毕业设计配电柜的设计.docx
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毕业设计配电柜的设计
毕业设计
题目
配电柜的设计
系别
机电系
专业
机电一体化
班级
0812班
姓名
王浩东
学号
06550121
指导教师
王得春
日期
2010年10月
设计任务书
设计题目：
配电柜的设计
设计要求：
主要是针对低压配电柜及仪表柜柜体和外形图的设计、主电路的设计以及接线图（接线表）的设计和配电柜的标识及它的安全与优缺点，仪表系统的组成和元器件的选择等。
设计进度要求：
第1周去工厂参观，查阅、收集资料；
第2周方案论证；
第3周柜体及外形图的设计、原理图设计、结构分析计算；
第4周接线图、接线表设计的设计；
第5周元器件选择；
第6周校核、修改并提交论文；
第7周论文答辩。
指导教师（签名）：
摘要
本次毕业设计主要是针对“配电柜设计”的要求，在满足各种参数要求的前提下，拿出一个具体实际可行的方案，因此我们从实际出发，认真的思考与筛选，经过两个多月的努力终于有了现在的收获。
按照设计的具体要求，我们把设计的重点放在配电柜及仪表柜柜体和外形图的设计满足尺寸要求、使用功能及其工艺要求、主电路的设计以及接线图（接线表）的设计、仪表系统的组成和元器件的选择安装等符合各自的工艺要求。
经过设计方案的分析确定了配电柜的外形及具体设计细节。
为了保证配电柜的安全和各种电器、电路的正常运行，消除可能出现的危险因素，并在出现电器故障时尽可能的缩小故障范围，对配电系统设置各种连锁和保护环节。
根据控制要求设计电路来满足低压配电系统的正常运行。
关键词：
配电柜，仪表柜，主电路，仪表系统，元器件
1绪论
电力，是现代文明的物质技术基础。
没有电力，就没有国民经济的现代化。
现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。
因此，电力供应如果突然中断，则将对用电部门造成严重的和深远的影响。
故作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：
（1）安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
（2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
（3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。
另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。
我们这次的毕业设计的论文题目是：
电工电子实验室配电柜的设计；作为高校，随着教育工作的推进和学院的扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。
因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。
为未来发展提供足够的空间：
这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。
我国最早开发的低压开关柜是BDL、BSL型固定面板式配电柜。
1984年通过部级鉴定的PGL1、PGL2型低压配电柜曾被广泛采用，至今仍有企业在生产。
这种型号的配电柜能满足变压器容量1000kV·A及以下的配电系统的需要。
后来又有天津电气传动设计研究所和北京电气科学研究所联合设计的PGL3型，它可用在变压器容量在2000kV·A及以下、额定电流3000A以下、分断能力50kA的低压配电系统中。
JK型交流低压电控设备是低压开关柜的更新换代产品，1989年通过部级鉴定。
它采用了国内新型高性能的低压电器元器件和辅件，是全封闭组装式柜体，主要性能指标达到了20世纪80年代国际同类产品水平。
