CN108169640A - 一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置及方法 - Google Patents

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CN108169640A CN201711483507.7A CN201711483507A CN108169640A CN 108169640 A CN108169640 A CN 108169640A CN 201711483507 A CN201711483507 A CN 201711483507A CN 108169640 A CN108169640 A CN 108169640A
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张书琦
孙建涛
贾鹏飞
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王健一
仇宇舟
赵晓宇
遇心如
申泽军
赵晓林
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Abstract

本发明公开了一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置，装置包括：交流电源单元，直流电源单元，输出电压引出和测量单元，输出单元；交流电源单元用于生成交流电压；交流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；直流电源单元的输出接地时，交流电压输出至输出单元；直流电源单元用于生成直流电压；直流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；交流电源单元的输出接地时，直流电压输出至输出单元；交流电压和直流电压通过输出单元引出。本发明的交流电源单元和直流电源单元组合输出电压时，采用直流电源单元高压端与交流电源单元串联的方式，结构简单，并且产生交流和直流电压可以同步调节。

Description

一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置及方法
技术领域
本发明涉及一种高压发生装置，更具体地，涉及一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置及方法。
背景技术
为通过试验考核验证高压电气设备和绝缘材料的绝缘性能，GB/T 16927.1-2011《高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求》规定了直流电压试验、交流电压试验、联合和合成电压试验的试验电压和试验程序的要求，依据该标准的要求，在进行不同类型的高电压试验时，国内外试验单位和设备材料厂家均采用独立的交流电源系统和直流电源系统。在高压电源系统的绝缘方式方面，目前常用的串级交流电压发生器、倍压整流直流电压发生器，重要组成部件的外部绝缘均采用空气绝缘。为对GIS设备进行交流耐压和局部放电测量，德国海沃公司和国内盛华电气有限公司均设计了采用SF6气体作为外绝缘的交流试验变压器，可通过盆式绝缘子和过渡气室与GIS设备实现对接，所有重要高压部件均封装在SF6气体绝缘的金属封闭筒体内。
目前的高电压试验技术领域用于高压电气设备和绝缘材料绝缘性能试验的电源系统，具有三点局限性：(1)交流、直流绝缘试验均采用独立的高压电源系统，在进行电气设备和材料综合绝缘试验考核时，需同时配置交流电压发生器、直流电压发生器两套电源系统，电源系统配置费用高、布置空间大；(2)现有的高电压电源系统外绝缘大多采用空气绝缘，设计的外绝缘具有较大的高度，这直接决定了高电压实验室的高度；(3)现有的用于联合和合成电压试验的高压电源系统，由两套独立电源为基础，通过隔离和保护元件构成，试验电压调节不便，不容易获得预期的试验电压，在进行交流叠加直流分量的试验时，电源的局部放电背景干扰信号难以抑制。
因此，需要一种技术，以解决用于高压电气设备和绝缘材料综合绝缘性能进行测试的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置及方法，以解决如何对高压电气设备和绝缘材料综合绝缘性能进行测试的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置，所述装置包括：交流电源单元、直流电源单元、SF6气体绝缘单元和输出单元；
所述交流电源单元用于生成交流电压；所述交流电源单元封装在所述SF6气体绝缘单元内；所述直流电源单元的输出接地时，所述交流电压输出至所述输出单元；
所述直流电源单元用于生成直流电压；所述直流电源单元封装在所述SF6气体绝缘单元内；所述交流电源单元的输出接地时，所述直流电压输出至所述输出单元；
所述交流电压和所述直流电压通过所述输出单元引出。
