電力工程直流電源中心議題：

• 蓄電池
• 整流器
• 直流電源監控裝置
• 直流配電係統

電力工程直流電源解決方案：

• 選擇閥控式密封鉛酸蓄電池
• 整流器選擇高頻開關型或晶閘管型
• 選擇直流斷路器作保護設備

摘要：電力工程直流電源的可靠性對保證電力係統的正常運行和事故處理具有重要作用。文章從設計選型角度指出了蓄電池選擇、充放電設備選擇、監控裝置設置、係統接線和操作保護設備選擇等在直流電源可靠性方麵存在的問題以及解決方法。
關鍵詞： 直流電源；可靠性；設計選型

0 概述

電力工程包括各種類型的發電廠和500kV及以下變電所

，工業企業和樓宇的10kV變電所。為了使其正常運行和進行事故處理，可靠的直流電源是必不可缺少的，它給在正常運行中的電力設備提供控製
、保護、信xin號hao電dian源yuan
，高gao壓ya斷duan路lu器qi才cai可ke以yi正zheng常chang操cao作zuo
，尤you其qi是shi當dang電dian力li係xi統tong事shi故gu交jiao流liu電dian源yuan停ting電dian時shi，更geng需xu要yao一yi套tao安an全quan可ke靠kao的de直zhi流liu電dian源yuan
，它ta除chu了le給gei上shang述shu負fu荷he供gong電dian外wai，還hai要yao給gei直zhi流liu電dian動dong機ji、事故照明及UPS等負荷供電，才能保證電力係統的事故處理和恢複供電。

多duo年nian以yi來lai
，人ren們men在zai直zhi流liu電dian源yuan可ke靠kao性xing方fang麵mian做zuo了le大da量liang的de理li論lun研yan究jiu和he實shi踐jian工gong作zuo
，廢fei除chu了le一yi些xie落luo後hou設she備bei和he元yuan器qi件jian，改gai善shan了le係xi統tong接jie線xian，提ti高gao了le自zi動dong化hua水shui平ping
，擁yong有you了le先xian進jin的de技ji術shu指zhi標biao，以yi及ji長chang壽shou命ming和he少shao維wei護hu的de原yuan則ze
，可ke靠kao性xing已yi大da大da提ti高gao。目mu前qian，電dian力li係xi統tong廣guang泛fan采cai用yong了le閥fa控kong式shi密mi封feng鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi、高頻開關整流器或微機型晶閘管整流器、直流斷路器
、直流電源監控裝置等。

但是在蓄電池選擇
、充放電設備選擇、監控裝置設置
、係(xi)統(tong)接(jie)線(xian)和(he)操(cao)作(zuo)保(bao)護(hu)設(she)備(bei)選(xuan)擇(ze)等(deng)方(fang)麵(mian)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)影(ying)響(xiang)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)。除(chu)了(le)設(she)備(bei)技(ji)術(shu)質(zhi)量(liang)方(fang)麵(mian)的(de)問(wen)題(ti)之(zhi)外(wai)，本(ben)文(wen)將(jiang)從(cong)設(she)計(ji)選(xuan)型(xing)方(fang)麵(mian)對(dui)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)可(ke)靠(kao)性(xing)方(fang)麵(mian)提(ti)出(chu)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)和(he)解(jie)決(jue)辦(ban)法(fa)。

1 蓄電池

jinshinianlaifakongshimifengqiansuanxudianchidedaoleguangfandeyingyong。tazaishiyongzhongjuyouwuxutianjiasuanye
，bulouye，wusuanwu

，zifangdiandianliuxiao，neizuxiao，shoumingchang
，anzhuangfangbianshaoweihudengyoudian。danshitaduiwendufanyinglingmin，yinerduichongdiandianyuanyaoqiujiaoyange，buyunxuyanzhongdeguochonghuoqianchong。

因此，在設計選型方麵應注意以下問題。

1.1 　蓄電池組數的選擇

《直流設計規程》已經對各種類型的電力工程有了明確的規定
，其原則是從直流負荷供電可靠性的觀點出發的，發電廠應按單元機組和動力
、控kong製zhi負fu荷he分fen設she獨du立li直zhi流liu電dian源yuan係xi統tong，網wang絡luo控kong製zhi部bu分fen獨du立li設she置zhi，遠yuan離li主zhu廠chang房fang的de輔fu助zhu車che間jian單dan獨du設she置zhi
，盡jin量liang使shi每mei組zu蓄xu電dian池chi直zhi流liu係xi統tong的de供gong電dian範fan圍wei減jian小xiao和he保bao證zheng功gong能neng的de獨du立li性xing。110kV重要變電所和220kV及以上的變電所是從重要性和滿足繼電保護、斷路器跳閘機構雙重化的供電需求出發，規定裝設2組蓄電池。因此
，蓄電池組數應從供電負荷的需要和可靠性出發，盡可能的減少供電範圍和從工程的重要性考慮配置情況。