由原能源部组织设计和研制的GGD型交流低压配电柜1992年通过部级鉴定，它的特点是分断能力高，动热稳定性好，主电路方案灵活，组合方便，结构新颖，防护等级高。
GCK型低压开关柜是抽出式的开关柜，一只柜子最多可安置9只抽屉。
抽出式开关柜可容纳较多的主电路，使用灵活方便，特别是当某个抽屉内的电路发生故障时，可将它抽出进行检修，无故障的抽屉可照常工作，从而缩小了停电范围。
GCK开关柜获得了广泛应用。
MNS型低压开关柜是按照ABB公司转让技术制造的产品。
它也是抽出式开关柜，一台柜最多可安置36只抽屉。
它的国产化产品型号为GCS。
在此，我们研究GGD型交流低压配电柜。
2柜体及外形图的设计
2.1柜体设计原则
2.1.1尺寸要求
机柜为电气元器件和各种附件提供必须的安装空间，因而首先遇到的是尺寸问题。
由于工程设计和机柜本身配套的需要，对机柜的外型尺寸、安装尺寸和某些互换性尺寸必须做出一些规定，一般都以标准的形式加以规范。
我们设计时可以参考电力系统二次回路控制，保护屏机柜基本尺寸系列标准。
设计的柜体必须能放得下两个这样的自偶变压器。
2.1.2功能要求
机柜的功能要求包括产品的功能要求和机柜结构的功能要求这两个方面。
归纳起来大致有电气元器件及其附件的安装要求；外壳防护要求；屏蔽和接地要求；通风散热要求；人机学要求；布线要求；柜的强度和钢性要求等。
2.1.3机柜的工艺性要求
机柜的工艺性要求是指在满足使用功能要求的前提下，对机柜的总体及零件、部件制造的可行性和经济性的要求，以及机柜满足电气设备装配的工艺性和可维修性要求。
在设计一般的配电、控制柜时，柜体都可选用标准系列柜。
对于非标准柜，可以根据以上设计原则进行设计。
为缩短设计时间、减小工作量、降低成本，在此我们选用标准柜。
根据要求我们选择标准GGD柜，产品代号TGGD208，主要尺寸为长800mm，宽为600mm，高为2200mm。
GGD型交流低压配电柜适用于变电站、发电厂、厂矿企业等电力用户的交流50Hz，额定工作电压380V，额定工作电流1000-3150A的配电系统，作为动力、照明及发配电设备的电能转换、分配与控制之用。
GGD型交流低压配电柜是根据能源部，广大电力用户及设计部门的要求，按照安全、经济、合理、可靠的原则设计的新型低压配电柜。
产品具有分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活、组合方便，系列性，实用性强、结构新颖，防护等级高等特点。
可作为低压成套开关设备的更新换代产品使用。
此柜的柜门采用镀锌转轴式铰链与构架相连，安装、拆卸方便。
柜体前后、顶面及两侧的防护等级达到IP30，也可根据用户的要求在IP20-IP40之间选择部、后上部和顶部均有通风散热孔，使柜体在运行中形成自然通风道，有较好的散热性能。
柜体的顶盖可在需要时拆除，便于现场主母线的装配和调整。
柜顶的四角装有吊环，便于起吊、装运，另外柜的价格也比较适中，可以满足我们的要求。
GGD柜按照现代化工业产品造型设计的要求，采用黄金分割比的方法设计柜体外形和各部分的分割尺寸，使整柜美观大方，面目一新。
我们认为柜体首先要满足的是功能的要求，才能进而谈它的工艺性，当然要尽量规范、方便、安全、节能。
2.1.4配电柜的结构
1、整柜采用拼装式组合结构，构架用8MF冷弯型钢局部焊接组装而成，并有20模的安装孔，通用系数高，零部件通用性强，适用性好，标准化程度高。
2、柜体上下两端均有不同数量的散热槽孔，当柜内电器元件发热后，热量上升，通过上端槽孔排出，而冷风不断地由下端槽孔补充进柜，使密封的柜体自下而上形成一个自然通风道，达到散热的目的。
3、规定了低压柜内最下排的元器件距柜底的距离（不得低于150mm）。
因为元器件安装高度如果太低，低于柜前挡板高度，将给日后检修带来很大不便。
