CN111997843A - 一种后备电源寿命健康监控方法及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的后备电源寿命健康监控方法及监控系统，应用于风电机组，所述方法包括：根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；根据所述使用年限区间，设定监控周期；在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。该发明基于后备电源的使用寿命周期的层次，有效的监控后备电源的状态和使用寿命，整个监控过程无需人为参与，减少了人为误差，降低了人力物力成本，充分保证了后备电源监控的客观性和实时性。

Description

一种后备电源寿命健康监控方法及监控系统

技术领域

本发明涉及风电机组后备电源技术领域，特别涉及一种后备电源寿命健康监控方法及监控系统。

背景技术

在风力发电系统中，变桨系统控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风电机组的使用寿命。变桨系统作为风电机组的执行机构，承担着控制风机发电稳定性的重大作用。而变桨系统后备电源作为保护整个发电机组的最后一道屏障，在风电机组脱网的关键时刻，保证桨叶顺桨到安全位置。

目前就现有技术而言，对变桨系统后备电源进行监控时，通常需要技术人员定期去现场进行检测，若发现后备电源故障，则记录故障后备电源位置，并对故障后备电源进行更换。

但采用人工进行监控，不仅增加了人力和物力的输出，无法保证后备电源的可靠性和安全性，而且无法真实反映后备电源的状态及使用寿命，给后备电源带来极大的浪费。

发明内容

为解决现有技术中后备电源监控方法可靠性和安全性低的技术问题，本发明提供了一种后备电源寿命健康监控方法，基于后备电源的使用寿命周期的层次，有效的监控后备电源的状态和使用寿命，整个监控过程无需人为参与，减少了人为误差，降低了人力物力成本，充分保证了后备电源监控的客观性和实时性。

本发明提供了一种后备电源寿命健康监控方法，应用于风电机组，所述后备电源寿命健康监控方法包括如下步骤：

根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

进一步地，所述周期性监控所述后备电源的状态的方法，具体包括如下步骤：

所述风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，所述风电机组的变桨系统的控制器向所述风电机组的主控制器发送后备电源监控请求；

所述风电机组的主控制器若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常，所述变桨系统的控制器控制桨叶顺桨运行；

所述风电机组的主控制器若应答所述后备电源监控请求时，所述风电机组的主控制器向所述变桨系统的控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态；

当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

进一步地，所述监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；

当所述变桨系统正常时，所述变桨系统的控制器接收所述使能信号，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，所述风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

进一步地，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，包括：

所述风电机组的主控制器通过所述风电机组的主控制器与所述变桨系统的控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

进一步地，所述风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估的方法，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器发送第一控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第一控制命令控制桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置，并经过预设时间后，关闭充电器；

所述风电机组的主控制器发送第二控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，并经过所述预设时间后，所述风电机组的主控制器判断桨叶是否运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，当所述后备电源故障时，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器。

本发明还提供一种后备电源寿命健康监控系统，包括风电机组的主控制器；

所述主控制器，用于根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

进一步地，所述后备电源寿命健康监控系统，还包括变桨系统的控制器；

所述控制器用于在所述风电机组处于安全状态时，向所述主控制器发送后备电源监控请求，并在所述后备电源故障时，控制桨叶顺桨运行；

所述主控制器还用于风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常；

若应答所述后备电源监控请求时，向所述控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

进一步地，所述主控制器还用于判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；当所述变桨系统正常时，判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常；

所述控制器还用于当所述变桨系统正常时，接收所述使能信号。

进一步地，所述主控制器还用于通过所述主控制器与所述控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

进一步地，所述主控制器还用于发送第一控制命令和发送第二控制命令，当桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置时，经过预设时间后，关闭充电器；

判断桨叶在经过所述预设时间后是否由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，若所述后备电源故障，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器；

所述控制器还用于根据所述第一控制命令控制桨叶由所述第一目标位置匀速开桨运动至所述第二目标位置；根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置。

本发明的技术效果或优点：

(1)本发明提供的后备电源寿命健康监控方法，基于后备电源的使用寿命周期的层次，采用四层级联机构监控策略，有效的监控后备电源的状态和使用寿命，整个监控过程无需人为参与，减少了人为误差，降低了人力物力成本，充分保证了后备电源监控的客观性和实时性。

