CN110888082B - 继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置 - Google Patents

继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置 Download PDF

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CN110888082B CN201911179728.4A CN201911179728A CN110888082B CN 110888082 B CN110888082 B CN 110888082B CN 201911179728 A CN201911179728 A CN 201911179728A CN 110888082 B CN110888082 B CN 110888082B
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Abstract

本申请涉及一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置。上述继电保护二次回路节点电压故障定位方法,包括构建二次回路模型。所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。本方法通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。

Description

继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置
技术领域
本申请涉及电力技术领域,特别是涉及一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置。
背景技术
继电保护是用于保护电力设备尽可能免受故障干扰和损害的技术。二次回路是实现继电保护技术,用于传输保护信息量的载体。目前以继电保护信息传输方式分类,继电保护技术的应用主要分为两种,一种是基于电气量的集中式微机保护,另一种是基于光量的微机保护。本文设计的全节点电压数据采集技术应用于基于电气量的微机保护,不适用于后者。二次回路中的主动元件,如继电器,通过感受电压的电位变化实现励磁动作,而被动元件,如辅助触点,则需要主动元件的机械带动实现闭合或断开,从而使辅助触点两端连通或断开。可以将继电器、辅助触点等主被动元件两端视为两个节点。二次回路则由主被动元件、节点连接而成。
目前在常规综合自动化变电站采集电气量的设备有保护装置、测控装置、故障录波装置、电能质量监测装置、保护信息系统、监控后台系统、远动装置等。其中保护信息系统、监控后台系统、远动装置等设备是间接采集电气量的设备,无法实现直接采集电气量,因此不适合二次回路监测实时性的要求。
发明内容
基于此,本申请提供一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法及装置,以实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测。
一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法,包括:
S10,构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点;
S20,获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵;
S30,提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。
在其中一个实施例中,S30,提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点的步骤包括:
判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中;
当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。
在其中一个实施例中,所述当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点的步骤之后包括:
判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等;
当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。
在其中一个实施例中,S30,提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点的步骤包括:
判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中;
当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,判断每一个节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等;
当一个所述节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述节点和与其相邻的一个节点之间。
在其中一个实施例中,所述判断每一个节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等的步骤包括:
对每一个所述节点进行矢量标记,所述矢量标记为每一个所述节点标记连接端的节点标号;
判断所述矢量标记内的节点电压是否等于当前节点电压。
在其中一个实施例中,当所述节点电压矩阵存在于所述正常态电压模型中时,判定所述继电保护二次回路中无故障。
在其中一个实施例中,所述S10,构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点的步骤包括:
根据全站系统配置文件,获取所述继电保护二次回路的所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系;
根据所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系,构建所述二次回路模型。
在其中一个实施例中,所述S20,获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵的步骤包括:
对所述二次回路模型中每一个所述节点依次进行标号;
按标号顺序,依次获取每一个所述节点的电压状态,组成节点电压矩阵。
一种继电保护二次回路节点电压故障定位装置,包括:
二次回路模型构建模块,用于构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点;
节点电压获取模块,与所述二次回路模型构建模块连接,用于获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵;以及
故障定位模块,与所述节点电压获取模块连接,用于提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。
在其中一个实施例中,所述故障定位模块包括:
正常态电压模型构建组件,用于提供常态电压模型;
第一判断组件,与所述正常态电压模型构建组件和所述节点电压获取模块分别连接,用于判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中;以及
节点电压变位获取组件,与所述第一判断组件连接,用于获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。
在其中一个实施例中,所述故障定位模块还包括:
第二判断组件,与所述节点电压变位获取组件连接,用于判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等,当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。