并且，业主要求一次回路也是使用接线端子和现场设备连接，一次端子刚好位于盘柜底部，如果元器件安装太低，势必增加现场电缆和一次端子的接线操作难度。
因此，采取了两种措施满足要求：
一方面缩小元器件的排列间距，另一方面将部分元器件从柜前移到柜后安装。
4、所有的盘柜预留空间不得低于20％。
这样要求是考虑到柜体的散热问题，另外为业主日后扩容增加元器件预留条件。
5、要求柜前的汇流排增加安装支架。
这样使汇流排高于周围元器件，日后运行人员维护母排相当方便，同时也增加了和元器件间的安全距离。
6、双面安装的盘柜配电柜凡是柜后双开门的，在没有门把手的一侧增加把手（去掉锁心）。
双开门一个带把手即可，另外一侧用手拉开。
那样存在安全隐患，手指伸进柜内会产生触电的危险。
7、增加开门固定器。
固定式盘柜打开门检修时，柜门容易沿安装铰链摆动，碰撞人体，给检修带来很大不便。
如果是带电检修，柜门上的带电部分对人员也会构成直接接触电击威胁。
8、柜体上部为母线室、前部为电器室、后部为电缆进出线室，各室间有钢板或绝缘板作隔离，以保证安全。
9、开关柜的顶部根据受电需要可装母线桥。
2.1.5配电柜的安装要求
配电柜应用不可燃材料制作；触电危险性小的生产场所和办公室，可安装开启式的配电柜；在触电危险性大或作业环境较差的加工车间、铸造、锻造、热处理、锅炉房、木工房等场所，应安装封闭式箱柜；在有导电性粉尘或产生易燃易爆气体的危险作业场所，必须安装密闭式或防爆型的电气设施；配电柜各电气元件、仪表、开关和线路应排列整齐，安装牢固，操作方便。
落地安装的板底面应高出地面5～10mm；操作手柄中心高度一般为1.2～1.5m；板柜前方0.8～1.2m的范围内无障碍物；保护线连接可靠；板柜以外不得有裸带电体外露；必须装设在板柜外表面或配电板上的电气元件，必须有可靠的屏护。
2.1.6配电柜的运行
配电柜内各电气元件及线路应接触良好，连接可靠；不得有严重发热、烧损现象。
配电柜的门应完好；门锁应有专人保管。
2.2柜体外形图的设计
配电柜及仪表柜三维立体图2.1
配电柜正面图2.2
仪表柜正面图2.3
3配电柜的标识
1、用颜色区分相序，动力柜铜排一般涮不同颜色油漆或者贴相序色标区分相序；10mm2及以上导线使用黑色导线并套黄、绿、红套管区分相序；所有规格的一次回路导线端部（连接母排处、进元件处和进端子处）均使用黄、绿、红的套管区分相序。
2、母排上的螺栓可能松动，为了能清晰的显示这种松动的位置变化，从而提醒电气运行维护人员及时紧固，在靠近观察者一方的所有螺栓和母排连接处以及母排进开关处必须涂油漆。
3、二次配电柜回路线号管要求所有的二次回路必须套号码管，跨接线也要求套上线号管。
线号管上字号大小一致，并且全部机器打印，不允许手写。
在线号文字的方向上，要求各柜体从左至右、从下至上全部统一，并且全部面向观察者视线。
这样要求都是为了日后运行和维护的方便。
4、行线槽必须编号，处于维护便利的考虑，要求二次回路导线全部在塑料行线槽内敷设，并且槽盖要全部编号。
试想，把一堆长短不一、没有编号的槽盖一一对应扣上线槽，确实浪费时间。
5、元器件符号牌，通常国内做符号牌时，只对主要的元器件编号。
配电柜主要技术特征表3.1
项目
数值
额定工作电压
400V
额定绝缘电压
690V
额定冲击耐受电压
8kV
安装类别
Ⅲ、Ⅳ
水平母线额定电流
3200A
垂直母线额定电流
1250A
外形尺寸
宽mm800mm 深mm600mm
高mm2200mm
4接线图、接线表设计
为了进行成套设备的布线，需要提供各个项目（包括元件、器件、组件、设备等）之间的连接关系、线缆种类和路径等。
接线图就是提供这些信息的间图，而接线表示以表格形式提供这些信息。
接线图和接线表可以单独使用，可以组合使用。
接线图（表）是电路检查和维修的重要技术文件。
根据表达对象和用途的不同，接线图（表）一般分为单元接线图（表）、互连接线图（表）、端子接线图（表）的电缆接线图（表）四种。