优选地，还包括测量单元，用于：
测量所述输出交流电压和输出直流电压，所述测量单元封装在所述SF6气体绝缘单元内。
优选地，所述交流电源单元包括依次连接的：第一隔离开关、交流电源调压器、第一滤波器、第一试验变压器、第一保护电阻、第一电容分压器和第二隔离开关；
所述第一隔离开关，用于隔离所述交流电源单元输入端的连接；
所述交流电源调压器，用于调节所述生成交流电压的大小；
所述第一滤波器，用于隔离和滤除进入所述交流电源单元的外部干扰信号；
所述第一试验变压器，用于将接入所述交流电源单元的输入电压按比例升高至所需输出的交流电压；
所述第一保护电阻，用于在所述输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第一试验变压器；
所述第一电容分压器，用于测量所述第一试验变压器与所述第一保护电阻上的电压；
所述第二隔离开关，用于连接和切断所述交流电源单元与所述输出单元间的电气连接。
优选地，所述直流电源单元包括依次连接的：第三隔离开关、直流电源调压器、第二滤波器、第二试验变压器、第二保护电阻、高压硅堆、电阻分压器、直流滤波器和第四隔离开关；
第三隔离开关，用于隔离所述直流电源单元输入端的连接；
直流电源调压器，用于调节生成直流电压的大小；
第二滤波器，用于隔离和滤除进入所述直流电源单元的外部干扰信号；
第二试验变压器，用于将接入所述直流电源单元的输入电压按比例升高并输出至所述高压硅堆；
第二保护电阻，用于在所述输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第二试验变压器；
高压硅堆，用于将所述第二试验变压器的输出电压整流成直流电压；
电阻分压器，用于测量经所述高压硅堆整流得到的直流电压；
直流滤波器，用于隔离和滤除所述直流电源单元输出电压中的谐波电压成分；
第四隔离开关，用于连接和切断所述直流电源单元与所述输出单元间的电气连接。
优选地，还包括：交流电源调节单元以及直流电源调节单元；
所述交流电源调节单元用于调节所述生成交流电压的大小；
所述直流电源调节单元用于调节所述生成直流电压的大小。
优选地，所述输出单元包括：SF6气体绝缘套管，SF6油套管以及SF6盆式绝缘子。
优选地，还包括接地隔离单元，所述接地隔离单元与所述交流电源单元相连接，所述交流电压接地；或
所述接地隔离单元与所述直流电源单元相连接，所述直流电压接地。
优选地，还包括：交直流隔离单元，所述交直流隔离单元与所述交流电源单元和所述直接电源单元相连接，通过所述交直流隔离单元控制所述接地隔离单元与所述交流电源单元相连接，或通过所述交直流隔离单元控制所述接地隔离单元与所述直流电源单元相连接。
优选地，所述交流电源单元和所述直流电源单元通过串联的方式连接，生成交流和直流叠加电压。
基于本发明的另一方面，提供一种基于气体绝缘的组合式高压发生方法，所述方法包括：
利用交流电源单元生成交流电压；所述交流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；所述直流电源单元的输出接地时，所述交流电压输出至所述输出单元；
利用直流电源单元生成直流电压；所述直流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；所述交流电源单元的输出接地时，所述直流电压输出至所述输出单元；
所述交流电压和所述直流电压通过输出单元引出。
现有的高压电源系统用于高压电气设备或绝缘材料的交流叠加直流试验时，需要两套以上独立电源组合使用，为克服电源间的相互干扰，对试验场地的面积和高度要求苛刻，然而也不容易获得理想的电压波形。本发明提出的技术方案提出的基于气体绝缘的组合式高压发生装置,包括：交流电源单元，直流电源单元，SF6气体绝缘单元，和输出单元。本申请的技术方案利用交流电源单元生成交流电，将交流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内。当直流电源单元的输出接地时，交流电压输出至输出单元。本申请利用直流电源单元生成直流电，将直流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内。当交流电源单元的输出接地时，直流电压输出至所述输出单。本申请产生的交流电压和直流电压通过输出单元引出。本申请技术方案解决了交流叠加直流所需的电压波形。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置结构示意图；
图2为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置实体结构图；
图3为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置的连接关系示意图；以及