1.2　 蓄電池個數的選擇

wuduandianchihebushejiangyazhuangzhidezhiliuxitong，tajianhualezhiliuxitongdejiexian，bimianleduandianchideliuhuaheguijiangyashebeidemafanwenti，yinertigaolekekaoxing。danshiyaoqiuxudianchizudeyunxingbixumanzuqizhengchangyunxingshimuxiandianyaweibiaochengdianyade105%，在線均衡充電電壓時母線電壓不應超過標稱電壓的110%，事故放電末期的母線電壓為其標稱電壓的 85%
，即標稱電壓為220V的直流係統的母線電壓允許在187～242V之間波動。這樣浮充電壓為2.23V，均充電壓可以選在2.28～2.33V之間，事故放電末期電壓選擇在1.8V以上，完全滿足了直流母線電壓在允許範圍內波動。根據計算
，220V蓄電池組的個數對於單體2V的蓄電池隻能選擇在 103或104個。但是大多數小型電力工程的220V直流係統的蓄電池均選用200Ah以下蓄電池，大多選用12V或6V組合體蓄電池，對於12V組合體經常選用18隻，這相當於單體2V蓄電池108ge，zheyangzhengchangyunxingshizhiliumuxiandianyapiangao，jiangdifuchongdianyazeduixudianchishoumingyouyingxiang，youyuyunxingzhongjunhengchongdianshizhiliumuxiandianyagenggao，yinergengxiguancaiyongguijiangyazhuangzhitiaoya

，zengjialefuzaxing，jiangdilekekaoxing。zaizhiliufuhejiaoxiao、蓄電池容量有保證的情況下，可以提高事故放電末期電壓大於 1.83V，選擇單體2V 102個蓄電池或17隻12V組合體，34隻6V組合體的蓄電池。目前一些蓄電池廠可以生產帶一假體的組合體電池

，即生產 10V組合體或4V組合體的蓄電池，若選擇14×12V+4×10V或34×6V+1×4V也相當於單體2V的104個蓄電池組。總之應嚴格控製蓄電池組的個數
，實現簡化直流係統接線的目的。
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1.3 　試驗放電設備的選擇

DL/T 5044—2004《電力工程直流係統設計技術規程》規定“試驗放電裝置宜采用電熱器件或有源逆變放電裝置。”DL/T 724—2000《電力係統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》也規定了蓄電池的核對性放電方法和放電周期。

長chang年nian運yun行xing在zai浮fu充chong電dian方fang式shi下xia的de蓄xu電dian池chi的de事shi故gu放fang電dian容rong量liang究jiu竟jing是shi多duo少shao，若ruo僅jin依yi靠kao一yi般ban的de容rong量liang檢jian測ce方fang法fa其qi可ke信xin度du不bu高gao。蓄xu電dian池chi端duan電dian壓ya的de高gao低di不bu是shi容rong量liang後hou的de指zhi標biao。惟wei一yi的de方fang法fa是shi定ding期qi進jin行xing核he對dui性xing充chong放fang電dian對dui蓄xu電dian池chi活huo化hua和he對dui容rong量liang進jin行xing核he對dui
，確que保bao蓄xu電dian池chi始shi終zhong能neng運yun行xing在zai90%以上的容量。滿足當交流事故停電時，發電廠事故停機和變電所的事故處理時直流負荷的需要。這也是直流電源可靠性的重要環節。

由於放電設備裝備水平的落後，放電設備選擇比較困難而沒有很好的選擇，給蓄電池的運行維護帶來不少困難。

2 　整流器

整(zheng)流(liu)器(qi)是(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)設(she)備(bei)
，它(ta)的(de)優(you)劣(lie)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)蓄(xu)電(dian)池(chi)長(chang)期(qi)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)，因(yin)此(ci)它(ta)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)特(te)性(xing)應(ying)滿(man)足(zu)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)和(he)浮(fu)充(chong)電(dian)要(yao)求(qiu)，長(chang)期(qi)連(lian)續(xu)工(gong)作(zuo)製(zhi)，應(ying)有(you)穩(wen)壓(ya)、穩流及限流性能，技術參數滿足有關標準的要求
，各種功能可以自動或手動切換，運行安全、靈活等。 

