最新电力基础知识概述.docx

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第13页 共13页1、什么叫电磁环网?对电网运行有何弊端?什么情况下还不得不保留?答：电磁环网是指不同电压等级运行的线路,通过变压器电磁回路的联接而构成的环路。电磁环网对电网运行主要有下列弊端：1）、易造成系统热稳定破坏。如果在主要的受端负荷中心,用高低压电磁环网供电而又带重负荷时,当高一级电压线路断开后,所有原来带的全部负荷将通过低一级电压线路(虽然可能不止一回)送出,容易出现超过导线热稳定电流的问题。2）、易造成系统动稳定破坏。正常情况下，两侧系统间的联络阻抗将略小于高压线路的阻抗。而一旦高压线路因故障断开,系统间的联络阻抗

2、将突然显著地增大(突变为两端变压器阻抗与低压线路阻抗之和,而线路阻抗的标么值又与运行电压的平方成正比),因而极易超过该联络线的暂态稳定极限,可能发生系统振荡。3）、不利于经济运行。500kV与220kV线路的自然功率值相差极大,同时500kV线路的电阻值(多为4400mm2导线)也远小于220kV线路（多为2240或1400mm2导线)的电阻值。在500/220kV环网运行情况下，许多系统潮流分配难于达到最经济。4）需要装设高压线路因故障停运后联锁切机、切负荷等安全自动装置。但实践说明,安全自动装置本身拒动、误动影响电网的安全运行。一般情况中,往往在高一级电压线路投入运行初期,由于高一级电压网

3、络尚未形成或网络尚不坚强，需要保证输电能力或为保重要负荷而又不得不电磁环网运行。2、常用母线接线方式有何特点?答：1）、单母线接线：单母线接线具有简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便且有利于扩建等优点,但可靠性和灵活性较差。当母线或母线隔离开关发生故障或检修时,必须断开母线的全部电源。2）双母线接线：双母线接线具有供电可靠,检修方便,调度灵活或便于扩建等优点。但这种接线所用设备多（特别是隔离开关),配电装置复杂,经济性较差;在运行中隔离开关作为操作电器,容易发生误操作,且对实现自动化不便；尤其当母线系统故障时,须短时切除较多电源和线路,这对特别重要的大型发电厂和变电所是不允许的。3）单、双母

4、线或母线分段加旁路：其供电可靠性高，运行灵活方便，但投资有所增加，经济性稍差。特别是用旁路断路器带路时，操作复杂，增加了误操作的机会。同时，由于加装旁路断路器，使相应的保护及自动化系统复杂化。4）3/2及4/3接线：具有较高的供电可靠性和运行灵活性。任一母线故障或检修,均不致停电;除联络断路器故障时与其相连的两回线路短时停电外,其他任何断路器故障或检修都不会中断供电；甚至两组母线同时故障(或一组检修时另一组故障)的极端情况下,功率仍能继续输送。但此接线使用设备较多,特别是断路器和电流互感器,投资较大,二次控制接线和继电保护都比较复杂。5）母线变压器发电机组单元接线：它具有接线简单,开关设备少,

5、操作简便,宜于扩建，以及因为不设发电机出口电压母线,发电机和主变压器低压侧短路电流有所减小等特点。3、电力系统负荷分几类?各类负荷的频率电压特性如何?答：电力系统的负荷大致分为：同步电动机负荷；异步电动机负荷；电炉、电热负荷；整流负荷；照明用电负荷；网络损耗负荷等类型。1）有功负荷的频率特性：同（异）步电动机的有功负荷：与频率变化的关系比较复杂，与其所驱动的设备有关。当所驱动的设备是：球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机、卷扬机等设备时，与频率的一次方成正比。当所驱动的设备是：通风机、静水头阻力不大的循环水泵等设备时，与频率的三次方成正比。当所驱动的设备是：静水头阻力很大的给水泵等设备时，与频

6、率的高次方成正比。电炉、电热；整流；照明用电设备的有功负荷：与频率变化基本上无关。网络损耗的有功负荷：与频率的平方成正比。2）有功负荷的电压特性：同（异）步电动机的有功负荷：与电压基本上无关（异步电动机滑差变化很小）。电炉、电热；整流；照明用电设备的有功负荷：与电压的平方成正比（其中：照明用电负荷与电压的1.6次方成正比，为简化计算，近似为平方关系）。网络损耗的有功负荷：与电压的平方成反比（其中：变压器的铁损与电压的平方成正比，因所占比例很小，可忽略）。3）无功负荷的电压特性：异步电动机和变压器是系统中无功功率主要消耗者，决定着系统的无功负荷的电压特性。其无功损耗分为两部分：励磁无功功率与漏抗