(2)本发明提供的后备电源寿命健康监控方法，在不降低风电机组发电效率的情况下，通过不同使用时间的长短实时监测后备电源的状态及使用寿命，从而有效避免后备电源的浪费、保障整个机组的安全。

(3)本发明提供的后备电源寿命健康监控方法，采用风电机组实际运行的后备电源监控工况替代理论计算，充分考虑到现场的不确定因素，包括温度、风速、器件老化、齿轮生锈等因素。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个后备电源寿命健康监控方法的示意图一；

图2为本发明实施例提供的一个后备电源寿命健康监控方法的示意图二；

图3为本发明实施例提供的一个后备电源寿命健康监控方法的示意图三；

图4为本发明实施例提供的一个后备电源寿命健康监控方法的示意图四。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域应该理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决现有技术中后备电源监控方法可靠性和安全性低的技术问题，本发明提供了一种后备电源寿命健康监控方法，基于后备电源的使用寿命周期的层次，有效的监控后备电源的状态和使用寿命，整个监控过程无需人为参与，减少了人为误差，降低了人力物力成本，充分保证了后备电源监控的客观性和实时性。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

参考图1，本发明实施例提供的后备电源寿命健康监控方法，应用于风电机组，包括如下步骤：

根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

本发明实施例提供的后备电源寿命健康监控方法，基于后备电源的使用寿命周期的层次，采用四层级联机构监控策略，有效的监控后备电源的状态和使用寿命，整个监控过程无需人为参与，减少了人为误差，降低了人力物力成本，充分保证了后备电源监控的客观性和实时性。

参考图1～图4，本发明实施例提供的四层级联机构监控策略包括：寿命周期健康监控策略、单次监控策略、单柜监控策略及能量评估策略。

具体地，参考图1，其中，寿命周期健康监控策略包括如下步骤：根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

其中，在本实施例中，后备电源电源的使用寿命为9年，根据使用寿命，设定使用年限区间，具体地说，第0～3年为第一使用年限区间，第4～5年为第二使用年限区间，第6年为第三使用年限区间，第7年为第四使用年限区间，第8年为第五使用年限区间，第9年为第六使用年限区间。在第一使用年限区间内，设定监控周期为一年，在第二使用年限区间内，设定监控周期为半年，在第三使用年限区间内，设定使用年限周期为一季度，在第四使用年限周期内，设定使用年限周期为两个月，在第五使用年限周期内，设定使用年限周期为一个月，在第六使用年限周期内，直接更换后备电源。

需要说明的是，使用年限周期以一个月为单位进行累加。

进一步需要说明的是，监控结果异常包括不限于：后备电源故障、变桨系统故障以及风电机组故障，其中后备电源故障主要指监控后备电源超时、采集数据不准确等。变桨系统故障主要指变桨系统的轴柜之间安全链断开、编码器故障以及非编码器故障等。风电机组故障主要指风电机组停机、风电机组与变桨系统安全链断开等。

进一步需要说明的是，当监控结果异常时，若为后备电源故障，则需更换后备电源，若后备电源正常，若变桨系统或风电机组故障时，则排除故障后，继续周期性监控后备电源的状态。

在具体应用中，周期性监控所述后备电源的状态的方法为单次监控策略，具体包括如下步骤：

所述风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，所述风电机组的变桨系统的控制器向所述风电机组的主控制器发送后备电源监控请求；

所述风电机组的主控制器若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常，所述变桨系统的控制器控制桨叶顺桨运行；

所述风电机组的主控制器若应答所述后备电源监控请求时，所述风电机组的主控制器向所述变桨系统的控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态；

当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

需要说明的是，单次监控策略针对的是在每个监控周期内对变桨系统的三个轴柜后备电源的状态的监控，充分考虑了在后备电源监控过程中的安全性和稳定性。

进一步需要说明的是，风电机组进行自检时，在风电机组未处于安全状态时，则风电机组故障，监控结果异常。风电机组的主控制器若未应答后备电源监控请求，具体包括：

当风电机组的主控制器若未应答后备电源监控请求，等待预设时间阈值后(本实施例中预设时间阈值优选为12h)，变桨系统的控制器继续发送后备电源监控请求，若风电机组的主控制器连续预设次数阈值(本实施例中预设次数阈值优选为6次)未应答后备电源监控请求，则所述后备电源故障，监控结果异常，所述变桨系统的控制器控制桨叶顺桨运行。

