CN114035491A - 绿电智能抽油机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了绿电智能抽油机系统，系统包括：智慧平台模块，用于获取分析结果和实时数据，通过数据分析实时掌握太阳能光伏发电装置和抽油机工作状态；太阳能内置芯片模块，用于感知周边温度、湿度、光照强度、发电量、监测太阳能光伏发电装置工作状态和经纬度坐标，将获取数据回传至所述智慧平台模块；数据采集模块，用于收集所述太阳能内置芯片模块、防盗窃模块数据并回传至所述智慧平台模块；防盗窃模块，用于将防盗电能、防盗设备数据信息回传至所述智慧平台模块；故障处理模块，通过无线网络将告警信息推送客户端,待处理完成后将处理结果反馈智慧平台模块。

Description

绿电智能抽油机系统

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，特别涉及绿电智能抽油机系统。

背景技术

太阳能作为无公害，安全可靠，建设周期短的能源，在各国都有着巨大的吸引力。如今全球许多石油和天然气生产地区政治和经济局势的不稳定性，我国为减少对国外能源的依赖，解决日益突出的环境问题和与矿物燃料发电相关的气候变化风险，大力推广太阳能的使用。同时太阳能光伏发电也将减少火力发电造成的环境污染排放，也降低了煤炭，石油等有限资源的消耗。

油田的主要设备及油气管道大都分布在野外，维护和管理成本高。目前在现有技术方案中太阳能光伏发电将太阳能发电输出、公共电网整流输出在逆变器的直流母线DC侧汇合，此种接法存在安全隐患。随着油田开发的增多，地面建设及设备也在不断增加,随之太阳能光伏发电设置和抽油机也会越来越多。因此实时掌握太阳能光伏发电设置和抽油机运行状况是减少维护和管理成本的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿电智能抽油机系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：绿电智能抽油机系统，包括：智慧平台模块，太阳能内置芯片模块，数据采集模块，防盗窃模块，故障处理模块；

所述智慧平台模块，用于汇总和分析数据，通过数据分析实时掌握太阳能光伏发电装置和抽油机工作状态；

所述太阳能内置芯片模块，用于感知周边温度、湿度、光照强度、发电量、监测太阳能光伏发电装置工作状态和经纬度坐标，将获取数据回传至所述智慧平台模块，抽油机工作状态模块；

所述数据采集模块，用于收集所述太阳能内置芯片模块、防盗窃模块和抽油机工作状态模块数据并回传至所述智慧平台模块；

所述防盗窃模块，用于将防盗电能、防盗设备数据信息回传至所述智慧平台模块；

所述故障处理模块，通过无线网络将告警信息推送客户端，需要客户端在规定时间内反馈已收到告警信息，待处理完成后将结果反馈智慧平台模块。

所述绿电智能抽油机系统还包括智能并网转换模块、智能火源监测模块和抽油机工作状态模块；

所述智能并网切换模块，若太阳能光伏发电装置发电能力无法满足抽油机用量，自动切换成国家电网供电，防止因功率不足损坏抽油机，同时将太阳能光伏发电装置发电量输入国家电网；若太阳能光伏发电装置发电能力足以满足油机用量，自动切换成太阳能光伏发电装置供电；最大限度利用太阳能光伏发电；

所述智能火源监测模块，安装在抽油机前端,于检测光伏电缆是否存在火灾隐患；

所述抽油机工作状态模块，用于监测光伏电缆中电流大小，实时监测抽油机工作状态，若电流波动异常，上报所述智慧平台模块处理。

所述智慧平台模块包括：

数据存储子模块，采集收到的数据并按数据类型存储到数据库中；

实时数据获取子模块，用于获取实时数据并按数据类型存入数据库；

综合调度中心子模块，用于提取数据库中数据并分析，从中发现因果关系和内部联系，是所述智慧平台模块核心组件；

数据可视化子模块，用于将数据采集时段、数据类型、分析结果和实时数据生成可视化视图并传送至显示屏显示；

所述太阳能内置芯片模块对井场进行监测，包括：

环境监测子模块，实时检测周边环境，若检测到周边环境不适宜太阳能光伏发电装置工作时，将太阳能光伏发电装置设置成休眠模式，当检测到环境适宜装置运行时，将太阳能光伏发电装置激活进入正常工作模式；

