CN101153890A - 电力设备 - Google Patents

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Abstract

提高一种具有能够容易地进行现场改造工程并且低成本、高S/N比的异常检测装置的电力设备。在用绝缘物支持配置在密闭容器内的高压导体的电力设备中,具有第1内部异常检测装置,该第1内部异常检测装置包括:与设置在密闭容器上的第1连接管连接、同时将第1天线放置在内部的第1天线放置管;以及与第1天线连接、且检测在密闭容器内部发生异常时的电磁波信号的第1信号检测电路。

Description

电力设备
技术领域
本发明涉及一种具有检测出其内部所产生的异常的装置的电力设备,特别涉及一种具有检测出其内部产生部分放电的电磁波检测装置的电力设备。
背景技术
变电所等所用的油浸式变压器、气体绝缘开关设备等在密闭容器内利用绝缘物来支持高电压导体的电力设备,由于异物混入、接触不良等因素而常常发生部分放电。如果不管该部分放电,则恐怕会产生严重的故障。因此,为了事先防止这样的故障,而必须早期检测出部分放电现象并采取措施。
最近,电力公司等电力行业从已设置的现有设备的寿命延长的观点出发,为了检测出密闭型电力设备内的部分放电,要求在上述已设置的现有设备中设置能够用10pC(微微库仑)数量级的高灵敏度来测定的部分放电诊断装置。
针对这样的要求,过去考虑采用将新产品中采用的内部电极、内部天线设置在密闭设备内部的电磁波检测用的天线设置方式。但是,在该天线设置方式中,必须在传感器设置的周边处设置专用的电场缓和屏蔽等,成为了大规模的现场改造工程,由于高成本,而在现实中是不能采用的。另一方面,作为过去所知道的简易的改造方法,是考虑对设备的接地线采用夹钳式CT等来检测出信号的方法,但是由于广播和TV等的外部电磁波所激励起的信号流过接地线,所以只能得到1,000~10,000pC数量级的测定精度。
对此,作为从密闭容器的外部利用天线检测出由于部分放电而生成的电磁波的方法,有在与设置在绝缘套管上的屏蔽上端相对应的绝缘套管的外表面上配置天线的绝缘套管附近设置天线方式(例如,参照专利文献1)。
[专利文献1]特开2002-071743号公报
上述专利文献1中所示的情况下,像密闭容器内的部分放电那样的高频信号从设备内部向外部传送之时将大大地衰减。另外,由于天线设置在开放空间中,所以存在的问题是,将检测出空间的电磁波噪声,S/N比降低,无法进行所希望的高灵敏度的检测。
本发明正是为了解决上述这样的问题而设计的,目的在于:得到即使在已设置的变压器和气体绝缘设备等电力设备中、也能够以低成本简易地设置的、并且能够以高灵敏度检测出伴随着部分放电的信号的装置。
发明内容
本发明在用绝缘物支持配置在密闭容器内的高电压导体的电力设备中,具有第1内部异常检测装置,该第1内部异常检测装置包括:与设置在密闭容器的第1连接管连接,同时将第1天线放置在内部的第1天线放置管;以及与第1天线连接,且检测出当在密闭容器内部发生异常之时所产生的电磁波信号的第1信号检测电路。
因为本发明的电力设备是上述这样的结构,所以具有的效果是,即使对于以已设置的电力设备的长寿命为目的的预防保养措施、异常发生的事前察觉等的需要也是能够容易地进行改造设置的结构,同时能够减少干扰的影响,能够以高的S/N比检测出由于密闭容器内的异常发生而产生的电磁波信号。
附图说明
图1是表示本发明的实施形态1的设置在变压器中的第1内部异常检测装置的简要结构图。
图2是说明根据本实施形态1的驻波的说明图。
图3是表示本发明的实施形态1的第1信号检测电路的方框结构图。
图4是表示本发明的实施形态1的第1天线和第1天线放置管的关系的说明图。
图5是本发明的实施形态1的用实测求得变压器的谐振频率的情况的说明图。
图6是表示本发明的实施形态1的变压器的谐振频率实测例的示波器的波形图。
图7是表示本发明的实施形态2的设置在变压器中的第2内部异常检测装置图。
图8是表示本发明的实施形态3的设置在变压器中的第2内部异常检测装置图。
图9是表示本发明的实施形态4的信号检测电路的方框结构图。