图4为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置结构示意图。本发明实施方式提供一种用于高压电气设备和绝缘材料综合绝缘性能试验用的组合式高压发生装置，该装置采用SF6气体绝缘、具有单独输出直流电压、交流电压，组合输出交流叠加直流电压的功能。本发明实施方式的装置100整体占地小、高度低、电压调节灵活、局部放电小，试验电压可通过SF6或空气套管、盆式绝缘子、SF6或油套管三种方式输出。
如图1所示，装置100包括：交流电源单元102，直流电源单元103，SF6气体绝缘单元104，输出单元105。
交流电源单元102用于生成交流电压；交流电源单元102封装在SF6气体绝缘单元104内；直流电源单元的输出接地时，交流电压输出至所述输出单元；
直流电源单元103用于生成直流电压；直流电源单元103封装在SF6气体绝缘单元104内；交流电源单元的输出接地时，直流电压输出至所述输出单元；
交流电压和直流电压通过输出单元引出。
优选地，装置100，还包括测量单元，用于：
测量输出交流电压和输出直流电压，测量单元封装在SF6气体绝缘单元104内。
本发明实施方式的交流电源单元和直流电源单元和测量单元均封装在SF6气体绝缘单元104内，SF6气体绝缘单元104为接地的金属屏蔽筒，并采用SF6气体绝缘介质，试验系统绝缘可靠。
优选地装置100，交流电源单元包括(图1未示出，详见图3)，第一隔离开关301，交流电源调压器302，第一滤波器303，第一试验变压器304，第一保护电阻305，第一电容分压器306，第二隔离开关307；
第一隔离开关301，用于隔离交流电源单元和直流电源单元输入端的连接；
交流电源调压器302，用于调节生成交流电压的大小；
第一滤波器303，用于隔离和滤除进入交流电源单元的外部干扰信号；
第一试验变压器304，用于将接入交流电源单元的输入电压按比例升高至所需输出的交流电压；
第一保护电阻305，用于在输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第一试验变压器；
第一电容分压器306，用于测量第一试验变压器与第一保护电阻上的电压；
第二隔离开关307，用于连接和切断交流电源单元与输出单元间的电气连接。
优选地，在装置100中，还包括：交流电源调压器302，交流电源调压器302设置于SF6气体绝缘单元104外。
优选地，在装置100，直流电源单元包括：第三隔离开关319，直流电源调压器318，第二滤波器317，第二试验变压器316，第二保护电阻315，高压硅堆314，电阻分压器313，直流滤波器312，第四隔离开关311；
第三隔离开关319，用于隔离直流电源单元输入端的连接；
直流电源调压器318，用于调节生成直流电压的大小；
第二滤波器317，用于隔离和滤除进入直流电源单元的外部干扰信号；
第二试验变压器316，用于将接入直流电源单元的输入电压按比例升高并输出至所述高压硅堆；
第二保护电阻315，用于在输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第二试验变压器；
高压硅堆314，用于将第二试验变压器的输出电压整流成直流电压；
电阻分压器313，用于测量经高压硅堆整流得到的直流电压；
直流滤波器312，用于隔离和滤除直流电源单元输出电压中的谐波电压成分；
第四隔离开关311，用于连接和切断所述直流电源单元与所述输出单元间的电气连接。
优选地，在装置100，还包括：直流电源调压器318，直流电源调压器318设置于SF6气体绝缘单元外。
优选地，在装置100，还包括：交流电源调节单元302以及直流电源调节单元318；
交流电源调节单元302用于调节生成交流电压的大小；
直流电源调节单元318用于调节生成直流电压的大小。
优选地，在装置100，输出单元105包括：SF6气体绝缘套管，SF6油套管以及SF6盆式绝缘子。
优选地，在装置100，交流电源单元和直流电源单元通过串联的方式连接，生成交流和直流叠加电压。
以下对本发明实施方式具体举例说明：
本发明的实施方式在工作时，当需要单独输出交流电压时，直流电源单元的通过接地隔离单元输出接地，交流电源单元的输出端与整个装置的输出端口输出单元相连，通过调节交流电源单元的交流电源调压器，可以是柱式调压器控制输出交流电压的大小。当需要单独输出直流电压时，交流电源单元的通过接地隔离单元输出接地，直流电源单元的输出端与整个装置的输出端口输出单元相连，通过调节直流电源单元的直流电源调压器，可以是柱式调压器控制输出直流电压的大小。当需要输出交直流叠加电压时，直流电源单元的输出端切换至交流电源单元的第一试验变压器高压线圈的X端，交流电源单元的输出端与整个装置的输出端口相连，采用直流电源单元高压端与交流电源单元串联的方式，结构简单。通过同时调节交流电源单元和直流电源单元各自的柱式调压器可控制输出的交直流叠加电压中的交流电压分量和直流电压分量。
本发明的实施方式中交流电源单元和直流电源单元独立控制，交流电源单元和直流电源单元的电压分量分别实现独立测量，装置的最终电压通过输出单元引出，输出单元包括：SF6气体绝缘套管、SF6或油套管、SF6盆式绝缘子。