太阳能光伏发电装置工作状态子模块，实时上报太阳能光伏发电装置工作状态；所述智慧平台随时获取太阳能光伏发电装置工作状态，并远程控制太阳能工作状态；工作状态包括：正常，故障隐患，休眠以及关机；

经纬度子模块，用于将太阳能光伏发电装置经纬度坐标上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块收到经纬度坐标与首次安装太阳能光伏发电装置坐标做矢量运算，若矢量运算结果超过阈值，判定太阳能安装不稳或出现故障，上报所述智慧平台模块处理；

发电量统计子模块，按小时粒度统计发电量并回传至所述智慧平台模块；

抽油机工作状态子模块，通过判断监测光伏电缆中电流大小，实时监测抽油机工作状态，若电流波动异常，上报所述智慧平台模块处理。

所述智能火源监测模块，主要包括火源熔断丝，当检测到光伏电缆温度过高时自动切断电源，并发出火灾预警，同时将预警信息上传至所述智慧平台模块。

所述防盗窃模块包括：

防盗电能子模块，用于监测太阳能光伏发电装置至抽油机光伏电缆的实际电阻值，以小时为粒度上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块根据周边环境计算光伏电缆理论电阻值，将实际电阻值与理论电阻值做减法运算，若超过阈值判定光伏电缆电阻值变化超限，存在盗电能隐患，反馈所述智慧平台模块处理；

防盗设备子模块，为每一台设备安装物联网模块，用于监测设备位置以及工作状态；

所述故障处理模块包括：

故障类型子模块，用于记录告警信息并按告警信息排出优先级，告警信息包括：太阳能光伏发电装置位置告警、发电量告警、盗取电能告警和盗取设备告警；

故障处理客户端子模块，不同告警信息对应一个或多个客户端；

故障响应子模块，若在规定时间内未收到客户端反馈已收到告警信息，智慧平台发出告警提示音提醒现场人员紧急处理；告警信息处理完成后，上报所述智慧平台模块；

故障汇总子模块，汇总每年告警信息，重点关注出现告警信息过多的井场。

所述实际电阻值如下：影响电阻大小的因素有光伏电缆的材质、长度、横截面积和温度。当温度和横截面积相同时，光伏电缆的长度越长，电阻越大；

所述电阻值计算公式如下：

R(t)＝ρ(15)×L/S×(1+α)×|t-15|

其中,R(t)为t℃温度下的电阻值，ρ(15)为15℃下光伏电缆电阻率,L为光伏电缆长度,S为光伏电缆横截面积,α为光伏电缆的电阻温度系数，t代表当前温度。

所述防盗设备子模块，根据设备功能用途不同，划定设备在井场运行轨迹，若超出划定范围反馈所述智慧平台模块处理。若需要将设备移出井场，需要向所述智慧平台模块申请一次性密码，待密码匹配成功后，解除设备防盗功能。

所述物联网模块包括：物联网芯片、物联网网络和物联网中心；

所述物联网芯片，绑定设备ID和芯片ID，并实时将数据传输给物联网中心；

所述物联网网络，所述物联网芯片与所述物联网中心通信通道；

所述物联网中心，接收所述物联网芯片发过来的信息，并反馈处理结果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中绿电智能抽油机系统工作示意图；

图2为本发明中太阳能内置芯片模块工作示意图；

图3为本发明中智慧平台模块工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了绿电智能抽油机系统，包括：