标号说明
1连接管
2放压板
2a隔板
3第1天线
3b第2天线
4第1天线放置管
4b第2天线放置管
7滤波器
20密闭容器
50信号检测电路
100第1内部异常检测装置
100a第2内部异常检测装置
200变压器
具体实施方式
实施形态1
以下根据附图来说明本发明的实施形态1。
图1是表示根据该实施形态1的设置在作为电力设备的油浸变压器200中的第1内部异常检测装置100的简要结构图。另外,下面所述的第1内部异常检测装置100等所标记的[第1]是为了与后述实施形态2中的[第2]相对应而标记的。
在图1中,作为电力设备的油浸变压器200,在密闭容器20内设置用省略图示的绝缘物绝缘了的高压导体的线圈21和铁心22。在密闭容器20的上部外面,设置相当于用于将伴随着变压器200的异常现象即变压器内部的缺陷23的部分放电的、密闭容器内的上升压力向外部放出的放压管的第1连接管1。在该第1连接管1的内部,配置绝缘物制的放压板2,使得与外部大气不连通。
第1内部异常检测装置100与设置上述放压板2的第1连接管1连接,并且包括:放置第1天线3的第1天线放置管4、第1屏蔽5、第1信号检测电路50、以及连接第1天线3和第1信号检测电路50的第1信号电缆3a。
在本例中,表示将第1内部异常检测装置100新设置在变压器200的第1连接管1上、来改造现有变压器200的情况,例如通过焊接将第1天线放置管4与第1连接管1的前端部分1a连接成一体。这时,希望第1天线放置管4的材质是与第1连接管1的金属材料相同的材质。另外,必须使两连接管具有相同尺寸(相同直径、或者相同的矩形尺寸)。再者,当在工厂内新制作时,第1连接管1和第1天线放置管4最好是相同的管子。
而且,在第1天线放置管4的内部,第1天线3配置在上述放压板2的与密闭容器20的外面相反一侧上。第1天线3具有检测出由于线圈21中所产生的缺陷而放出的电磁波24的检测用传感器的功能。作为该第1天线3可采用环形天线、偶极天线、球形天线、螺旋天线等。
第1天线3的安装方向是向着变压器200那样固定的。第1天线3和放压板2的距离最好尽量地短,也可以使第1天线3与放压板2紧贴。另外,为了提高屏蔽效果,用第1屏蔽5即铝箔等的薄金属覆盖第1天线放置管4的末端部4e,或者以不会有损放压板2的功能的程度来安装厚的金属,通过这样能够减少来自外部的噪声。
变压器200的内部由于某种原因而产生的缺陷23,例如由于部分放电而发射的电磁波24,一边在变压器200的密闭容器20的内部壁面和线圈21及铁心22之间发生反射,一边进行传送。由于电磁波24透过绝缘物制的放压板2,所以用电磁波传感器即第1天线3能够检测出。
用第1天线3检测出的内部异常信号即电磁波24发送到与第1天线3连接的第1信号检测电路50中。另外,如图2所示,设置在第1天线放置管4的末端部4e的第1屏蔽5最好设置在驻波的波腹部分与第1天线3的位置一致那样的距离L的位置上,从而使其起到电磁波24的反射板的作用。在图2中,SW表示驻波(Standing Wave),SWn表示驻波的波节(node),SWan表示驻波的波腹(anti-node)。通过这样的结构,能够以高的S/N比检测出内部异常信号。另外,第1屏蔽5的安装位置不一定要安装在末端部4e上,也可以设置在第1天线放置管4内。
图3表示第1信号检测电路50的方框结构图。
与第1天线3相连的第1信号检测电路50包括:放大检测信号的第1前置放大器6、在所希望的频率区域或者其前后的频率区域中具有截止频率的第1滤波器7、将第1滤波器7的频率信号变换为模拟信号并输出的第1检波器8、第1放大器9、第1A/D变换器10、第1阈值设定电路12、将第1阈值设定电路12设定的规定的第1阈值与上述第1A/D变换器10的输出信号相比较的第1比较器11、以及接收第1比较器11的输出信号并显示异常的第1报警显示单元13。
上述第1比较器11在通过第1滤波器7的密闭容器20内发生的电磁波信号的电平超过了第1阈值设定电路12预先设定的规定的第1阈值时,判定异常发生,用第1报警显示单元13进行显示并输出。
接着,详细地说明第1滤波器7的功能。