本发明实施方式的交流电源单元、直流电源单元以及测量单元均封装在接地的SF6气体绝缘单元，SF6气体绝缘单元设置在金属屏蔽筒内，并采用SF6气体绝缘介质，本装置绝缘可靠、安装布置时所需要的场地面积小、高度低。本发明实施方式具有单独输出交流试验电压、直流试验电压、交流和直流试验叠加电压的功能，本发明实施方式的交流电源单元和直流电源单元组合输出电压时，采用直流电源单元高压端与交流电源单元串联的方式，结构简单，并且产生交流和直流电压可以同步调节。本发明实施方式的交流电源单元、直流电源单元均封装在密闭的空间内，工作条件不受环境温、湿度的影响。本发明实施方式具有单独输出交流试验电压、直流试验电压、交流和直流试叠加试验电压的功能，本发明提供的实施方式，应用广泛，具有显著的经济效益和社会效益。
图2为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置实体结构图。如图2所示，装置200中包括第一电容分压器201，交流电源单元202，直流电源单元203，SF6气体绝缘单元204，SF6空气高压套管输出端205-1，SF6油套管高压输出端205-2，SF6盆式绝缘子高压输出端205-3，电源系统底座206，测量单元207。
图3为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置的连接关系示意图。如图3所示，交流电源单元包括，第一隔离开关301，交流电源调压器302，第一滤波器303，第一试验变压器304，第一保护电阻305，第一电容分压器306，第二隔离开关307；直流电源单元包括：第三隔离开关319，直流电源调压器318，第二滤波器317，第二试验变压器316，第二保护电阻315，高压硅堆314，电阻分压器313，直流滤波器312，第四隔离开关311。装置还包括：SF6空气高压套管输出端308，SF6盆式绝缘子高压输出端309，SF6油套管高压输出端310，测量单元320。
图4为根据本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生方法流程图。如图4所示，方法400从步骤401开始：
优选地，在步骤401，利用交流电源单元生成交流电压；交流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内。直流电源单元的输出接地时，交流电压输出至所述输出单元。
优选地，在步骤402，利用直流电源单元生成直流电压；直流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内。交流电源单元的输出接地时，直流电压输出至输出单元。
优选地，在步骤403，交流电压和直流电压通过输出单元引出。
优选地，方法100还包括利用测量单元测量输出交流电压和输出直流电压，测量单元封装在SF6气体绝缘单元内。
优选地，交流电源单元包括：第一隔离开关，交流电源调压器，第一滤波器，第一试验变压器，第一保护电阻，第一电容分压器，第二隔离开关；
第一隔离开关，用于隔离交流电源单元和直流电源单元输入端的连接；
交流电源调压器，用于调节所述生成交流电压的大小；
第一滤波器，用于隔离和滤除进入交流电源单元的外部干扰信号；
所述第一试验变压器，用于将接入交流电源单元的输入电压按比例升高至所需输出的交流电压；
第一保护电阻，用于在输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护第一试验变压器；
第一电容分压器，用于测量第一试验变压器与第一保护电阻上的电压；
第二隔离开关，用于连接和切断交流电源单元与输出单元间的电气连接。
优选地，还包括：交流电源调压器，设置于SF6气体绝缘单元外。
优选地，直流电源单元包括：第三隔离开关，直流电源调压器，第二滤波器，第二试验变压器，第二保护电阻，高压硅堆，电阻分压器，直流滤波器，第四隔离开关；
第三隔离开关，用于隔离交流电源单元和直流电源单元输入端的连接；
直流电源调压器，用于调节生成直流电压的大小；
第二滤波器，用于隔离和滤除进入所述直流电源单元的外部干扰信号；
第二试验变压器，用于将接入直流电源单元的输入电压按比例升高并输出至所述高压硅堆；
第二保护电阻，用于在输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护第二试验变压器；
高压硅堆，用于将第二试验变压器的输出电压整流成直流电压；
电阻分压器，用于测量经高压硅堆整流得到的直流电压；
直流滤波器，用于隔离和滤除直流电源单元输出电压中的谐波电压成分；
第四隔离开关，用于连接和切断所述直流电源单元与输出单元间的电气连接。
优选地，还包括直流电源调压器设置于SF6气体绝缘单元外。
优选地，还包括交流电源调节单元以及直流电源调节单元；
交流电源调节单元用于调节生成交流电压的大小；
直流电源调节单元用于调节生成直流电压的大小。
优选地，输出单元包括：SF6气体绝缘套管，SF6油套管以及SF6盆式绝缘子。
优选地，还包括接地隔离单元，用于：
接地隔离单元与交流电源单元相连接，交流电压接地；或