智慧平台模块，太阳能内置芯片模块，数据采集模块，防盗窃模块，故障处理模块；

所述智慧平台模块，用于获取分析结果和实时数据，通过数据分析实时掌握太阳能光伏发电装置和抽油机工作状态；

所述太阳能内置芯片模块，用于感知周边温度、湿度、光照强度、发电量、监测太阳能光伏发电装置工作状态和经纬度坐标，将获取数据回传至所述智慧平台模块；

所述数据采集模块，用于收集所述太阳能内置芯片模块、防盗窃模块和抽油机工作状态模块数据并回传至所述智慧平台模块；

所述防盗窃模块，用于将防盗电能、防盗设备数据信息回传至所述智慧平台模块；

所述故障处理模块，通过无线网络将告警信息推送客户端，需要客户端在规定时间内反馈已收到告警信息，待处理完成后将结果反馈智慧平台模块。

上述技术方案的工作原理为：利用所述太阳能内置芯片模块收集周边温度、湿度、光照强度、发电量、经纬度坐标数据，并上报所述数据采集模块，智慧平台模块经过数据分析，判定太阳能光伏发电装置是否工作正常，是否存在盗电能、盗设备现象。若通过数据分析发现太阳能光伏发电装置存在故障隐患，将故障隐患信息通过故障处理模块推送客户端，待故障恢复后将处理结果反馈智慧平台模块。

上述技术方案的有益效果为：利用大数据分析，实时监控井场运行情况，对发现异常的设备或线路及时推送客户端。做到早发现早处理，减少不必要的损失。

在另一实施例中，本发明技术方案绿电智能抽油机系统还包括智能并网转换模块、智能火源监测模块和抽油机工作状态模块:

所述智能并网切换模块，若太阳能光伏发电装置发电能力无法满足抽油机用量，自动切换成国家电网供电，防止因功率不足损坏抽油机，同时将太阳能光伏发电装置发电量输入国家电网；若太阳能光伏发电装置发电能力足以满足油机用量，自动切换成太阳能光伏发电装置供电，最大限度利用太阳能光伏发电；

所述智能火源监测模块，安装在抽油机前端,用于检测光伏电缆是否存在火灾隐患；

抽油机工作状态模块，用于监测光伏电缆中电流大小，实时监测抽油机工作状态，若电流波动异常，上报所述智慧平台模块处理。

上述技术方案工作原理为：智能选择供电来源同时在抽油机前端安装智能火源监测，防止将火源引入抽油机，保障抽油机工作正常，最大限度利用太阳能光伏发电。同时通过监测光伏电缆中电流大小判定抽油机工作是否正常。

上述技术方案的有益效果为：在保障抽油机正常工作的前提下，最大限度利用太阳能光伏发电装置。同时防止通过光伏电缆引入火源。

在另一实施例中，本发明技术方案智慧平台模块包括：

数据存储子模块，采集收到的数据并按数据类型存储到数据库中；

实时数据获取子模块，用于获取实时数据并按数据类型存入数据库；

综合调度中心子模块，用于提取数据库中数据并分析，从中发现因果关系和内部联系，是所述智慧平台模块核心组件；

数据可视化子模块，用于将数据采集时段、数据类型、分析结果和实时数据生成可视化视图并传送至显示屏显示；

上述智慧平台模块工作原理为：综合调度中心子模块分析数据库中历史数据，对比实时数据子模块获取的实时数据，判定数据是否存在异常情况，若发现异常将异常信息和数据来源提交数据可视化子模块处理。例如，某井场抽油机用电电流从数据库中提取数据最小电流为100A，而实时数据子模块上报的数据仅为10A，则综合调度中心子模块通过数据分析发现抽油机工作异常，将抽油机信息发送可视化子模块处理。

上述技术方案的有益效果为：通过可视化平台直观的了解每个井场运行状况，方便快捷的进行资源调配，提高工作效率。

在另一实施例中，所述太阳能内置芯片模块对井场进行监测，包括：环境监测子模块，实时检测周边环境，若检测到周边环境不适宜太阳能光伏发电装置工作时，将太阳能光伏发电装置设置成休眠模式，当检测到环境适宜装置运行时，将太阳能光伏发电装置激活进入正常工作模式；

太阳能光伏发电装置工作状态子模块，实时上报太阳能光伏发电装置工作状态；所述智慧平台随时获取太阳能光伏发电装置工作状态，并远程控制太阳能工作状态；工作状态包括：正常，故障隐患，休眠以及关机；

