备的连续性和可靠性。

1.3 继电保护设置随着风电机组单机容量和风电场装机规模的不断扩大,其电路控制也不断复杂化,加上风能资源的不稳定,因此在风电机组运行过程中,各设备存在一个动态的管理过程,潮流也经常处于一种不稳定的状态,因此,实现电气量的各类保护对于风电机组的良好运行有着重要的意义。

一般来说,通过利用三段式电流保护和零序方向综合保护配置可实现对风电机组的保护控制。

当经过保护装置的电流超过额定的短路电流值时,断路器及时断开实现动作的保护称为电流速断保护;在速断保护的基础上,对保护进行设置,将速断效果进行改动设置,将动作执行时间进行设置,当短路电流超过额定持续一段时间内不进行处理,当超过时间后,才触发保护即为限时电流速断保护;当线路故障导致本线路速断保护与邻线路限时电流速断保护发生拒动时,通过设置定时限过流保护,实现对两线路的后备补充启动,成为定时限过流保护。

简析大规模风电接入对继电保护的影响与对策

简析大规模风电接入对继电保护的影响与对策

简析大规模风电接入对继电保护的影响与对策摘要:风能作为一种可再生绿色能源具有改善能源结构、经济环保等方面的优势,但是风力发电也会给电网带来一些影响,如对接入电网的电能质量、电网稳定性、继电保护等方面的影响。

所以在利用风能的同时,要采取相应措施,改善其并网性能,尽可能降低其对电力系统运行的负面影响。

风电场功率综合控制与风电场输出功率预测对解决风电接入问题具有重要的研究意义。

关键词:风电接入;继电保护;影响;对策风力发电的应用,让我国的电力资源紧张得到了很好的解决,并且随着人们对电力资源的需求度逐渐的增加,风力发电的问题也随之暴漏出来,这就对相关的工作人员提出了一个新的要求。

继电保护是保证电力系统正常稳定运行的关键装置,而大规模风电的接入势必会对原有的电力系统造成一定程度的影响,如何才能够解决这中影响,是当前电力部门应该思索的问题。

一、风电场及风电机组的运行特点风电场主要是由风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统组成,其中风电机组一般是选用异步发电机,风电场中有很多个风电机组,在将电能送入升压站前,先要由集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来,最终汇集为一条35KV 的架空线路。

由于大量应用了异步发电机,当并网运行时,需要从电网中吸收大量的无功功率,所以为了减轻电网无功负担,提高供电质量,在每台风电机端都配置了电容器组。

鉴于异步发电机的运行特点,当风速及风力机输出功率发生变化时,注入电网的有功及吸收的无功功率都会发生变化,进而造成风电场母线及并入电网电压的波动。

尤其是在并网时,风电场会瞬时吸收大量无功;而当风速剧增或系统发生故障造成脱网时又会造成电网电压的骤降,由于机端电容的补偿作用在脱网前提高了风电场运行电压,脱网时会进一步加剧电网电压下降幅度。

二、大规模风电接入对继电保护所产生的影响2.1对继电保护配置的影响风力发电在电力系统中所占的比重越来越高,风电技术在不断引进的同时,也需要做好继电保护工作。

浅析风电场的系统接入与继电保护配置

浅析风电场的系统接入与继电保护配置

浅析风电场的系统接入与继电保护配置1、一次系统接入情况:江苏龙源风力发电有限公司如东环港外滩风电场全部工程完工后,将有40台1.5MW的风力发电机组并网发电,合计装机容量达60MW。

该风力发电机的额定电压为690V,每台发电机配有一台35/0.69kV箱变(2.0MV A),6~9组发电机组接于一条35kV汇流线路,合计5条35kV线路均接于110kV龙环变电所35kV母线,经龙环变#1主变(50MV A)~110kV洋环731线上220kV洋口变电所110kV母线,并入电网(见下图)。

2、继电保护及安全自动装置配置情况:(1)110kV洋环731线两侧均配备了PSL-621D微机型线路保护装置。

该保护装置有光纤分相电流差动保护、三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、四段式方向零序电流保护及自动重合闸等。

(2)110kV龙环变电所#1主变配备有DSA2323差动保护、DSA2326高压侧后备保护(复压过流保护、零序过流保护、间隙过压及间隙过流保护等)、DSA2324低压侧后备保护(复压过流保护)。