設計選型中應注意以下問題：

（1） 浮充電壓對於閥控式密封鉛酸蓄電池宜選擇2.23V
，這zhe是shi一yi個ge直zhi流liu係xi統tong長chang期qi可ke靠kao運yun行xing和he關guan係xi蓄xu電dian池chi壽shou命ming的de重zhong要yao問wen題ti。蓄xu電dian池chi的de浮fu充chong電dian壓ya正zheng確que選xuan擇ze是shi一yi個ge較jiao複fu雜za的de問wen題ti。浮fu充chong電dian壓ya應ying滿man足zu補bu償chang電dian池chi自zi放fang電dian電dian流liu及ji維wei持chi氧yang循xun環huan的de需xu要yao
，實shi際ji上shang還hai應ying考kao慮lv電dian池chi結jie構gou、正極板柵腐蝕速度，電池內氣體排放，以及直流係統母線電壓為105%UN的(de)要(yao)求(qiu)等(deng)。浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)偏(pian)低(di)則(ze)浮(fu)充(chong)電(dian)流(liu)不(bu)能(neng)維(wei)持(chi)蓄(xu)電(dian)池(chi)氧(yang)循(xun)環(huan)和(he)補(bu)償(chang)電(dian)池(chi)自(zi)放(fang)電(dian)而(er)使(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)端(duan)電(dian)壓(ya)形(xing)成(cheng)偏(pian)差(cha)。浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)過(guo)高(gao)則(ze)加(jia)劇(ju)正(zheng)極(ji)板(ban)腐(fu)蝕(shi)速(su)度(du)
、排氣、失水的後果。對閥控式蓄電池
，不允許過充和欠充的要求較高
，故應根據蓄電池的特性，選擇合適的浮充電壓。

（2） 穩壓、wenliujixianliutexing。weilebaozhengxudianchinenggouyunxingzaizuijiazhuangtaiheyingyongliangjieduandingdianliuhengdianyadechongdianfangfa。weilebaozhengzhiliumuxianyunxingdianyahefangzhiluohoudianchidechansheng，fuchongdianshidewenyatexingshifenzhongyao。chongdianshidewenliutexingyeshifenzhongyao
，zaigongdiandianyazhubushangshengshikebaochiwendingdianliu，baozhengdianchidezhengchangdianhuaxuefanying，bingshunlijinrudaohengyadejunhengchongdianjieduan
，dadaogaishandianchitexingcanshuhuojiejuegebieluohoudianchironglianghuifudewenti。xianliutexingkefangzhizaifuhetuzengshi，zhengliuqichansheng“搶負荷”和“超調”現象而輕易跳閘。穩壓、穩流及限流特性參數指標應滿足表1的要求。

表1 穩壓、穩流及限流特性參數指標

3 　直流電源監控裝置

由於發電廠、變電所及電力調度部門均采用了計算機監測、監(jian)控(kong)技(ji)術(shu)。直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)是(shi)電(dian)力(li)工(gong)程(cheng)中(zhong)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)的(de)一(yi)個(ge)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。它(ta)對(dui)保(bao)證(zheng)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)起(qi)到(dao)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。它(ta)的(de)技(ji)術(shu)條(tiao)件(jian)、基本參數
、基本功能

、安全性能

、結構工藝等均應滿足DL/T 856—2003《電力用直流電源監控裝置》電力行業標準的要求，行業標準規定監控的主要內容有充電電壓
、電dian流liu穩wen定ding運yun行xing的de自zi動dong調tiao整zheng，浮fu充chong轉zhuan均jun充chong或huo均jun充chong轉zhuan浮fu充chong的de按an運yun行xing方fang式shi自zi動dong轉zhuan換huan，主zhu要yao直zhi流liu斷duan路lu器qi的de運yun行xing狀zhuang態tai和he事shi故gu報bao警jing，直zhi流liu母mu線xian電dian壓ya的de正zheng常chang顯xian示shi和he異yi常chang報bao警jing，直zhi流liu係xi統tong絕jue緣yuan狀zhuang態tai監jian測ce，蓄xu電dian池chi在zai線xian檢jian測ce

，逆ni變bian放fang電dian的de自zi動dong調tiao整zheng等deng。目mu前qian在zai充chong電dian電dian壓ya、電dian流liu隨sui溫wen度du變bian化hua的de自zi動dong調tiao整zheng
，運yun行xing中zhong自zi動dong轉zhuan換huan充chong電dian方fang式shi，逆ni變bian放fang電dian，嚴yan重zhong接jie地di自zi動dong跳tiao閘zha，蓄xu電dian池chi在zai線xian檢jian測ce的de可ke靠kao性xing和he智zhi能neng化hua方fang麵mian仍reng需xu努nu力li。