经纬度子模块，用于将太阳能光伏发电装置经纬度坐标上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块收到经纬度坐标与首次安装太阳能光伏发电装置经纬度坐标做矢量运算，若矢量运算结果超过阈值，判定太阳能安装不稳或出现故障，上报所述智慧平台模块处理；

发电量统计子模块，按小时粒度统计发电量并回传至所述智慧平台模块；

抽油机工作状态子模块，通过判断监测光伏电缆中电流大小，实时监测抽油机工作状态，若电流波动异常，上报所述智慧平台模块处理。

上述太阳能内置芯片模块工作原理为:实时监测太阳能光伏发电装置周边环境、工作状态和经纬度。温度变化、潮温度、暴风雨对太阳能光伏发电装置运行状况影响巨大，实时监测周边环境及时采用有效预防措施是延长太阳能光伏发电装置使用寿命的有效手段。受大风和固件老化影响，太阳能光伏发电装置经纬度有可能变化，通过计算所述智慧平台模块收到经纬度坐标与首次安装太阳能光伏发电装置经纬度坐标的距离，判定太阳能光伏发电装置经纬度是否发生变化。例如，若通过运算发现距离矢量变化超过5cm，判定太阳能光伏发电装置出现故障，上报所述智慧平台模块处理。

在另一实施例中，所述智能火源监测模块，主要包括火源熔断丝，当检测到光伏电缆温度过高时自动切断电源，并发出火灾预警，同时将预警信息上传至所述智慧平台模块。

上述智能火源监测模块工作原理为，太阳能光伏发电装置一般安装在日照条件充足，空气干燥的井场，而光伏电缆长期暴露到空气中，长期风吹日晒极易引起火灾。抽油机前端安装所述智能火源监测模块，当检测到光伏电缆温度过高时自动切断电源,消除光伏电缆将火引入抽油机的隐患。

在另一实施例中，所述防盗窃模块包括：

防盗电能子模块，用于监测太阳能光伏发电装置至抽油机光伏电缆的实际电阻值，以小时为粒度上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块根据周边环境计算光伏电缆理论电阻值，将实际电阻值与理论电阻值做减法运算，若超过阈值判定光伏电缆电阻值变化超限，存在盗电能隐患，反馈所述智慧平台模块处理；

防盗设备子模块，为每一台设备安装物联网模块，用于监测设备位置以及工作状态；

上述防盗窃模块工作原理为：太阳能光伏发电装置通过光伏电缆给抽油机供电，而光伏电缆电阻值大小与材质、长度、横截面积和温度密切相关。通过计算得出光伏电缆电阻理论值，通过所述防盗电能子模块得到光伏电缆实际值，通过计算两者的差值，判定是否存在盗电能现象；同时给每台设备安装物联网模块，用于监测设备位置和工作状态，若设备位置超出规定范围，上报所述智慧平台模块。

上述技术方案的有益效果为：井场一般都建设在野外，为一些不法分子盗窃电能，甚至偷盗油井设备的机会，比较常见的盗窃手段是绕越计量，私接公线，并且窃电人员的线路接触电阻较高，在电流的热效应下会发生跳火断股甚至断线的情况，为电力线路及抽油井作业带来了严重危害。本发明实时监测电能和设备，发现异常情况及早处理。

在另一实施例中，所述故障处理模块包括：

故障类型子模块，用于记录告警信息并按告警信息排出优先级，告警信息包括：太阳能光伏发电装置位置告警、发电量告警、盗取电能告警和盗取设备告警；

故障处理客户端子模块，不同告警信息对应一个或多个客户端；

故障响应子模块，若在规定时间内未收到客户端反馈已收到告警信息，智慧平台发出告警提示音提醒现场人员紧急处理；告警信息处理完成后，上报所述智慧平台模块；

故障汇总子模块，汇总每年告警信息，重点关注出现告警信息过多的井场。

所述故障处理模块工作原理为，将告警信息进行优先级排序依次为盗取设备告警、太阳能光伏发电装置位置告警、发电量告警和盗取电能告警。根据不同告警信息发送不同客户端，并将处理结果反馈所述智慧平台模块。所述智慧平台模块按年汇总告警，重点关注出现告警信息过多的井场。