(3)110kV龙环变电所配备有SSD-540C电网解列保护装置。

该装置具有高频解列、低频解列、高压解列、低压解列及失步解列功能,动作后跳龙环变环洋731开关。

(4)110kV龙环变电所还配备了i1000型故障录波器装置。

(5)龙环变电所35kV龙环1线~龙环5线均配备了RCS-9625C微机型线路保护装置(其保护定值由龙源公司自行整定)。

3、关于继电保护及安全自动装置配置及整定方面的几点说明:(1)风力发电机短路电流的计算:该风电场40台GE-1500sel风力发电机组为双馈异步发电机。

所谓双馈,系指该风力发电机在正常发电时,其定子绕组和转子绕组均向电网输出功率,其中大部分出力由定子绕组馈出,小部分出力则由转子绕组馈出。

当风速变化导致风机定子绕组中感应电动势的频率偏离电网同步频率(50Hz)时,风机测速装置会立即将相关变化值反馈给风机自动控制系统,该控制系统将控制调节转子旋转磁场的转速至同步转速,定子绕组中的感应电动势的频率也恢复到同步频率(50Hz)。

大规模风电接入的继电保护问题综述_焦在强

大规模风电接入的继电保护问题综述_焦在强

第36卷第7期电网技术V ol. 36 No. 7 2012年7月Power System Technology Jul. 2012文章编号:1000-3673(2012)07-0195-07 中图分类号:TM 771 文献标志码:A 学科代码:470·4054 大规模风电接入的继电保护问题综述焦在强(中国水电建设集团新能源开发有限责任公司,北京市海淀区 100048)A Survey on Relay Protection for Grid-Connection of Large-Scale Wind FarmJIAO Zaiqiang(Sinohydro Renewable Energy Development Co., Ltd., Haidian District, Beijing 100048, China)ABSTRACT: A survey on relay protection for grid-connected large-scale wind farm home and abroad is given. Firstly, the amplitudes of short-circuit currents of various types of wind power generation sets and their attenuation characteristics as well as the factors impacting short-circuit current of wind farm are analyzed; secondly, the fault characteristics of current-collecting circuit of wind farm and corresponding protection strategy are discussed; and then based on the adaptability of protective relayings of high-voltage power transmission system to the grid-connection of wind farm the performances of zero-sequence protection, autoreclosure and the third zone of distance protection and corresponding countermeasures are analyzed; finally, it is suggested that the researches in four aspects, such as fault characteristics of wind power generation sets, the generalized electromagnetic transient model for the protection of wind power generation sets, developing new principles and technologies of networking protection suitable for protection of current-collecting circuit of wind farm and network protection based on wide area information and communication network, and enhancing the coordination in protection and control between wind farm and power gird, should be promoted.KEY WORDS: protective relaying; wind power generation; electromagnetic transient; fault characteristic; wind farm摘要:对国内外大规模风电接入电网的继电保护问题进行了综述。

大规模风电接入的继电保护问题浅析

大规模风电接入的继电保护问题浅析

大规模风电接入的继电保护问题浅析【摘要】随着社会的发展,资源变得越来越匮乏,国家实行了可持续发展战略。

电力公司为响应国家政策,引入了风力发电,风力发电与传统发电相比属于全新能源,对环境污染更低。

因此这种较为清洁的发电方式得到了重点推广,但是引入过程中难免给继电保护带来困难,本文就此问题展开讨论分析。

关键词:继电保护;风电;问题1.引言1.风电接入继电保护问题纵观整个电力系统,继电保护一直起着至关重要的作用。

由于继电保护的存在,当电路出现问题时,专家能高效迅速地找到问题关键所在,极大地保证了电网本身的稳定性。

但是目前电力公司为了响应国家的可持续发展策略,不断的进行规模扩大,如今正将风力发电接入电网中,全新能源的导入,一定会对继电保护装置造成影响。

所以为了减少造成的影响,在导入过程中就必须做好万全的规划,将各类影响因子降低到最小,保证电路系统运行过程一直处于稳定的状态,避免瘫痪现象的发生。

本文结合目前现有的一些研究成果,同时也参考了一些书籍,就大规模风电接入继电保护问题做一些分析。

1.2风力发电接入电力系统的亮点改革开放以来,我国整体经济实力得到了提升,全国人民的生活水平迈向小康,因此人们的需求也越来越高。

而电是与人们生活息息相关的能源,这种能源在经济发展过程中逐渐变得匮乏,传统的发电方式很难满足人类的需求,所以引入风力发电来满足人类对电的需求量,但是引入风力发电一定会对原有继电保护装置造成影响,所以本文就此问题进行浅入分析,探讨了大规模风电接入会对继电保护带来哪些影响。