图4是表示第1信号检测电路50的第1滤波器7与天线放置管(波导管)4a以及第1天线3之间的关系的说明图。这里表示的天线放置管4a与和相当于上述的放压管的第1连接管1一体化连接的第1天线放置管4相同。用第1天线3检测出的信号与第1滤波器7连接。从电力设备即变压器200内部传送来的电磁波信号通过天线放置管4a。这时,如果天线放置管4a的截面是圆形,且其直径为2D,则天线放置管4a起到波导管的作用。然后,通过作为波导管的天线放置管4a的电磁波,变得只能通过高于截止频率某一个频率以上的高频波。另外已知,为了传送TE波或者TM波,在某一定的频带中进行谐振。
这里TE波是Transverse Electric Wave的简称,是磁场为前进方向、而电场与前进方向垂直的波,另外TM波是Transverse Magnetic Wave的简称,是电场为前进方向、而磁场与前进方向垂直的波。
一般在圆形波导管中传送的TE波根据在波导管中形成的2个模式m和n用TEmn的形式来表现。这里将图4所示的天线放置管4a看做是圆形波导管,设其直径为2D。TE模式的频率fte用fie=V/λte来表示。式中V是电磁波的传送速度。
圆形波导管的TE01模式是简单地根据λte=1.64×D求出。TE11模式的情况同样可简单地根据λte=3.41×D求出。这时,TE11模式的频率为截止频率,该截止频率以下的低频率不能通过。
与上述相同,在圆形波导管中存在TMmn模式。TM模式的频率ftm用ftm=V/λtm来表示。近似地TM01模式能够用λtm=2.61×D来表示,TM11模式的情况能够用λtm=1.64×D来表示。
因此,考虑第1天线3和第1放大器9的检测频带,如果将第1滤波器7的调谐频率设定为上述求得的频带的任一个频带,则对于由于电力设备内部发生的部分放电而产生的电磁波信号,能够以高灵敏度、并且与噪声分离来测定。
虽然设置在电力设备上的放压管的直径是各式各样的,但是如果假设在变压器的情况下约为10cm以上,则只要在5GHz以下的范围内设定第1滤波器7的通过频带即可。这样,因为通过将根据电力设备的尺寸、形状决定的设备的谐振频率和检测出来的电磁波进行调谐的滤波器来测定,所以能够提高与从电力设备外部进入的外部噪声的辨别精度。因为电力设备的谐振频率是由结构来决定的频率,而一般的噪声不具有特定的频带,所以能够辨别。
这样在将第1连接管1和与第1连接管连接的第1天线放置管4一体化的天线放置管4a看做为波导管的情况下,由于某频率以下不能通过,所以用第1滤波器7积极地截止会提高灵敏度。
当第1连接管1和与其连接的第1天线放置管4的截面形状为长方形的情况时,将天线放置管4a看做为矩形波导管。如果截面的长短边分别设定为a、b,则例如TE01模式近似地用λte=2×a来表示,TE11模式近似地用 λte = 2 × a / ( 1 + ( a / b ) 2 ) 来表示。
TM21模式的情况下,则 λtm = 2 × a / ( 1 + ( a / 2 b ) 2 ) . 通过这样根据上述求得的λte、λtm的式子,能够得到TE模式频率fte、以及TM模式频率ftm。
在上述说明中,将第1滤波器7的调谐频率设定为在具有波导管功能的天线放置管4a的内部发生谐振的频率。变压器200的情况下,结构密闭的容器20的截面是长方形,能够看做为矩形波导管。因此用上述式子,能够计算变压器200的TE模式和TM模式的频率。如果更详细地来求,则能够将变压器的内部结构根据部位、例如能够将线圈21和密闭容器20的间隙看做为矩形波导管。
接着,说明用实测来求出变压器200的谐振频率的情况。
在图5中,从脉冲信号发生器15产生包含高频成分的电磁波脉冲振荡,该电磁波脉冲通过信号分配器16输入到示波器17和电磁波检测用的第1天线3。第1天线3由于对宽频带的频率具有灵敏度,所以高频脉冲成为从第1天线3到变压器200内的电磁波脉冲并产生振荡。当电磁波脉冲24a在变压器200内传送时,根据变压器200的结构而产生谐振。第1天线3接收脉冲振荡后来自变压器200的反射波,接收信号通过信号分配器16输入示波器17中。示波器17的画面上观测图6的上部。在图6的上部,纵轴表示电压轴,横轴表示时间轴,6A表示发生脉冲,6B表示接收脉冲。这里,向个人计算机(PC)18中取入示波器17的数据。于是,如图6的下部所示,用PC18分离两脉冲,并分别进行FFT分析(高速傅里叶分析),能够根据发送脉冲和接收脉冲的频率分析结果的比较,来发现谐振部分,找到设备的谐振频率(图6下部的6C)。另外,在图6的下部,纵轴表示强度,横轴表示频率轴,6C表示谐振频率。