4 　直流配電係統

直流係統接線、網絡設計、操作和保護電器選擇是影響直流電源可靠性的主要問題。

4.1 　直流係統接線

直流係統接線應力求簡單
、安全可靠、維護操作方便。1組蓄電池接線可為單母線分段或單母線。2組蓄電池設兩段母線
，兩段母線之間設聯絡電器，一般為隔離開關
，必要時可裝設保護電器。總之直流母線接1組蓄電池和相應的充電設備，同時由母線饋出線路給支路負荷供電，隻有在由雙重化直流負荷或1組蓄電池配2 套充電設備時，其母線才進行分段。

muqianyoushaoshudianchanghebiandiansuorengyoudaiduandianchideshuangmuxianhuoshishejiangyazhuangzhidekongzhihehezhamuxianxitong，daiduandianchideshuangmuxianxitongsuirannenggoushixudianchirongliangdedaochongfenliyong，danjiexianfuzajiduandianchiweihukunnanyunxingcaozuobulinghuo

，yijibenbucaiyongle。shejiangyazhuangzhidekongzhimuxian，hezhamuxianfenshedejiexianfangshiduicaiyonggeniexudianchidexitongshibibukeshaode，yinweigeniexudianchidantidianyawei1.2V，220V係統選用180個左右蓄電池，浮充電壓為1.36～1.39V，均衡充電壓為1.47～1.48V，事故放電末期電壓為 1.10V，則直流母線電壓會在266～198Vzhijianbodong。bukenengmanzukongzhifuhedeyaoqiu，yincixiaorongliangdexudianchiyaomanzudadianliudianliuhezhajigou，yeyingshehezhamuxian。danshiduiyucaiyongfakongmifengqiansuanxudianchidezhiliuxitongshibuxuyaode。
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4.2 　網絡設計

直流供電網絡宜采用輻射供電方式。小容量（200Ah以下）蓄電池直流係統
，由於供電範圍小，可以是在蓄電池接入直流母線後直接給負荷分別供電的兩級網絡係統。中大容量（200Ah以上）的蓄電池直流係統，由於供電範圍大
，可以在負荷集中處設直流分電櫃
，由直流分電櫃給負荷供電，包括大負荷的再分配，也隻形成3～4級的網絡係統。

幅射供電網絡，對負荷施行單一供電，因而互不影響，分電櫃方式也節省了電纜，另外給查找接地、保護設備選擇方麵均帶來方便。

4.3 　操作保護電器選擇

zhiliuduanluqijicaozuoyubaohugongnengweiyiti，anzhuangfangbian，caozuolinghuo
，wendingxinggao，baohugongnengwanshan。yibanliangduanshibaohudezhiliuduanluqi
，juyouguozaichangyanshideretuokougongneng
，youyouduanlushidiancituokoushundongtuokougongneng，yinggaishuoshilixiangdexuanze。danshizhiliuduanluqideedingdianliuxuanzeshigenjusuogongdiandefuhedianliujisuanqueding。xuanzedale，youyufuhedianliuxiao，zaiguozaishi（I2t）熱(re)脫(tuo)扣(kou)延(yan)長(chang)了(le)時(shi)間(jian)。選(xuan)擇(ze)小(xiao)了(le)
，由(you)於(yu)負(fu)荷(he)電(dian)流(liu)大(da)，長(chang)時(shi)間(jian)運(yun)行(xing)加(jia)上(shang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)高(gao)，熱(re)脫(tuo)扣(kou)可(ke)能(neng)誤(wu)動(dong)。當(dang)斷(duan)路(lu)器(qi)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)已(yi)經(jing)確(que)定(ding)後(hou)，除(chu)了(le)過(guo)載(zai)長(chang)延(yan)時(shi)熱(re)脫(tuo)扣(kou)的(de)保(bao)護(hu)特(te)性(xing)已(yi)經(jing)形(xing)成(cheng)
，同(tong)時(shi)短(duan)路(lu)瞬(shun)時(shi)電(dian)磁(ci)脫(tuo)扣(kou)特(te)性(xing)也(ye)已(yi)形(xing)成(cheng)，一(yi)般(ban)是(shi)10IN±20%動作，可是斷路器安裝處的短路電流決定短路瞬時脫扣的靈敏度
，必須進行計算驗證。