7、中消耗的无功功率。励磁无功功率随着电压的降低而减小,漏抗中的无功损耗与电压的平方成反比,随着电压的降低而增加。输电线路中的无功损耗与电压的平方成反比,而充电功率却与电压的平方成正比。照明、电阻、电炉等因为不消耗无功,所以没有无功负荷电压静态特性。4、调速器在发电机功率-频率调整中的作用是什么?何谓频率的一次调整,二次调整与三次调整?答：调速器在发电机功率-频率调整中的作用是:当系统频率变化时,在发电机组技术条件允许范围内，自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量,从而增减发电机的出力（这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系,叫发电机调速系统的频率静态特性），对系统频率进行有差的自动调整

8、。由发电机调速系统频率静态特性而增减发电机的出力所起到的调频作用叫频率的一次调整。在电力系统负荷发生变化时,仅靠一次调整是不能恢复系统原来运行频率的,即一次调整是有差调整。为了使系统频率维持不变,需要运行人员手动操作或调度自动化系统ADC自动地操作，增减发电机组的发电出力,进而使频率恢复目标值,这种调整叫二次调整。频率二次调整后，使有功功率负荷按最优分配即经济负荷分配是电力系统频率的三次调整。5、什么是线路充电功率?答：由线路的对地电容电流所产生的无功功率称为线路的充电功率。每百公里线路的充电功率参考值如下表所示：6、电网无功补偿的原则是什么?答：电网无功补偿的原则是电网无功补偿应基本上按分层

9、分区和就地平衡原则考虑,并应能随负荷或电压进行调整,保证系统各枢纽电的电压在正常和事故后均能满足规定的要求，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。7、影响系统电压的因素是什么?答：系统电压是由系统的潮流分布决定的，影响系统电压的主要因素是：1）由于生产、生活、气象等因素引起的负荷变化；2）无功补偿容量的变化；3）系统运行方式的改变引起的功率分布和网络阻抗变化。8、什么叫不对称运行？产生的原因及影响是什么？答：任何原因引起电力系统三相对称（正常运行状况）性的破坏，均称为不对称运行。如各相阻抗对称性的破坏,负荷对称性的破坏,电压对称性的破坏等情况下的工作状态。非全相运行是不对称运行的特殊情况。

10、不对称运行产生的负序、零序电流会带来许多不利影响。电力系统三相阻抗对称性的破坏,将导致电流和电压对称性的破坏,因而会出现负序电流,当变压器的中性点接地时,还会出现零序电流。当负序电流流过发电机时,将产生负序旋转磁场,这个磁场将对发电机产生下列影响：发电机转子发热；机组振动增大；定子绕组由于负荷不平衡出现个别相绕组过热。不对称运行时,变压器三相电流不平衡,每相绕组发热不一致,可能个别相绕组已经过热,而其它相负荷不大,因此必须按发热条件来决定变压器的可用容量。不对称运行时,将引起系统电压的不对称,使电能质量变坏,对用户产生不良影响。对于异步电动机,一般情况下虽不致于破坏其正常工作,但也会引起出力减

11、小,寿命降低。例如负序电压达5%时,电动机出力将降低1015%,负序电压达7%时,则出力降低达2025%。当高压输电线一相断开时,较大的零序电流可能在沿输电线平行架设的通讯线路中产生危险的对地电压,危及通讯设备和人员的安全,影响通讯质量,当输电线与铁路平行时,也可能影响铁道自动闭锁装置的正常工作。因此,电力系统不对称运行对通讯设备的电磁影响,应当进行计算,必要时应采取措施,减少干扰,或在通讯设备中,采用保护装置。继电保护也必须认真考虑。在严重的情况下,如输电线非全相运行时,负序电流和零序电流可以在非全相运行的线路中流通,也可以在与之相连接的线路中流通,可能影响这些线路的继电保护的工作状态,甚至

12、引起不正确动作。此外,在长时间非全相运行时,网络中还可能同时发生短路(包括非全相运行的区内和区外),这时,很可能使系统的继电保护误动作。此外,电力系统在不对称和非全相运行情况下,零序电流长期通过大地,接地装置的电位升高,跨步电压与接触电压也升高,故接地装置应按不对称状态下保证对运行人员的安全来加以检验。不对称运行时,各相电流大小不等,使系统损耗增大,同时,系统潮流不能按经济分配,也将影响运行的经济性。9、电力系统暂态有几种形式? 各有什么特点?答：电力系统的暂态过程有三种：即波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。波过程是运行操作或雷击过电压引起的过程。这类过程最短暂（微秒级），涉及电流、电压波的