本实施形态1是主要以现有的电力设备的变压器为对象,说明在设置于该变压器上的相当于放压管的第1连接管1中重新设置第1天线放置管4和第1信号检测电路50的情况。但是,也不一定仅限于现有设备的连接管,在工厂制造新产品时,也可以不分别个别地设置第1连接管1和第1天线放置管4,而采用第1连接管1和第1天线放置管4利用单一管子来构成的结构。
这样在该实施形态1中,不需要特别地实施花费大的工程,且不用特别着手于电力设备的结构,则能够以简单的作业且短期并以低成本来实现检测现有电力设备的部分放电等的内部异常发生的装置。而且,在本实施形态1中,与过去的外带天线方式相比,因为天线放置管对于外部的噪声具有屏蔽的功能,所以能够检测出S/N提高了的信号。
实施形态2
在实施形态1中,说明了设置通过在相当于电力设备即变压器200的放压管的第1连接管1上一体化地连接第1天线放置管4而构成的第1内部异常检测装置100的情况。
在实施形态2中,如图7所示,除了上述实施形态1,再加上在变压器200的与第1连接管1远离的密闭容器20的其他外表面,设置用与上述实施形态1中所示的第1内部异常检测装置100具有相同结构、相同形状、相同内径尺寸、相同长度、相同材质构成的(但是,只有放压板的功能一部分不同)第2内部异常检测装置100a。
在图7中省略图示实施形态1的图1中所示的与密闭容器20的第1连接管1连接的第1内部异常检测装置100。然后,在与上述实施形态1的第1内部异常检测装置100离开规定距离的地方的变压器200的密闭容器20的横向外表面,通过焊接等来设置根据实施形态2的构成第2内部异常检测装置100a的第2天线放置管4b。总之,在本实施形态中,在密闭容器20上设置第2连接管1d,同时在该第2连接管1d上连接第2天线放置管4b。另外,向第2连接管1d内设置传送电磁波信号且与密闭容器20内部隔开的绝缘物制的隔板2a。第2天线放置管4b内的第2天线3b的安装位置是上述实施形态1中所示的位置、即离开密闭容器20的外表面的距离相同的地方。
第1天线放置管4和第2天线放置管4b之间的上述规定距离,因为必须要有读出利用第1天线3和第2天线3b的信号的到达时间差的分辨率,所以必须要离开检测频率的1/4波长以上。例如5~15m左右比较适当。另外,关于根据本实施形态2的第2的内部异常检测装置100a的第2天线放置管4b,虽然在密闭容器20上设置穿通孔20a进行安装,但是不需要具有变压器200异常发生时的内部压力放出的功能。
因此,设置第2天线放置管4b,隔开变压器200的内部和外部大气之间的绝缘物制的隔板2a只要是具有对应于该设置位置的强度的即可。另外,隔板2a的材质采用环氧树脂等。另外,该实施形态2的第2信号检测电路50与上述的实施形态1的第1信号检测电路50具有相同结构,将对于上述[第1]的该结构要素称为[第2]。
这样在实施形态2中,在密闭容器20上除了设置根据实施形态1的由第1连接管1和第1天线放置管4构成的第1内部异常检测装置100,还设置具有与上述第1天线放置管4有相同形状、相同内径尺寸、相同长度、天线同一安装位置、相同材质的第2天线放置管4b、以及与第2天线3b连接的第2信号检测电路50a的第2内部异常检测装置100a。因此,能够从多个地方通过多个传感器(天线)检测出信号,上述第1内部异常检测装置100通过根据第1阈值的电磁波信号来显示异常检测的报警,同时该第2内部异常检测装置100a通过根据第2阈值的电磁波信号来显示异常检测的报警。结果,能够根据电力设备的内部结构以及上述第1、第2内部异常检测装置100、100a的安装位置,进行上述第1和第2阈值的选定,通过设置具有这样的第1、第2阈值的第1、第2内部异常检测装置100、100a,能够采用第1、第2阈值的AND条件,提高检测精度,同时也能够提高检测的可靠性。而且,具有使异常发生地方的位置设定更加容易的效果。