进一步需要说明的是，依次监控变桨系统的轴柜的后备电源的状态，具体包括：

风电机组的主控制器向变桨系统的控制器发送第一轴柜使能信号，监控变桨系统的第一轴柜的后备电源的状态，当监控超时，和/或采集数据不准确时，则后备电源故障，监控结果异常。否则，根据第二轴柜使能信号，监控变桨系统的第二轴柜的后备电源的状态，当监控超时，和/或采集数据不准确时，则后备电源故障，监控结果异常。否则，根据第三轴柜使能信号，监控变桨系统的第二轴柜的后备电源的状态，当监控超时，和/或采集数据不准确时，则后备电源故障，监控结果异常。

在具体应用中，所述监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态为单柜监控策略，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；

当所述变桨系统正常时，所述变桨系统的控制器接收所述使能信号，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，所述风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

其中，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，包括：

所述风电机组的主控制器通过所述风电机组的主控制器与所述变桨系统的控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

需要说明的是，单柜控制策略针对的是变桨系统中一个轴柜的后备电源的状态监控，充分考虑了单个轴柜在不同的工作环境和负载条件下后备电源的供电能力。

进一步需要说明的是，当风电机组的主控制器对后备电源进行能量评估时，当后备电源故障时，无正常脉冲信号产生，当后备电源正常时，产生2s正常脉冲信号。根据有无正常脉冲信号，判断后备电源是否故障。当变桨系统的控制器在预设时间阈值内未产生正常脉冲信号时，则后备电源故障，监控结果异常。

在具体应用中，风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估的方法为能量评估策略，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器发送第一控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第一控制命令控制桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置，并经过预设时间后，关闭充电器；

所述风电机组的主控制器发送第二控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，并经过所述预设时间后，所述风电机组的主控制器判断桨叶是否运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，若所述后备电源故障时，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器。

需要说明的是，在能量评估中，充分考虑了整个风电机组中桨叶的稳定性，以实际工况代替理论计算，通过监控桨叶的位置和剩余的后备电源的电压判断当前后备电源的状态。

进一步需要说明的是，在变桨系统的控制器根据第二控制命令控制桨叶由第二目标位置匀速收桨运动至第一目标位置时，经过预设时间后，若桨叶未运动至第一目标位置，桨叶停止运动，则后备电源故障，监控结果异常，为保证桨叶运动至安全位置，此时需开启充电器。若桨叶运动至第一目标位置，将采集的后备电源的电压值与预设电压阈值进行比较，若大于等于预设电压阈值，则后备电源正常，监控结果正常。若小于电压阈值，则后备电源故障，监控结果异常。

本发明实施例还提供一种后备电源寿命健康监控系统，包括风电机组的主控制器；

所述主控制器，用于根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

在具体应用中，所述后备电源寿命健康监控系统，还包括变桨系统的控制器；

所述控制器用于在所述风电机组处于安全状态时，向所述主控制器发送后备电源监控请求，并在后备电源故障时，控制桨叶顺桨运行；

所述主控制器还用于风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常；

若应答所述后备电源监控请求时，所述主控制器向所述控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

在具体应用中，所述主控制器还用于判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；当所述变桨系统正常时，判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常；

所述控制器还用于当所述变桨系统正常时，接收所述使能信号。

在具体应用中，所述主控制器还用于通过所述主控制器与所述控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

在具体应用中，所述主控制器还用于发送第一控制命令和发送第二控制命令，当桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置时，经过预设时间后，关闭充电器；

判断桨叶在经过所述预设时间后是否由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，若所述后备电源故障，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器；

所述控制器还用于根据所述第一控制命令控制桨叶由所述第一目标位置匀速开桨运动至所述第二目标位置；根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种后备电源寿命健康监控方法，应用于风电机组，其特征在于，所述后备电源寿命健康监控方法包括如下步骤：