13、传播。波过程的计算不能用集中参数，而要用分布参数。电磁暂态过程是由短路引起的电流、电压突变及其后在电感、电容型储能元件及电阻型耗能元件中引起的过渡过程。这类过程持续时间较波过程长（毫秒级）。电磁暂态过程的计算要应用磁链守恒原理，引出暂态、次暂态电势、电抗及时间常数等参数，据此算出各阶段短路的起始值及衰减时间特性。机电暂态过程是由大干扰引起的发电机输出电功率突变所造成的转子摇摆、振荡过程。这类过程既依赖于发电机的电气参数，也依赖于发电机的机械参数，并且电气运行状态与机械运行状态相互关联，是一种机电联合的一体化的动态过程。这类过程的持续时间最长（秒级）。10、什么叫自然功率?答： 输电线路既能产生

14、无功功率(由于分布电容)又消耗无功功率(由于串联阻抗)。当沿线路传送某一固定有功功率,线路上的这两种无功功率适能相互平衡时,这个有功功率,叫做线路的“自然功率或“波阻抗功率,因为这种情况相当于在线路末端接入了一个线路波阻抗值的负荷。若传输的有功功率低于此值,线路将向系统送出无功功率;而高于此值时,则将吸收系统的无功功率。各电压等级线路的自然功率参考值如下表所示：11、电力系统有哪些大扰动?答：电力系统大扰动主要指：各种短路故障、各种突然断线故障、断路器无故障跳闸、非同期并网（包括发电机非同期并列）；大型发电机失磁、大容量负荷突然启停等。12、什么情况下单相接地电流大于三相短路电流?答：故障点零

15、序综合阻抗Zk0小于正序综合阻抗Zk1时，单相接地故障电流大于三相短路电流。例如：在大量采用自耦变压器的系统中，由于接地中性点多，系统故障点零序综合阻抗Zk0往往小于正序综合阻抗Zk1，这时单相接地故障电流大于三相短路电流。13、什么叫电力系统的稳定运行?电力系统稳定共分几类?答：当电力系统受到扰动后，能自动地恢复到原来的运行状态，或者凭借控制设备的作用过渡到新的稳定状态运行，即谓电力系统稳定运行。电力系统的稳定从广义角度来看，可分为：（1)、发电机同步运行的稳定性问题（根据电力系统所承受的扰动大小的不同，又可分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定三大类）；（2）、电力系统无功不足引起的电压稳定性问

16、题；（3）、电力系统有功功率不足引起的频率稳定性问题。14、各类稳定的具体含义是什么？答：各类稳定的具体含义是：（1）.电力系统的静态稳定是指电力系统受到小干扰后不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态。（2）.电力系统的暂态稳定是指系统在某种运行方式下突然受到大的扰动后，经过一个机电暂态过程达到新的稳定运行状态或回到原来的稳定状态。（3）.电力系统的动态稳定是指电力系统受到干扰后不发生振幅不断增大的振荡而失步。主要有：电力系统的低频振荡、机电耦合的次同步振荡、同步电机的自激等。（4）.电力系统的电压稳定是指电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力。它与电力系统中的电源配置、网络结

17、构及运行方式、负荷特性等因素有关。当发生电压不稳定时，将导致电压崩溃，造成大面积停电。（5）.频率稳定是指电力系统维持系统频率与某一规定的运行极限内的能力。当频率低于某一临界频率，电源与负荷的平衡将遭到彻底破坏，一些机组相继退出运行，造成大面积停电，也就是频率崩溃。15、保证和提高电力系统静态稳定的措施有哪些?答：电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性，电力系统静态稳定性的基本性质说明，静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短“电气距离”。主要措施有：（1）、减少系统各元件的电抗：减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗（采用分裂导线）；（2）、提高

18、系统电压水平；（3）、改善电力系统的结构；（4）、采用串联电容器补偿；（5）、采用自动调节装置；（6）、采用直流输电。在电力系统正常运行中，维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控制变电站、发电厂高压母线电压恒定，特别是枢纽厂（站）高压母线电压恒定，相当于输电系统等值分割为若干段，这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离，从而保证和提高了电力系统的稳定性。 16、提高电力系统的暂态稳定性的措施有哪些?答：提高静态稳定性的措施也可以提高暂态稳定性，不过提高暂态稳定性的措施比提高静态稳定性的措施更多。提高暂态稳定性的措施可分成三大类：一是缩短电气距离，使系统