上述继电保护二次回路节点电压故障定位方法,包括构建二次回路模型。所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。本方法通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法流程图;
图2为本申请一个实施例提供的一种二次回路模型结构图;
图3为本申请一个实施例提供的一种继电保护二次回路节点电压故障定位装置结构图;
图4为本申请一个实施例提供的一种继电保护二次回路节点电压故障定位装置结构图。
主要元件附图标号说明
继电保护二次回路节点电压故障定位装置 10
二次回路模型构建模块 100
节点电压获取模块 200
故障定位模块 300
正常态电压模型构建组件 310
第一判断组件 320
节点电压变位获取组件 330
第二判断组件 340
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1,本申请一个实施例提供一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法。所述继电保护二次回路节点电压故障定位方法包括:
S10,构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。
步骤S10中,可以根据全站系统配置文件,获取所述继电保护二次回路的所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系。根据所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系,构建所述二次回路模型。二次回路结构的特点是网络型,自直流正极电源起至负极电源,由数量众多的枝干型单一电路组成一个完整的网络型电气回路。因此,所述二次回路模型根据所述二次回路结构特点,将由主被动元件及连接线构成,连接线为有损连接线,单位损耗为λ,主动元件功能设计为励磁型继电器元件,被动元件功能设计为由主动元件驱动动作的元件,被动元件根据被驱动情况分为两种,动断元件及动合元件。具体请参见图2,所述二次回路模型包含直流正极电源+KM(电压大小为U+)、负极电源-KM(电压大小为U-)、带延时功能的继电器KT(主动元件,单位损耗为λK)及其辅助触点KT’(被动元件,单位损耗为λK')、无延时功能的继电器ZJ(主动元件,单位损耗为λZ)及其辅助触点ZJ’(被动元件,单位损耗为λZ')、限流保护电阻RP1及RP2、发光型负载L和人工触发开关HA(无损),以及连接导线损耗。
S20,获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。步骤S20中,对所述二次回路模型中每一个所述节点依次进行标号。按标号顺序,依次获取每一个所述节点的电压状态,组成节点电压矩阵。如图2所示,图中共有22个节点,分别以Xi(i∈[1,22],i∈N)标记。不考虑系统偏移的情况下,每个节点的电位状态有3种,0、U+和U-。那么可以使用三进制来表示每个节点的状态特征,上述三种状态分别定义为0、1、2。按此示例,将节点按顺序排列组成矩阵,有
{X22,X21,X20,X19,X18,X17,X16,X15,X14,X13,X12,X11,X10,X9,X8,X7,X6,X5,X4,X3,X2,X1}当二次回路电源供应正常时,二次回路每个节点有不同状态值。
S30,提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。步骤S30中,所述多个正常电压矩阵为,当二次回路电源供应正常时,二次回路每个节点可能取到的不同状态值组成的矩阵。在定位故障点之前,需要判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中,以免将正常态当作故障态处理。当所述节点电压矩阵存在于所述正常态电压模型中时,判定所述继电保护二次回路中无故障。
例如,由
{X22,X21,X20,X19,X18,X17,X16,X15,X14,X13,X12,X11,X10,X9,X8,X7,X6,X5,X4,X3,X2,X1}构成的节点网络模型,其中之一的正常态模型为
{U-,U-,U+,U+,U+,U+,U-,U-,U-,U-,U-,U-,U+,U+,U-,U-,U+,U+,U+,U+,U+,U+}
以矩阵表示为
{2,2,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,1,1,2,2,1,1,1,1,1,1},进行故障定位前,首先判断
{X22,X21,X20,X19,X18,X17,X16,X15,X14,X13,X12,X11,X10,X9,X8,X7,X6,X5,X4,X3,X2,X1}是否等于{2,2,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,1,1,2,2,1,1,1,1,1,1}。如果相等,则逻辑终止,判断结果为正常态。如果不相等,继续与其他正常态进行判断,当模型与所有正常模型不一致时,则开始故障点定位判断。
本实施例中,上述继电保护二次回路节点电压故障定位方法,包括构建二次回路模型。所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。本方法通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。
在其中一个可选的实施例中,可以利用故障边缘定位法实现故障定位。所述故障边缘定位法包括:
判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中。当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。
例如,当网络模型中存在连续的节点电压U1~Un发生电压变位,那么故障可以定位在节点序号的边缘,即故障点在U1所在的节点1或者Un所在的节点n。
运行示例:在回路正常工作时,节点1电压U1=U+,节点2电压U2=U+。当节点1与节点2之间发生断线故障时,U1=U+,U2=0。与此同时,U2、U3、U4、U5、U6均发生了电压变化,从网络模型而言,其他节点电压未变化,只有U2、U3、U4、U5、U6发生了变化,那么将故障点缩小到U2所在的节点2或者U6所在的节点6。
将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点的步骤之后可以进一步利用矢量标记定位法进行进一步的故障定位。所述矢量标记定位法包括:
判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等。当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。所述判断每一个节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等的步骤可以为,对每一个所述节点进行矢量标记,所述矢量标记为每一个所述节点标记连接端的节点标号。判断所述矢量标记内的节点电压是否等于当前节点电压。
例如,将每个节点作矢量标记,每个节点上标记连接端记号,判断记号内的节点电压是否等于当前节点电压,进行判断计算,发现存在记号节点电压不等于当前节点电压时,可以将故障点缩小至该节点至记号节点之间,可以简化复杂二次回路系统的逻辑判断。
以(1)中示例为例,U2、U3、U4、U5、U6发生了变化,如节点2的电压U2(U1,U3),节点3的电压U3(U2,U4),节点4的电压U4(U3,U5),节点5的电压U5(U1,U6),节点6的电压U6(U5),那么在进行故障边缘定位法计算后,可以进行根据标记进行计算,即计算每个节点电压是否等于其标记节点的电压值,如节点2-6的电压是否满足:U2=U1=U3;U3=U2=U4;U4=U3=U5;U5=U1=U6;U6=U5。结果发现,U2≠U1,其他均满足,因此可以进一步判断故障点发生在节点1与节点2之间。