直流斷路器安裝處的短路電流及靈敏度計算公式如下
　　Idk=nU0/n（r0+rl）+Σrj+Σrk
　　Kl=Idk/Idz

式中，Idk為斷路器安裝處短路電流，A；U0為蓄電池開路電壓，V；rb為蓄電池內阻，Ω；rl為電池間連接條或導體電阻，Ω；Σrj為蓄電池組至斷路器安裝處連接電纜或導體電阻之和
，Ω；Σrk為相關斷路器觸頭電阻之和，Ω；Kl為靈敏係數
，應不低於1.25
；Idz為斷路器瞬時保護（脫扣器）動作電流
，A。

由於參數複雜，各設計院、成套廠或運行單位均不可能精確計算短路電流，因此靈敏度也無法校驗。

由(you)於(yu)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)
，本(ben)來(lai)按(an)照(zhao)負(fu)荷(he)電(dian)流(liu)選(xuan)擇(ze)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)並(bing)考(kao)慮(lv)了(le)上(shang)下(xia)級(ji)的(de)級(ji)差(cha)配(pei)合(he)，但(dan)是(shi)短(duan)路(lu)瞬(shun)動(dong)保(bao)護(hu)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)其(qi)級(ji)差(cha)配(pei)合(he)
，短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)大(da)

，肯(ken)定(ding)會(hui)出(chu)現(xian)越(yue)級(ji)現(xian)象(xiang)而(er)擴(kuo)大(da)事(shi)故(gu)範(fan)圍(wei)
，這(zhe)是(shi)必(bi)須(xu)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti)。一(yi)些(xie)單(dan)位(wei)用(yong)取(qu)消(xiao)瞬(shun)動(dong)脫(tuo)扣(kou)器(qi)辦(ban)法(fa)或(huo)在(zai)蓄(xu)電(dian)池(chi)出(chu)口(kou)改(gai)用(yong)熔(rong)斷(duan)器(qi)的(de)辦(ban)法(fa)
，計(ji)算(suan)和(he)試(shi)驗(yan)證(zheng)明(ming)，仍(reng)然(ran)會(hui)發(fa)生(sheng)越(yue)級(ji)和(he)損(sun)壞(huai)設(she)備(bei)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)智(zhi)能(neng)型(xing)直(zhi)流(liu)斷(duan)路(lu)器(qi)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)之(zhi)前(qian)
，采(cai)用(yong)三(san)段(duan)（過載長延時+短路瞬時+短路短延時）dezhiliuduanluqi，congfuhecexiangdianyuancezhujijiadashixiandefangfa
，bubijingquedejisuanduanludianliu，keyidadaojinkuaideqiechuguzhang
，youshixianjichapeihedeyaoqiu
，bujudong、不誤動
，更不可能越級跳閘。

5 　結論

電(dian)力(li)工(gong)程(cheng)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)基(ji)本(ben)點(dian)是(shi)選(xuan)擇(ze)閥(fa)控(kong)式(shi)密(mi)封(feng)鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)，每(mei)組(zu)蓄(xu)電(dian)池(chi)應(ying)有(you)獨(du)立(li)的(de)供(gong)電(dian)範(fan)圍(wei)，蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)個(ge)數(shu)的(de)選(xuan)擇(ze)應(ying)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)運(yun)行(xing)工(gong)程(cheng)對(dui)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)的(de)要(yao)求(qiu)，蓄(xu)電(dian)池(chi)應(ying)考(kao)慮(lv)放(fang)電(dian)設(she)備(bei)。整(zheng)流(liu)器(qi)選(xuan)擇(ze)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)型(xing)或(huo)晶(jing)閘(zha)管(guan)型(xing)
，應(ying)有(you)冗(rong)餘(yu)或(huo)備(bei)用(yong)，技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)主(zhu)要(yao)是(shi)滿(man)足(zu)蓄(xu)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)需(xu)要(yao)。直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)監(jian)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)首(shou)先(xian)要(yao)保(bao)證(zheng)充(chong)電(dian)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)需(xu)要(yao)
，完(wan)善(shan)的(de)監(jian)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)仍(reng)需(xu)開(kai)發(fa)研(yan)製(zhi)。直(zhi)流(liu)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)應(ying)簡(jian)化(hua)接(jie)線(xian)，輻(fu)射(she)供(gong)電(dian)，保(bao)護(hu)設(she)備(bei)應(ying)選(xuan)擇(ze)直(zhi)流(liu)斷(duan)路(lu)器(qi)，在(zai)滿(man)足(zu)過(guo)載(zai)保(bao)護(hu)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，還(hai)能(neng)保(bao)證(zheng)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)時(shi)的(de)快(kuai)速(su)斷(duan)開(kai)功(gong)能(neng)
，必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)可(ke)靠(kao)的(de)級(ji)差(cha)配(pei)合(he)。