19、在电气结构上更加紧密；二是减小机械与电磁、负荷与电源的功率或能量的差额并使之达到新的平衡；三是稳定破坏时，为了限制事故进一步扩大而必须采取的措施，如系统解列。提高暂态稳定的具体措施有：（1）、继电保护实现快速切除故障；（2）、线路采用自动重合闸；（3）、采用快速励磁系统；（4）、发电机增加强励倍数；（5）、汽轮机快速关闭汽门；（6）、发电机电气制动；（7）、变压器中性点经小电阻接地；（8）、长线路中间设置开关站；（9）、线路采用强行串联电容器补偿；（10）、采用发电机线路单元结线方式；（11）、实现连锁切机；（12）、采用静止无功补偿装置；（13）、系统设置解列点；（14）、系统稳定破坏后，必

20、要且条件许可时，可以让发电机短期异步运行，尽快投入系统备用电源，然后增加励磁，实现机组再同步。 17、采用单相重合闸为什么可以提高暂态稳定性?答：采用单相重合闸后，由于故障时切除的是故障相而不是三相,在切除故障相后至重合闸前的一段时间里,送电端和受电端没有完全失去联系（电气距离与切除三相相比,要小得多），如图所示: 这就可以减少加速面积，增加减速面积，提高暂态稳定性。图中：为故障前的功角特性曲线；为切除一相后的功角特性曲线；为一相故障后的功角特性曲线。0为故障开始时刻的功角；q为故障切除时刻的功角；H为单相重合时刻的功角。18、什么叫同步发电机的同步振荡和异步振荡?答：同步振荡：当发电机输入或

21、输出功率变化时，功角将随之变化，但由于机组转动部分的惯性，不能立即达到新的稳态值，需要经过若干次在新的值附近振荡之后，才能稳定在新的下运行。这一过程即同步振荡，亦即发电机仍保持在同步运行状态下的振荡。异步振荡：发电机因某种原因受到较大的扰动，其功角在0360之间周期性地变化，发电机与电网失去同步运行的状态。在异步振荡时，发电机一会工作在发电机状态，一会工作在电动机状态。19、如何区分系统发生的振荡属同步振荡还是异步振荡？答：异步振荡其明显特征是，系统频率不能保持同一个频率，且所有电气量和机械量波动明显偏离额定值。如发电机、变压器和联络线的电流表，功率表周期性地大幅度摆动；电压表周期性大幅摆动，

22、振荡中心的电压摆动最大，并周期性地降到接近于零；失步的发电厂间的联络的输送功率往复摆动；送端系统频率升高，受端系统的频率降低并有摆动。同步振荡时，其系统频率能保持相同，各电气量的波动范围不大，且振荡在有限的时间内衰减从而进入新的平衡运行状态。20、系统振荡事故与短路事故有什么不同？答:电力系统振荡和短路的主要区别是:振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动,而短路时电流、电压值是突变的。此外,振荡时电流、电压值的变化速度较慢,而短路时电流、电压值突然变化量很大。振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角的变化而改变；而短路时,电流与电压之间的角度是基本不变的。振荡时系统三相是对称的；而短

23、路时系统可能出现三相不对称。21、引起电力系统异步振荡的主要原因是什么?系统振荡时一般现象是什么?答：引起系统振荡的原因为：输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏；电网发生短路故障，切除大容量的发电、输电或变电设备，负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏；环状系统(或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引起动稳定破坏而失去同步；大容量机组跳闸或失磁,使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏；电源间非同步合闸未能拖入同步。系统振荡时一般现象：1）发电机，变压器，线路的电压表，电流表及功率表周期性的剧烈摆动，发电机和变压器发出有节

24、奏的轰鸣声。2）连接失去同步的发电机或系统的联络线上的电流表和功率表摆动得最大。电压振荡最激烈的地方是系统振荡中心,每一周期约降低至零值一次。随着离振荡中心距离的增加,电压波动逐渐减少。如果联络线的阻抗较大,两侧电厂的电容也很大,则线路两端的电压振荡是较小的。3）失去同期的电网，虽有电气联系，但仍有频率差出现，送端频率高，受端频率低并略有摆动。22、什么是电压崩溃？对系统与用户有何影响?答：如图所示：QF和QFH分别为系统内某点的无功电源与无功负荷的电压特性曲线。假设这时所有的无功电源容量都已调至最大。在某一时刻，无功电源和无功负荷在点1达到平衡,运行电压为U1。随着无功负荷的增长（增加值为Q