它们都是在电路图或详细逻辑图的基础上绘制的。
但是为了清晰的表示出各个连接点的相对位置，便于布线或布缆，接线图可采用“位置布局法”近似的按照项目所在的实际位置绘制。
4.1接线图的一般规定
在接线图（表）中，应表示出：
项目极其相对位置，项目代号；端子间的电连接关系、端子代号；导线形式、截面积、导线号；需补充说明的其他内容。
具体表示方法如下：
4.1.1项目的表示方法
接线图中的元件、器件、部件、组件和设备等项目，应尽量采用简化外型（圆形、方形、矩形）来表示，必要时也允许用图形符号表示。
在图形符号近旁标出与电路图项目一致的项目代号。
4.1.2端子的表示方法
端子一般用图形符号和端子代号表示。
一般端子用图形符号表示；可拆卸的端子用表示。
对于用简化外型表示（端子所在的）项目时，其上的端子可不画符号，只用端子代号表示。
4.1.3导线的表示方法
在接线图中导线的表示方法有两种：
连续线：
连线的实线表示端子之间实际存在的导线。
中断线：
用中断的实线表示端子之间实际存在的导线，同时在中断处标明导线的去向。
导线组、电缆、缆线线束等可用单实线或加粗的单实线表示。
4.2接线图的绘制方法
4.2.1单元接线图和单元接线表
单元接线图和单元接线表示单元内部各项目连接情况的图和表。
单元的划分是认为的，单元之间的外部连线用互连线图、接线表表示。
单元接线图的绘制方法：
在单元接线图上，各项目的位置基本和实际位置相符合，项目之间距离一般不以实际位置为准，而以连接线的复杂程度而定。
对比较复杂的单元，如果一个视图不能清楚的表示其接线情况，则可以采用多个视图，如门、箱顶、后壁等。
但要注意有不在同一块板上的连线要通过接线端子（端子排）。
对于项目之间相互叠成几层放置时，可以把这些项目翻转或移动后画出视图，并加注说明。
对于具有多层接线端子的项目如转换开关、组合开关，这是可以延长被遮盖了的端子以表明接线关系。
4.2.2互连接线图和互连接线表
互连接线图和互连接线表是表示两个或两个以上单元之间线缆连接情况的图和表。
实际上是反映两个单元端子板之间的连线。
各单元一般用点化线围框表示。
互连接线图中的单元的视图应画在同一平面上，以便表示各单元之间的连接关系。
互连接线表的格式及内容与单元接线表相同。
4.2.3接线图
端子接线图的视图应与端子排接线面的视图一致。
各端子应基本按其相对位置表示。
端子排一侧表明至单元内部连线的近端标记；另一侧表明至外部设备的远端标记或回路标号。
端子的引出线宜表出线缆号，线号和线缆的去向。
4.3配电柜的布线
二次回路导线全部用有缝塑料行线槽敷设，加强二次线路的机械保护和电气保护，增加柜内的整洁感。
塑料行线槽是两侧有缝隙的，有通风功能，所以使用它也没有额外的温升问题。
国内的二次线路通常是采用尼龙扎带绑扎在安装梁、柱上，较多的线束才包裹缠绕带。
这样做导线容易被灰尘污染，机械强度差，电气保护几乎仅靠导线外层塑料绝缘，柜内布置在视觉上也比较凌乱，缺点是很明显的。
汇流铜排上固定配电柜一次压线鼻子的螺栓是内六角或者六方的，目的还是为了方便维护。
盘柜内元件较多，一次回路也很多，扳手的使用受到局限，规定螺栓采用内六角或者六方的也是为了方便维护的需要。
现场外部设备电力电缆进入盘柜必须采用端子连接。
这点和国内的做法也不一样，国内是把外部电力电缆直接和电气元件接线柱连接。
它避免了传统做法一次线路的凌乱排列，增强了柜内一次回路检修的安全性，还方便一次回路标识和测试。
同时，要求一次接线端子规格比设计图纸大一级。
这样做的优点在于考虑到现场设备容量可能变化，从而影响电缆截面的变化，防止了货到现场接线不便的变数。
对于单面安装的盘柜，电源电缆均从柜顶引下至柜底的端子，此时要求柜后增加电缆支架。
具体做法是直接在柜后增加几个横梁，和原先元器件的安装横梁在水平方向保持了一定间距。
这样的优点是：
占用空间小，不影响美观，柜内维护方便。
5低压配电系统
5.1系统概述