1.故障特点就近几年来看,风力发电机相较于传统发电机有了一定提升,无论是转动所需时间还是转动所需能量,都有一定程度上的减小。

所以它和传统发电机出现的问题也是有区别的。

举个例子来说,电流衰减和设备密切相关,倘若设备出现故障电流则会偏离实际值,从而导致分析精准性过低,最后便很难掌握故障的发生。

1.大规模风电接入对继电保护产生的影响首先,大规模风电接入后,整个电路网络会受到影响,从而导致设备的整体灵敏度都会下降一个档次,如果没有做好充分的应对准备,例如缺乏一些弱电源装置,加上风电场本身运输电流的特点,系统保护作用就很难发挥。

风电系统接入电网的继电保护问题浅述

风电系统接入电网的继电保护问题浅述

风电系统接入电网的继电保护问题浅述摘要:风电系统的稳定性和安全性是一个系统的、整体的、综合的问题,不是单纯靠技术能够解决,需要多方合作,协同配合。

本研究就继电保护出现的问题和解决的途径进行探讨,阐述了继电保护的原理,在运行过程中出现的继电保护问题,以及大规模风电基地接入电网系统的继电问题改善方法和问题解决掉的途径。

关键词:风电场;电力电网;继电保护引言继电保护是电力系统的重要构成设备,能够识别电网系统故障并迅速切断电网系统,对电网稳定安全运行起到很大的作用。

风力发电是我国未来的主要能源形式,现已在电力系统中广泛应用。

低频、高频以及电网故障保护是发电机组主要的保护形式,当保护装置开始运行,则会发出信号,在故障性质的基础上能够自动切除。

单向线路是风电场主要的并网线路,单向线路通常采取高频保护和距离保护,当单压和单线出现变化,电网侧面距离能够有效保护单升压。

1继电保护的要求1.1可靠性在继电保护装置当中最为基本的一个要求就是可靠性,从而有效保证其在具体操作的过程当中更加的科学、合理化。

就其本质而言,电力系统自动化其实就是为了充分满足人们对于电力的需求。

所以,继电保护装置本身的可靠性直接影响了供电的质量。

1.2选择性假如电路系统有故障发生,则必须要将产生故障的线路就是切断。

假如在该过程当中故障线路有拒动情况发生,则必须要将与其相邻的设备作为第二选择将其切掉,从而有效保护电路,从根本上防止有更为严重的故障发生。

1.3灵敏性在继电保护装置能够保护的范围当中,需要尽可能的将其灵敏性提高上来,如此以来假如有故障发生,就能够在第一时间有所反应,将线路发生故障的位置保护起来或者将其切除。