另外,关于根据该实施形态2的第2天线放置管4b,不仅可以利用现场改造工程设置在现有电力设备上,也可以设置在工厂制造时的任何新产品上。而且,也可以不用个别地设置第2连接管1d和第2天线放置管4b,采用利用单一管子来构成第2连接管1d和第2天线放置管4b的结构。
实施形态3
本实施形态3表示如图8所示那样将上述的实施形态2的第2内部异常检测装置100a在变压器200的密闭容器20外表面分开设置2个的例子。这种情况下,设电力设备是除了上述的根据实施形态1的由第1连接管1和第1天线放置管4构成的第1内部异常检测装置100,还具有如图8所示的2个第2内部异常检测装置100a,合计具有3个内部异常检测装置。另外,也可以是不设置根据上述实施形态1的第1内部异常检测装置100(即,单单具有放压管功能)、而具有本实施形态3的图8所示的2个内部异常检测装置100a的变压器200。另外,这里内部异常检测装置100a的个数是2个,但也可以是2个以上。
如果这样的实施形态3的结构用于现有设备的改造工程,则具有以简单的作业将工程期间缩短且降低成本等众多优点。
实施形态4
上述实施形态1的第1信号检测电路50是如图3所示的结构。该实施形态4的信号检测电路50,如图9所示设置作为与比较器11连接的判定装置的PC(个人计算机)18a、与PC18a连接的A/D变换器10a、以及与A/D变换器10a连接的AC分压波形生成电路19。
在这样的结构中,电磁波信号在比较器11中超过了噪声电平的情况下,将电磁波信号发送到PC18a,并在PC18a中进行判定处理。在该PC18a中,使电磁波信号与AC分压波形生成电路19输出的AC波形进行组合,并判断电磁波信号与AC分压波形是否同步,如果同步,则判定为部分放电发生,并输出到报警显示单元13。
通过采用这样的实施形态4的结构,能够得到对于发生在变压器200内部的部分放电、具有更高S/N比的信号检测电路50。另外,本实施形态4也适用于上述实施形态1~3中的任何一个实施形态。
另外,在本实施形态1~4中虽然说明了以油浸变压器作为电力设备的例子,但是不仅限于此,也能够适用于气体绝缘设备等的具有密闭容器(油箱)的高压电力设备。
工业上的实用性
本发明能够用于油浸变压器、气体绝缘开关等的在密闭容器(油箱)内设置高压导体的电力设备。

Claims (19)

1.一种电力设备,其特征在于,
在用绝缘物支持配置在密闭容器内的高压导体的电力设备中,
具有第1内部异常检测装置,该第1内部异常检测装置包括:
与设置在所述密闭容器内的第1连接管连接,同时在内部放置第1天线的第1天线放置管;以及与所述第1天线连接,且检测出当所述密闭容器内部发生异常时发出的电磁波信号的第1信号检测电路。
2.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
对所述第1天线放置管配置用于屏蔽来自外部的噪声的第1屏蔽。
3.如权利要求2中所述的电力设备,其特征在于,
设置所述第1屏蔽,使其覆盖所述第1天线放置管的末端部。
4.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
为了将随着所述密闭容器内部的异常发生而上升的内部压力向外部释放,而在所述第1连接管内设置绝缘物制的放压板。
5.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
在所述第1信号检测电路中,设置:
与所述第1天线放置管谐振的谐振频带进行调谐的第1滤波器;
将所述电磁波信号的电平与第1阈值进行比较的第1比较器;
以及当所述第1比较器判定通过所述第1滤波器的所述电磁波信号的信号电平超过了所述第1阈值的情况下,进行报警显示的第1报警显示部。
6.如权利要求5中所述的电力设备,其特征在于,
在所述第1信号检测电路中,还具有:
输出第1AC分压波形的第1AC分压波形生成电路;