低压配电模拟了工厂的小型配电系统，由三台标准配电柜组成，一台进线柜，两台馈电柜，模拟不同的负载状况设置了五个馈电回路。
进线电源设有电压、负载电流监测，并进行电能计量核算。
馈电回路设有刀形开关、断路器双级隔离设备。
5.2系统组成
低压配电系统有3台GGD组成，其中1台受电柜、2台馈电柜及贯穿母线。
进线柜：
进线刀型隔离开关、总进线万能式断路器、电压表、电流表、互感器、万能转换开关、三相电能计量表组成。
动力柜：
刀型隔离开关、万能式断路器、塑料断路器组成。
5.3系统原理图
主电路图5.1
5.3.1三相有功电度表原理图
三相有功电度表原理图5.2
5.3.2断路器控制原理图
断路器控制原理图5.3
5.4操作说明
外接三相四线制电源，接到进线柜的进线端，电压表指示的电压情况，可以通过万能转换开关分别监测三相电源情况。
合上控制回路的空气开关QF2后，万能式断路器分闸指示灯亮，表现在处于分闸状态。
合上刀型隔离开关，就可以进行对断路器合闸供电了。
注意：
刀型隔离开关不能带载操作，所以操作顺序一定是先合刀型隔离开关，在对断路器合闸；停电时也一定是先对断路器分闸在断开刀型隔离开关。
5.5系统送电
5.5.1低压配电系统送电
外来电源送到低压配电系统的进线柜后，就会有电压指示，并且断路器的分闸指示灯亮，先把进线柜的刀型隔离开关合上，经检查后面馈线柜没问题的话，按下进线柜的合闸按钮，后面馈线柜的相应分闸指示灯亮。
然后将第二台馈线柜的HD2刀型隔离开关合上，经检查后面恒压供水柜、液体混合柜、仪表柜安全，合上QF3开关，电源就送到了各系统柜了。
5.5.2仪表柜系统送电
合上QF1回路总控制开关，合上QF2开关，流量积算仪亮；合上QF3开关，无纸记录仪亮；合上QF4开关，电动调节阀电源；合上QF5开关，液位显示仪表亮；合上QF6开关，PID调节仪仪表亮；合上QF7开关，声光报警仪表亮；合上QF8开关，温度显示仪表亮；合上QF12开关，24V开关电源有电，同时触摸屏亮；合上QF13开关，行车电源指示灯亮。
6仪表系统
6.1仪表部分的组成
仪表部分包括所有的现场仪表与仪表柜的显示控制仪。
压力变送器、液位变送器、温度变送器、流量变送器、称重传感器、电动调节阀、瘫痪管压力表、PID调节仪、无纸记录仪、流量积算仪、声光报警仪、温度液位显示仪、配电器、MF浮球液位控制器等。
1、8路声光报警仪：
WP-B80
2、无纸记录仪:
盘古VX5000
关于无纸记录仪的使用：
当变送信号为有源标准电流信号时，接线分别接（A+,C-）；有源标准电压信号时，接线分别接（B+,C-）；热电阻接线（AB接一端，C接另一端）；当接两线制变送器时，变送器正端接P+，负端接A,C与P-相接，（P+,P-为电源端）。
MC系列无纸记录仪操作说明，同时按住翻页键与回车键，进入组态画面；可以进行系统组态、显示组态、模拟输入、模拟输出、温度补偿、打印组态、数据备份、功能列表
系统初始密码为000000，可以在系统组态中进行修改系统时间，密码，通讯参数，记录仪的基本特性等。
外部采集到的模拟参数要想正确的显示出来，必须进行模拟输入组态，进入模拟输入组态画面后，可以通过修改输入板一及输入板二的数值选择总显示的通道数，然后进行对于通道的组态，信号类型、单位、量程、及报警值等。
3、温度液位显示仪:
XMTAL-808
4、流量积算仪:
HC-908A
清零操作
按下CLR键，上排出现-CL-，下排显示1230，将其设成1234后，再按SET键，则完成累积清零。
操作方法
按下SET键，上排出现-cd-，下排显示1230，将其改为1234，再按下SET键，进入参数修改循环圈。
KF设为OFF--输入信号与显示值成线性关系
Tb设为OFF--不需要温度补偿
Pb设为OFF--不需要压力补偿
In-c设为1--小信号切除点为1%
n设为2--累积量显示值的小数点位数为2位
dot设为2--瞬时流量显示值及上下限报警设定值的小数点位数为2位