2故障特性继电保护以故障特性为基础进行设计与计算,分析风电机组与风电场的故障特性必不可少,传统的电力系统继电保护基础是同步发电机电源和三相对称系统。

在此基础建立的继电保护系统存在自身缺陷,出现故障前后,同步发电机的运行参数和状态没有变化,以恒态存在。

风电场接入对电网继电保护的影响及配置方案的探讨

风电场接入对电网继电保护的影响及配置方案的探讨
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湖 北 电 力
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风 电场 接 入对 电 网继 电保 护 的影 响及 配置 方 案 的探 讨
钟 清瑶 , 王 峥, 王 琴
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[ 摘 要] 文章分析 了风 电场接 入 系统后 对 电 网继 电保 护 产 生 的影 响 , 出了风 电 场接 入 系统 升 提
压 变电站 、 出线路 的 继 电保护 配置 方案 。有 效解 决 了风 电场接入 后 电网保 护可 能 出现 的误 动 、 动 问 送 拒 题 , 高 了保护 动作 的 可靠 性 。 提
方 面 , 风 电场提 供 的短路 问题研 究较 少 , 包 含风 对 对
电场 的系统 进行 保 护 整 定 时 , 般 的 做法 是 将 其 按 一 同等容 量 同步发 电机 处 理 。然 而 , 大规 模 风 电场 当 接 人 系统 时 , 电 网发生 故 障时 , 在 风力 发 电机将 向短 路 点提 供一 定 的短 路 电 流 , 此 需 要对 风 电机 组 的 因
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风电场接入系统继电保护配置方案研究黄攀
摘要:随着国家绿色能源的进一步崛起,风力发电在我国得到了迅猛发展。

其中,风电场的接入,使得地区电网的结构发生了很大变化,即在风机发电时电网
的结构由负荷型转变为电源型。

地区电网结构的变化和风电场大规模的接入,需
要对现有电网的安全稳定进行研究,其中风电场接入系统后,系统继电保护的配
置是一个新课题。

本文就风电场接入系统继电保护配置方案展开了研究。

关键词:风电场;继电保护;配置方案
1风电机组和风电场故障特征
1.1永磁直驱风力发电机
永磁直驱风力发电机组(D-PMSG)能够在不同风速下稳定运行,具有噪声小、结构简单、运行效率高、维护成本低等优点。

当风速突变引起的发电机输出功率
变化时,机组网侧变流器能够稳定直流侧电压,既能在单位功率因数下稳定运行,也可以在超前和滞后功率因数下运行。

相关研究表明D-PMSG采用的控制策略不同,短路电流特征也不同,为继电保护的整定带来了障碍。

相关专家以某风电场
为例,研究了直驱永磁同步风力发电系统并网运行的暂态过程。

指出集电线路三
相短路时,电压降低,电流增大,变化程度与故障位置有关;风电场侧和风机出
口正序阻抗先阶跃后减小,负序阻抗基本不变;系统侧正负序阻抗稳定且相等。

还有专家以某并网直驱风电场为例,研究了风电场联络线PCC点故障时的电流特性,指出直驱风电场短路电流的波动性、随机性容易造成PCC点的保护装置的拒
动或误动。

综上可知直驱风电系统由于其采用的网侧变流器控制技术,消除了变
流器输出电流中的负序分量,会影响基于故障电流信息的故障选相元件;风电场
的弱电源特性会导致风电场侧的故障选相元件误选与距离保护拒动,这些问题都
必须引起相关研究者的重视。

1.2双馈型异步发电机
双馈电机(DFIG)通过改变转子交流励磁的频率调节其转速,从而保持定子
输出电压和频率不变,既可以调节功率因数,又可以提高系统稳定性,因而在风
力发电领域有着广泛的应用前景。

DFIG的滑差由于转子电流控制而不再是一个很
小的数值,外部短路时撬棒(crowbar)电阻的作用使得转子回路的电阻不能被忽略。

相关专家结合DFIG的结构和运行特点,以两相静止坐标系下DFIG的电磁暂
态方程为基础,对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特
性进行了分析,得到了其定子故障电流各分量的等效计算模型。

还有专家提出DFIG投入crowbar电路后,三相短路时其提供短路电流的能力大大下降,转子绕
组回路时间常数减小,短路电流的强制分量迅速衰减。

不对称故障时,非故障相
电流的强制分量迅速增大到稳态值,而故障相的短路电流强制分量则迅速衰减。

故障电流中的自由分量受升压变压器以及输电线路电阻等的影响。

又有专家分析
了具备LVRT能力的双馈风电机组在故障发生初期投入转子crowbar保护电路后,转子侧变流器被旁路,励磁电流的频率失去控制,变成衰减直流,故障初期的定
子短路电流主要成分是衰减的交流分量,其频率取决于当前的转速,不再保持工频,该结论为风电接入后继电保护的配置提供了重要依据。

2风电场电网电线与电网继电保护
2.1大型风电场的继电保护
对于许多大型的风电场来说,其所采用的供电网络都是由35KV的电压等级所组成的,这些风电场之间的连接跟配电网络的网络结构相同,并且都是通过并网
点来完成与高压电网之间连接。