以及当所述第1比较器判定通过所述第1滤波器的所述电磁波信号的信号电平超过了所述第1阈值的情况下,输入所述第1比较器的信号和所述第1AC分压波形并检测出所述电磁波信号和所述第1AC分压波形的同步,在同步的情况下将所述异常判断为部分放电的第1判定装置,同时用所述第1报警显示部进行报警显示。
7.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
所述第1连接管设置在所述密闭容器外表面。
8.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
利用单一管子构成所述第1连接管和所述第1天线放置管。
9.如权利要求1中所述的电力设备,其特征在于,
在所述电力设备中,还具有:
设置在所述密闭容器上的第2连接管;
设置在所述第2连接管内并传送所述电磁波信号、并且与所述密闭容器内部隔开的绝缘物制的隔板;
以及包括与所述第2连接管连接同时将第2天线放置在其内部的第2天线放置管、和与所述第2天线连接并检测出所述电磁波信号的第2信号检测电路的第2内部异常检测装置。
10.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
对所述第2天线放置管配置用于屏蔽来自外部的噪声的第2屏蔽。
11.如权利要求10中所述的电力设备,其特征在于,
设置所述第2屏蔽,从而使其覆盖所述第2天线放置管的末端部。
12.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
在所述第2信号检测电路中,设置:
与所述第2天线放置管谐振的谐振频带进行调谐的第2滤波器;
将所述电磁波信号的电平与第2阈值进行比较的第2比较器;
以及当所述第2比较器判定通过所述第2滤波器的所述电磁波信号的信号电平超过了所述第2阈值的情况下,进行报警显示的第2报警显示部。
13.如权利要求12中所述的电力设备,其特征在于,
在所述第2信号检测电路中,还具有:
输出AC分压波形的第2AC分压波形生成电路;
以及当所述第2比较器判定通过所述第2滤波器的所述电磁波信号的信号电平超过了所述第2阈值的情况下,输入所述第2比较器的信号和所述AC分压波形并检测出所述电磁波信号和所述AC分压波形的同步,在同步的情况下将所述异常判断为部分放电的第2判定装置,同时用所述第2报警显示部进行报警显示。
14.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
与所述第1连接管连接的第1天线放置管和与所述第2连接管连接的第2天线放置管具有规定的距离进行配置。
15.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
所述第2连接管设置在所述密闭容器的外表面。
16.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
利用单一管子构成所述第2连接管和所述第2天线放置管,同时向所述第2天线放置管内传送所述电磁波并且与所述密闭容器内部隔开的绝缘物制的隔板与所述第2天线相比,设置在所述密闭容器一侧。
17.如权利要求9中所述的电力设备,其特征在于,
设置多台所述第2内部异常检测装置,同时配置所述第1、第2内部异常检测装置,使其分别具有规定的距离。
18.一种电力设备,其特征在于,
电力设备具有第1连接管;以及为了将伴随着密闭容器内部的异常发生而上升的压力向外部释放出去而设置在所述第1连接管内的绝缘物制的放压板,并且用绝缘物支持配置在所述密闭容器内的高压导体,在该电力设备中,
具有:将天线配置在内部的天线放置管;连接所述天线放置管和所述密闭容器的第2连接管;与所述天线连接、且检测所述密闭容器内部发生异常时的信号的第2信号检测装置;以及为了传送所述密闭容器内部发生异常时的信号并且与所述密闭容器内部隔开而设置在所述第2连接管内的绝缘物制的隔板。
19.如权利要求18中所述的电力设备,其特征在于,
利用单一管子构成所述第2连接管和所述天线放置管。
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