UL设为0--流量量程下限
UH设为8--流量量程下限
HA设为7--上限报警值
LA设为1--上限报警值
5、PID调节仪
控制参数SU
SU参数设为：
--设定值
RL.2参数设为：
--上限报警值
RL.3参数设为：
--下限报警值
AL.D参数设为：
--设定回差值
功能设定FUN
RL.2.H/L参数设为：
H--控制参数中RL.2设定为上限报警值
RL.3.H/L参数设为：
L--控制参数中RL.3设定为上限报警值
ON/OF参数设为：
OF--无开方功能
参数设定PID
Pr参数设为：
30--比例参数
Ti参数设为：
1--积分参数
Td参数设为：
1--微分参数
OUT.H参数设为：
100--输出上限100%
OUT.L参数设为：
0--输出下限0%
OUT.B参数设为：
50--上电初始输出或断电保护输出50%
表度设定SSC
SO.O参数设为：
0--标称/控制量程底端设定
SC.F参数设为：
--标称/控制量程高端设定
6.2元器件选择
6.2.1导线母线和接线端子的选择
导线主要分为两个部分：
连接主电路用导线和连接控制电路用导线。
1、母线的选择
母线的选择主要考虑一下几个方面：
母线的材料、截面形状、截面积、排列方式和支撑件的距离；母线在短路时的热稳定性和动稳定性。
母线的材料主要有铜和铝，一般用铜材料的较多。
母线截面形状的选择应考虑集肤效应、临近效应、电磁波渗透度等因素的影响，并要求散热良好、机械强度高、安装简单和连接方便。
成套开关设备用母线一般选用矩形，再根据母线的载流量，通过查阅手册，选用截面积为30mm×3mm的铜排作为母线。
2、接线端子的选择
在设计配电柜时往往将整个控制系统分成几部分安装，各部分之间的连接线必须通过连接线端子连接，所以还需要选择接线端子。
接线端子分为主电路接线端子和控制电路接线端子。
由于主电路的导线截面较大、自耦变压器上自带接线柱，所以无须再选择接线端子。
对于主电路中电流表回路的接线，根据其连接导线的截面，选用JF5-2.5型端子。
同样，控制电路的接线端子，可选用JF5-1.5型，此端子连接导线的最大截面为1.5㎡。
6.2.2刀开关的选择
刀开关是低压配电器中结构最简单、应用最广泛的电器，主要用在低压成套配电装置中，作为不频繁地手动和分断交直流或隔离作用。
也可以用于不频繁地接通分断额定电流以下的负载。
刀开关按极数分为单级、双级和三级；操作方式分为直接手柄方式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按刀开关转换方向可以分为单投和双投等。
此处，我们根据电流的不同，选择型号为HD13BX—200、HD13BX-600H和HD13BX-1000的HD13系列极刀开关。
6.2.3熔断器、指示灯的选择
熔断器是一种最简单有效的保护电器，在使用时，熔断器穿接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路和严重过载保护，熔断器主要作为控制电路的短路保护，选择时主要从额定电压、额定电流和和额定分断能力等三方面考虑。
首先，熔断器的额定电压必须不小于熔断器工作点的电压（380）；然后，熔断器的额定分断能力应大于线路中可能出现的最大短路电流（16KA）；第三，熔断器的额定电流应根据被保护的电路（支路）及设备的额定负载电流选择。
控制电路再工作时，最多有两个线圈同时吸合以及两个指示灯同时工作，估算其最大负载电流为10A，故所选熔断器应大于此值。
另外为方便安装，所选熔断器应能插在安装端子的导轨槽中，主要我们可以选用RT18-32型熔断器。
溶体的额定电流为16A。
指示灯的选择，主要是根据其工作电压以及使用场合来确定其型号和颜色。
在此我们选用ADS型系列的指示灯
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