根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

2.根据权利要求1所述的后备电源寿命健康监控方法，其特征在于：所述周期性监控所述后备电源的状态的方法，具体包括如下步骤：

所述风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，所述风电机组的变桨系统的控制器向所述风电机组的主控制器发送后备电源监控请求；

所述风电机组的主控制器若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常，所述变桨系统的控制器控制桨叶顺桨运行；

所述风电机组的主控制器若应答所述后备电源监控请求时，所述风电机组的主控制器向所述变桨系统的控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态；

当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

3.根据权利要求2所述的后备电源寿命健康监控方法，其特征在于，所述监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；

当所述变桨系统正常时，所述变桨系统的控制器接收所述使能信号，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，所述风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

4.根据权利要求3所述的后备电源寿命健康监控方法，其特征在于，所述风电机组的主控制器判断所述风电机组是否正常，包括：

所述风电机组的主控制器通过所述风电机组的主控制器与所述变桨系统的控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

5.根据权利要求4所述的后备电源寿命健康监控方法，其特征在于，所述风电机组的主控制器对所述后备电源进行能量评估的方法，具体包括如下步骤：

所述风电机组的主控制器发送第一控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第一控制命令控制桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置，并经过预设时间后，关闭充电器；

所述风电机组的主控制器发送第二控制命令，所述变桨系统的控制器根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，并经过所述预设时间后，所述风电机组的主控制器判断桨叶是否运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，若所述后备电源故障，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器。

6.一种后备电源寿命健康监控系统，其特征在于，包括风电机组的主控制器；

所述主控制器，用于根据后备电源的使用年限，设定使用年限区间；

根据所述使用年限区间，设定监控周期；

在所述使用年限区间内，根据所述监控周期，周期性监控所述后备电源的状态；

当监控结果异常时，排除异常后，继续周期性监控所述后备电源的状态，直至达到所述后备电源的使用年限。

7.根据权利要求6所述的后备电源寿命健康监控系统，其特征在于，所述后备电源寿命健康监控系统，还包括变桨系统的控制器；

所述控制器用于在所述风电机组处于安全状态时，向所述主控制器发送后备电源监控请求，并在所述后备电源故障时，控制桨叶顺桨运行；

所述主控制器还用于风电机组进行自检，在所述风电机组处于安全状态时，若未应答后备电源监控请求时，则所述后备电源故障，监控结果异常；

若应答所述后备电源监控请求时，向所述控制器发送使能信号，依次监控所述变桨系统的轴柜的后备电源的状态，当所述后备电源故障时，则监控结果异常。

8.根据权利要求7所述的后备电源寿命健康监控系统，其特征在于，所述主控制器还用于判断所述变桨系统是否正常，当所述变桨系统故障时，则监控结果异常；当所述变桨系统正常时，判断所述风电机组是否正常，当所述风电机组正常时，对所述后备电源进行能量评估，当所述后备电源故障时，则监控结果异常；

所述控制器还用于当所述变桨系统正常时，接收所述使能信号。

9.根据权利要求8所述的后备电源寿命健康监控系统，其特征在于，所述主控制器还用于通过所述主控制器与所述控制器之间的安全链，判断所述风电机组是否正常。

10.根据权利要求9所述的后备电源寿命健康监控系统，其特征在于，所述主控制器还用于发送第一控制命令和发送第二控制命令，当桨叶由第一目标位置匀速开桨运动至第二目标位置时，经过预设时间后，关闭充电器；

判断桨叶在经过所述预设时间后是否由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置，若桨叶运动至所述第一目标位置，则采集所述后备电源的电压值，根据所述电压值判断所述后备电源是否故障，若所述后备电源故障，则监控异常，并开启充电器；若桨叶未运动至所述第一目标位置，则所述后备电源故障，监控异常，并开启充电器；

所述控制器还用于根据所述第一控制命令控制桨叶由所述第一目标位置匀速开桨运动至所述第二目标位置；根据所述第二控制命令控制桨叶由所述第二目标位置匀速收桨运动至所述第一目标位置。

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