接地隔离单元与直流电源单元相连接，直流电压接地。
优选地，通过交直流隔离单元控制接地隔离单元与交流电源单元相连接，或通过交直流隔离单元控制接地隔离单元与直流电源单元相连接。
优选地，交流电源单元和直流电源单元通过串联的方式连接，生成交流和直流叠加电压。
本发明一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生方法400与本发明另一实施方式的一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种基于气体绝缘的组合式高压发生装置，所述装置包括：交流电源单元、直流电源单元、SF6气体绝缘单元和输出单元；
所述交流电源单元用于生成交流电压；所述交流电源单元封装在所述SF6气体绝缘单元内；所述直流电源单元的输出接地时，所述交流电压输出至所述输出单元；
所述直流电源单元用于生成直流电压；所述直流电源单元封装在所述SF6气体绝缘单元内；所述交流电源单元的输出接地时，所述直流电压输出至所述输出单元；
所述交流电压和所述直流电压通过所述输出单元引出。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括测量单元，用于：
测量所述输出交流电压和输出直流电压，所述测量单元封装在所述SF6气体绝缘单元内。
3.根据权利要求1所述的装置，所述交流电源单元包括依次连接的：第一隔离开关、交流电源调压器、第一滤波器、第一试验变压器、第一保护电阻、第一电容分压器和第二隔离开关；
所述第一隔离开关，用于隔离所述交流电源单元输入端的连接；
所述交流电源调压器，用于调节所述生成交流电压的大小；
所述第一滤波器，用于隔离和滤除进入所述交流电源单元的外部干扰信号；
所述第一试验变压器，用于将接入所述交流电源单元的输入电压按比例升高至所需输出的交流电压；
所述第一保护电阻，用于在所述输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第一试验变压器；
所述第一电容分压器，用于测量所述第一试验变压器与所述第一保护电阻上的电压；
所述第二隔离开关，用于连接和切断所述交流电源单元与所述输出单元间的电气连接。
4.根据权利要求1所述的装置，所述直流电源单元包括依次连接的：第三隔离开关、直流电源调压器、第二滤波器、第二试验变压器、第二保护电阻、高压硅堆、电阻分压器、直流滤波器和第四隔离开关；
第三隔离开关，用于隔离所述直流电源单元输入端的连接；
直流电源调压器，用于调节生成直流电压的大小；
第二滤波器，用于隔离和滤除进入所述直流电源单元的外部干扰信号；
第二试验变压器，用于将接入所述直流电源单元的输入电压按比例升高并输出至所述高压硅堆；
第二保护电阻，用于在所述输出单元出现对地短接或外接试品放电时，保护所述第二试验变压器；
高压硅堆，用于将所述第二试验变压器的输出电压整流成直流电压；
电阻分压器，用于测量经所述高压硅堆整流得到的直流电压；
直流滤波器，用于隔离和滤除所述直流电源单元输出电压中的谐波电压成分；
第四隔离开关，用于连接和切断所述直流电源单元与所述输出单元间的电气连接。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括：交流电源调节单元以及直流电源调节单元；
所述交流电源调节单元用于调节所述生成交流电压的大小；
所述直流电源调节单元用于调节所述生成直流电压的大小。
6.根据权利要求1所述的装置，所述输出单元包括：SF6气体绝缘套管，SF6油套管以及SF6盆式绝缘子。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括接地隔离单元，所述接地隔离单元与所述交流电源单元相连接，所述交流电压接地；或
所述接地隔离单元与所述直流电源单元相连接，所述直流电压接地。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括：交直流隔离单元，所述交直流隔离单元与所述交流电源单元和所述直接电源单元相连接，通过所述交直流隔离单元控制所述接地隔离单元与所述交流电源单元相连接，或通过所述交直流隔离单元控制所述接地隔离单元与所述直流电源单元相连接。
9.根据权利要求1所述的装置，所述交流电源单元和所述直流电源单元通过串联的方式连接，生成交流和直流叠加电压。
10.一种基于气体绝缘的组合式高压发生方法，所述方法包括：
利用交流电源单元生成交流电压；所述交流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；所述直流电源单元的输出接地时，所述交流电压输出至所述输出单元；
利用直流电源单元生成直流电压；所述直流电源单元封装在SF6气体绝缘单元内；所述交流电源单元的输出接地时，所述直流电压输出至所述输出单元；
所述交流电压和所述直流电压通过输出单元引出。
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