在其中一个可选的实施例中,可以仅利用矢量标记定位法进行故障定位。即,判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中。当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,判断每一个节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等。当一个所述节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述节点和与其相邻的一个节点之间。
本实施例中,利用故障边缘定位法,将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。进而,利用矢量标记定位法进行进一步的故障定位。此方法可以通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。
请参见图3,本申请一个实施例提供一种继电保护二次回路节点电压故障定位装置10。所述继电保护二次回路节点电压故障定位装置10包括二次回路模型构建模块100、节点电压获取模块200以及故障定位模块300。
所述二次回路模型构建模块100用于构建二次回路模型。所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。所述节点电压获取模块200与所述二次回路模型构建模块100连接,用于获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。所述故障定位模块300与所述节点电压获取模块200连接,用于提供正常态电压模型。所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。
所述二次回路模型构建模块100可以根据全站系统配置文件,获取所述继电保护二次回路的所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系。根据所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系,构建所述二次回路模型。
所述节点电压获取模块200对所述二次回路模型中每一个所述节点依次进行标号。按标号顺序,依次获取每一个所述节点的电压状态,组成节点电压矩阵。所述故障定位模块300中存储有正常态电压模型。
本实施例中,通过所述二次回路模型构建模块100构建二次回路模型。所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及多种所述元件两端的节点。通过所述节点电压获取模块200获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵。通过所述故障定位模块300提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,定位故障点。本装置通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。
请参见图4,在其中一个实施例中,所述故障定位模块300包括正常态电压模型构建组件310、第一判断组件320、节点电压变位获取组件330以及第二判断组件340。
所述正常态电压模型构建组件310用于提供常态电压模型。所述第一判断组件320与所述正常态电压模型构建组件310和所述节点电压获取模块200分别连接,用于判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中。所述节点电压变位获取组件330,与所述第一判断组件320连接,用于获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。所述第二判断组件340与所述节点电压变位获取组件330连接,用于判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等。当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。
本实施例中,利用所述第一判断组件320,将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点。进而,利用所述第二判断组件340进行进一步的故障定位。通过采集二次回路的电气量实现二次回路故障诊断以及故障定位,进而实现二次回路实时故障监测,提高了智能变电站的运维管理水平。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种继电保护二次回路节点电压故障定位方法,其特征在于,包括:
S10,构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及所述多种元件两端的节点;
S20,获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵;
S30,提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,利用故障边缘定位法和利用矢量标记定位法定位故障点,包括:
判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中;
当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点;
判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等;
当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。
2.根据权利要求1所述的继电保护二次回路节点电压故障定位方法,其特征在于,当所述节点电压矩阵存在于所述正常态电压模型中时,判定所述继电保护二次回路中无故障。
3.根据权利要求1所述的继电保护二次回路节点电压故障定位方法,其特征在于,所述S10,构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及所述多种元件两端的节点的步骤包括:
根据全站系统配置文件,获取所述继电保护二次回路的所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系;
根据所述多种元件以及所述多种元件之间的连接关系,构建所述二次回路模型。
4.根据权利要求1所述的继电保护二次回路节点电压故障定位方法,其特征在于,所述S20,获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵的步骤包括:
对所述二次回路模型中每一个所述节点依次进行标号;
按标号顺序,依次获取每一个所述节点的电压状态,组成节点电压矩阵。
5.一种继电保护二次回路节点电压故障定位装置,其特征在于,包括:
二次回路模型构建模块(100),用于构建二次回路模型,所述二次回路模型包括正极电源节点、负极电源节点、位于所述正极电源节点和所述负极电源节点之间的多种元件以及所述多种元件两端的节点;
节点电压获取模块(200),与所述二次回路模型构建模块(100)连接,用于获取所述二次回路模型中每一个所述节点的电压,组成节点电压矩阵;以及
故障定位模块(300),与所述节点电压获取模块(200)连接,用于提供正常态电压模型,所述正常态电压模型中包括多个正常电压矩阵,并根据所述节点电压矩阵与所述正常态电压模型的对比,利用故障边缘定位法和利用矢量标记定位法定位故障点;
所述故障定位模块(300)包括:
正常态电压模型构建组件(310),用于提供正 常态电压模型;
第一判断组件(320),与所述正常态电压模型构建组件(310)和所述节点电压获取模块(200)分别连接,用于判断所述节点电压矩阵是否存在于所述正常态电压模型中;以及
节点电压变位获取组件(330),与所述第一判断组件(320)连接,用于当所述节点电压矩阵不在所述正常态电压模型中时,获取所述节点电压矩阵中的发生电压变位的多个连续节点,并将故障点定位于所述多个连续节点中的两个边缘节点;
第二判断组件(340),与所述节点电压变位获取组件(330)连接,用于判断每一个所述边缘节点的电压和与其相邻的节点的电压是否相等,当一个所述边缘节点的电压和与其相邻的一个节点的电压不相等时,将故障点定位于当前所述边缘节点和与其相邻的一个节点之间。
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