可是针对辐射型的配电网所设计的继电保护,在
应用的时候便会产生一定的问题,使得电路网络配备难以适应这种连接方式,这
与分布式的电源接入配电网时所产生的继电保护问题相同。

2.2极限电路与电网保护
目前我国具有一定规模的风电场所运用的极限电路与电网的保护多数都是
35KV的继电保护装置,容易看出,风力发电作为分布式的供应电源,与一般的配电网络之间存在这一定的差别。

此外,风电场的故障电流还具有持续时间较短的
特点,风力发电机的运行在很大程度上受自然状况的影响,伯南关切表现较为明显,只是根据本地的信息来进行继电保护,所产生的继电保护质量较为有限。


现有的先进的通信技术与智能化的电网技术合理地运用到整个风电继电保护装置
中去,进而构建出一套新的线路与新的继电保护体系,这对整个风力发电产生的
意义是极大的,也是值得相关人员思考的。

2.3风电接入对配电网继电保护的影响
风电并入电网会改变配电网的拓扑结构,导致功率、潮流分布变得更加复杂。

研究发现基于异步机组的风电场接入配网后,下游保护保护范围增大,有可能延
伸到保护的下一段,使保护失去选择性。

风电场上游发生故障时,风电场提供的
反向故障电流使故障点电弧不能熄灭,线路重合闸不成功,将延长瞬时性故障的
停电时间;当下游发生故障时,风电场上游保护处短路电流减小,可能导致其作
为下游保护的后备保护而拒动,风电场下游故障电流呈增大趋势,又有可能引起
其作为主保护而误动。

相邻线路发生故障,风电场向上游保护提供反向故障电流,可能引起保护误动,其越靠近风电场,影响越大,可以考虑在可能引起误动的保
护处加装方向元件。

风电接入配电网对电流保护产生的影响与风电接入位置、接
入容量、故障位置以及线路长度等因素有关,如果不釆用有效的保护配置方案,
当风电的容量达到一定的比例时,原有的保护将不能满足风电大规模接入电网的
发展需求
3风电场继电保护配置方案
3.1风电机组本体保护和集电线路保护
风电机组本体保护主要为:机组配置电压越限保护、频率越限保护、两段式
电流保护及相间不平衡保护,通过跳开风机出口低压侧断路器使机组退出运行;
直驱风电机组变流器保护一般配置针对直流侧电容的卸荷电路保护;箱变高压侧
配置熔断器作为箱变高压侧的短路保护,低压侧配置过电流断路器,用来保护箱
变低压侧至风机出口的短路故障和过载现象。

集电线路配置电流速断保护为主保护,过电流保护作为后备保护。

风电机组箱变发生故障时应由机组低压侧断路器
和熔断器配合将故障切除,集电线路保护作为熔断器的后备保护。

3.2风电场送出线路保护配置
对于接入220kv及以上系统的风电场,在送出线路的两侧装设分相电流差动
微机保护是比较好的方案,风电场侧后备保护可配置快速I段,无须配置带时限
保护;系统侧后备保护按正常配置。

由于差动保护装置中具有差电流选相元件,
故障时能够正确选相,因此,风电场送出线路两侧重合闸应使用单相重合闸方式,可有效减少单相故障时线路停运时间。

对于T接多个风电场的风电联络线,应在
系统侧配置距离I段、零序I段及其他带时限的后备保护;各风电场侧可不配置
保护。

对于接入220kv以下系统的风电场,其装机容量一般较小,送出线路的风
电场侧可不装设保护装置。

系统侧保护应配置距离、电流等保护,重合闸采用三
相重合闸方式。

4结束语
随着新能源技术的不断发展,风力发电技术在整个电网系统中的地位也将越
来越重要,风电场接入电网系统后,对整个继电保护装置产生的影响都是极大的。

在对电网系统及继电保护配置进行规划的时候,不仅要考虑到整个系统的相关性能,还要对所配置的装置的特点进行充分的考虑,这样,才能有效减少故障出现
的效率,进而确保整个电网系统更好的运转。

参考文献:
[1]35kv变电站的继电保护配置及其整定计算[J].李炎桓.中国高新区.2017(16)
[2]浅谈如何提升电网继电保护管理水平[J].赫伟强.科技与企业.2014(22)。

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