在另一实施例中，所述电阻值如下：影响电阻大小的因素有光伏电缆的材质、长度、横截面积和温度。当温度和横截面积相同时，光伏电缆的长度越长，电阻越大；

上述电阻值计算公式如下：

R_(t)＝ρ₍₁₅₎×L/S×(1+α)×|t-15|

其中,R_(t)为t℃温度下的电阻值，ρ₍₁₅₎为15℃下光伏电缆电阻率,L为光伏电缆长度,S为光伏电缆横截面积,α为光伏电缆的电阻温度系数，t代表当前温度。

上述电阻值计算工作原理为，在物理学中电阻表示光伏电缆对电流阻碍作用的大小。光伏电缆的电阻越大，表示光伏电缆对电流的阻碍作用越大。不同的光伏电缆，电阻一般不同，电阻是光伏电缆本身的一种特性。影响光伏电缆电阻大小包括电缆材质、长度、横截面积和温度。在本发明中，电缆材质、长度、横截面积在电缆铺设时参数已经固定，所以电阻大小与当前温度成线性关系。

在另一实施例中，所述防盗设备子模块，根据设备功能用途不同，划定设备在井场运行轨迹，若超出划定范围反馈所述智慧平台模块处理。若需要将设备移出划定范围，需要向所述智慧平台模块申请一次性密码，待密码匹配成功后，解除设备防盗功能。

上述防盗设备子模块工作原理为，划定设备在井场运行轨迹，实时上报设备位置，若超出划定范围反馈所述智慧平台模块，由所述智慧平台模块激活所述防盗窃模块。若工作需要将设备移出工作场地，需要向所述智慧平台申请一次性密码，密码匹配成功后解除设备防盗功能，设备才能移动工作场地。待设备返回井场后需要与所述智慧平台模块申请激活设备防盗功能。

上述技术方案的有益效果为：井场内设备都比较昂贵，本方案能及早发现设备移出工作场地，实现设备防盗功能。

在另一实施例中，所述物联网模块包括：物联网芯片、物联网网络和物联网中心；

所述物联网芯片，绑定设备ID和芯片ID，并实时将数据传输给物联网中心；

所述物联网网络，所述物联网芯片与所述物联网中心通信通道；

所述物联网中心，接收所述物联网芯片发过来的信息，并反馈处理结果。

上述物联网模块工作原理为，物联网IoT，Internet of things即“万物相连的互联网”是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。本发明利用物联网技术将井场内设备与所述智慧平台模块相联，帮助所述智慧平台模块时刻了解每台设备运行状况。

Claims (10)

1.绿电智能抽油机系统，其特征在于，包括：智慧平台模块，用于获取分析结果和实时数据，通过数据分析实时掌握太阳能光伏发电装置和抽油机工作状态；太阳能内置芯片模块，用于感知周边温度、湿度、光照强度、发电量、监测太阳能光伏发电装置工作状态和经纬度坐标，将获取数据回传至所述智慧平台模块；防盗窃模块，用于将防盗电能、防盗设备数据信息回传至所述智慧平台模块；数据采集模块，用于收集所述太阳能内置芯片模块、防盗窃模块数据并回传至所述智慧平台模块；故障处理模块，通过无线网络将告警信息推送客户端，需要客户端在规定时间内反馈已收到告警信息，待处理完成后将结果反馈智慧平台模块。

2.根据权利要求1所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述绿电智能抽油机系统还包括智能并网转换模块、智能火源监测模块和抽油机工作状态模块；

所述智能并网转换模块，若太阳能光伏发电装置发电能力无法满足抽油机用量，自动切换成国家电网供电，防止因功率不足损坏抽油机，同时将太阳能光伏发电装置发电量输入国家电网；若太阳能光伏发电装置发电能力足以满足抽油机用量，自动切换成太阳能光伏发电装置供电,限度利用太阳能光伏发电；