25、FH1），由于无功电源已不能增加,实际运行点不是QFH2上对应U1的点,而是在QFH2与QF的交点2处，运行电压为U2。同理，当无功负荷继续增加QFH2时，实际运行点是QFH3与QF的切点3处，此点dQ/dU=0，运行电压为ULJ。我们称ULJ为临界电压。电力系统运行电压如果等于（或低于）临界电压,那么,如扰动使负荷点的电压下降，将使无功电源永远小于无功负荷,从而导致电压不断下降最终到零（如果无功负荷增加很多,以致使QFH不能和QF 曲线相交时,电压会迅速下降至零）。这种电压不断下降最终到零的现象称为电压崩溃。或者叫做电力系统电压不稳定。电压降落的持续时间一般较长，从几秒到几十分钟不等，电压崩

26、溃会导致系统大量损失负荷，甚至大面积停电或使系统（局部电网）瓦解。23、什么叫频率崩溃?答：如图所示：B和A分别为发电机和负荷的有功频率特性曲线。在某一时刻，发电机和负荷的有功负荷在点0达到平衡,系统频率为f0。随着有功负荷的增长，由于发电机调速器的作用，发电机和负荷的有功负荷在点1达到平衡,系统频率为f1。当有功负荷继续增加时（经过点2后）,由于发电厂的汽压、供水量、水头等随频率的变化而下降,所以出力不仅不可能增大,反而是随着频率的下降而下降。即发电机的实际出力特性是沿曲线2-3-4变化的。当有功负荷的增加使发电机和负荷的有功频率特性曲线相切时（对应点3）,此点,dP/df=0，运行频率为f

27、LJ。我们称fLJ为临界频率。电力系统运行频率如果等于（或低于）临界频率,那么,如扰动使系统频率下降，将迫使发电机出力减少，从而使系统频率进一步下降,有功不平衡加剧,形成恶性循环，导致频率不断下降最终到零（如果有功负荷增加很多或大机组低频保护动作掉闸,以致使A不能和B曲线相交时,系统频率会迅速下降至零）。这种频率不断下降最终到零的现象称为频率崩溃。或者叫做电力系统频率不稳定。24、什么叫低频振荡？产生的主要原因是什么？答：并列运行的发电机间在小干扰下发生的频率为0.22.5赫兹范围内的持续振荡现象叫低频振荡。低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应，常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上

28、，在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。25、电力系统过电压分几类?其产生原因及特点是什么?答：电力系统过电压分以下几种类型： （1）大气过电压： 由直击雷引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系，与设备电压等级无关。因此，220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。 （2）工频过电压： 由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长，过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。 （3）操作过电压：由电网内开关操作引起，特点是具有随机性，但最不利情况下过电压倍数较高。因此，330KV及以上

29、超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。 （4）谐振过电压： 由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起，特点是过电压倍数高、持续时间长。26、电力系统工频过电压的产生原因及防范措施有那些？答：电力系统工频过电压的原因主要有以下几点：空载长线路的电容效应；不对称短路引起的非故障相电压升高；甩负荷引起的工频电压升高；工频过电压的限制措施有：利用并联高压电抗器补偿空载线路的电容效应；利用静止无功补偿器SVC也能起到补偿空载线路电容效应的作用；变压器中性点直接接地可降低由于不对称接地故障引起的工频电压升高；发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置，使发电机突然甩负荷时能抑制容性电流对发电机的助磁电

30、枢反应，从而防止过电压的产生和发展。发电机配置反应灵敏的调速系统，使得突然甩负荷时能有效限制发电机转速上升造成的工频过电压。27、什么叫操作过电压？如何防范？答：操作过电压是由于电网内开关操作或故障跳闸引起的过电压，主要包括：切除空载线路引起的过电压；空载线路合闸时的过电压；切除空载变压器引起的过电压；间隙性电弧接地引起的过电压；解合大环路引起的过电压；限制操作过电压的措施有；选用灭弧能力强的高压开关；提高开关动作的同期性；开关断口加装并联电阻；采用性能良好的避雷器，如氧化锌避雷器；使电网的中性点直接接地运行；28、什么叫谐振过电压？分几种类型？如何防范？ 答：电力系统中一些电感、电容元件在系

31、统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压。谐振过电压分为以下几种：线性谐振过电压谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感，变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈）和系统中的电容元件所组成。铁磁谐振过电压谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。参数谐振过电压由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在 间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。限制谐振过电压的主要措施有：提高开关动作的同期性由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高开关动作的同期性，防止非全相运行，可以有效防止谐振过电压的发生。在并联高压电抗器中性点加装小电抗用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。破坏发电机产生自励磁的条件，防止参数谐振过电压。第 13 页 共 13 页