所述智能火源监测模块，安装在抽油机前端，防止火源通过光伏电缆引入抽油机；

抽油机工作状态模块，用于监测光伏电缆中电流大小，实时监测抽油机工作状态，若电流波动异常，上报所述智慧平台模块处理。

3.根据权利要求1所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述智慧平台模块包括：

数据存储子模块，采集收到的数据并按数据类型存储到数据库中；

实时数据获取子模块，用于获取实时数据并按数据类型存入数据库；

综合调度中心子模块，用于提取数据库中数据并分析，从中发现因果关系和内部联系，是所述智慧平台模块核心组件；

数据可视化子模块，用于将数据采集时段、数据类型、分析结果和实时数据生成可视化视图并传送至显示屏显示。

4.根据权利要求1所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述太阳能内置芯片模块对井场进行监测，包括：

环境监测子模块，实时检测周边环境，若检测到周边环境不适宜太阳能光伏发电装置工作时，将太阳能光伏发电装置设置成休眠模式，当检测到环境适宜装置运行时，将太阳能光伏发电装置激活进入正常工作模式；

太阳能光伏发电装置工作状态子模块，实时上报太阳能光伏发电装置工作状态；所述智慧平台随时获取太阳能光伏发电装置工作状态，并远程控制太阳能工作状态；工作状态包括：正常，故障隐患，休眠以及关机；

经纬度子模块，用于将太阳能光伏发电装置经纬度坐标上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块收到经纬度坐标与首次安装太阳能光伏发电装置坐标做矢量运算，若矢量运算结果超过阈值，判定太阳能安装不稳或出现故障，上报所述智慧平台模块处理；

发电量统计子模块，按小时粒度统计发电量并回传至所述智慧平台模块。

5.根据权利2要求所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述智能火源监测模块包括火源熔断丝，当检测到光伏电缆温度过高时自动切断电源，并发出火灾预警，同时将预警信息上传至所述智慧平台模块。

6.根据权利要求1所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述防盗窃模块包括：

防盗电能子模块，用于监测太阳能光伏发电装置至抽油机光伏电缆的实际电阻值，以小时为粒度上报所述智慧平台模块；所述智慧平台模块根据周边环境计算光伏电缆理论电阻值，将实际电阻值与理论电阻值做减法运算，若超过阈值判定光伏电缆电阻值变化超限，存在盗电能隐患，反馈所述智慧平台模块处理；

防盗设备子模块，为每一台设备安装物联网模块，用于监测设备位置以及工作状态。

7.根据权利要求1所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述故障处理模块包括：

故障类型子模块，用于记录告警信息并按告警信息排出优先级，告警信息包括：太阳能光伏发电装置位置告警、发电量告警、盗取电能告警和盗取设备告警；

故障处理客户端子模块，不同告警信息对应一个或多个客户端；

故障响应子模块，若在规定时间内未收到客户端反馈已收到告警信息，智慧平台发出告警提示音提醒现场人员紧急处理；告警信息处理完成后，上报所述智慧平台模块；

故障汇总子模块，汇总每年告警信息，重点关注出现告警信息过多的井场。

8.根据权利要求6所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述实际电阻值如下：影响电阻大小的因素有光伏电缆的材质、长度、横截面积和温度，当温度和横截面积相同时，光伏电缆的长度越长，电阻越大。

9.根据权利6要求所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述防盗设备子模块根据设备功能用途不同，划定设备在井场运行轨迹，若超出划定范围反馈所述智慧平台模块处理；若需要将设备移出井场，需要向所述智慧平台模块申请一次性密码，待密码匹配成功后，解除设备防盗功能。

10.根据权利6要求所述的绿电智能抽油机系统，其特征在于，所述物联网模块包括：物联网芯片、物联网网络和物联网中心；

所述物联网芯片，绑定设备ID和芯片ID，并实时将数据传输给物联网中心；

所述物联网网络，所述物联网芯片与所述物联网中心通信通道；

所述物联网中心，接收所述物联网芯片发过来的信息，并反馈处理结果。

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