CN114928171A - 基于物联网的电力二次设备综合监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二次设备监测技术领域，用于解决现有的二次设备监测系统不能够在出现运行异常或通讯异常时无法快速对异常原因进行排查的问题，具体为基于物联网的电力二次设备综合监控系统，包括在线监测平台，所述在线监测平台通信连接有传输监测模块、整体分析模块、告警模块以及存储模块；所述传输监测模块用于对二次设备的信号传输状态进行监测：将进行信号传输状态监测的二次设备标记为监测对象i，对监测对象i的信号发出装置所发出的信号进行监控；本发明将信号传输监测结果与运行状态结果进行结合分析，在出现异常时可以对异常原因进行分析，从而加快后续的异常处理效率，并针对性的对二次设备进行检修维护。
Description
技术领域
本发明涉及二次设备监测技术领域，具体为基于物联网的电力二次设备综合监控系统。
背景技术
电力二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备，如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等。
二次设备的状态监测不同于一次设备，一次设备状态监测一般都需要安装另外的监测设备，对主设备进行监测；而二次设备由于继电保护及安全自动装置一般都具有在线自检功能及通讯功能；但是，现有的二次设备监测系统仅能够针对状态自检和通讯传输分别进行监控，而不能够将二者结合从而互相进行监督，因此在出现运行异常或通讯异常时无法快速对异常原因进行排查，导致检修效率低下，且无法为以后的二次设备系统升级提供数据支撑。
针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决现有的二次设备监测系统不能够在出现运行异常或通讯异常时无法快速对异常原因进行排查的问题，而提出基于物联网的电力二次设备综合监控系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于物联网的电力二次设备综合监控系统，包括在线监测平台，所述在线监测平台通信连接有传输监测模块、整体分析模块、告警模块以及存储模块；
所述传输监测模块用于对二次设备的信号传输状态进行监测：将进行信号传输状态监测的二次设备标记为监测对象i，i＝1，2，…，n，n为正整数，对监测对象i的信号发出装置所发出的信号进行监控：
若信号接收装置没有接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号中断，传输监测模块生成中断信号并将中断信号发送至在线监测平台，所述在线监测平台接收到中断信号后通过告警模块发送至管理人员的手机终端；
若信号接收装置接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号连续，对监测对象i的信号传输状态进行监测分析并得到监测对象i的状态系数ZTi；对监测对象i的运行状态进行检测分析并得到监测对象i的运行系数YXi；通过存储模块获取到状态阈值ZTmin与运行阈值YXmax，将监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi分别与状态阈值ZTi、运行阈值YXmax进行比较并通过比较结果对监测对象运行是否正常进行判定；
所述整体分析模块用于结合监测对象的运行状态对二次设备的整体运行状态进行检测分析。
作为本发明的一种优选实施方式，监测对象i状态系数ZTi的获取过程具体包括：获取监测对象i信号发出装置的信号速率、调制速率以及传输速率，其中监测对象i的信号速率为一秒内传输数据信息的比特数，监测对象i的调制速率为每秒传输信号码元的个数，监测对象i的传输速率为信号发出装置和信号接收装置之间每秒通过的比特、字符或信息组的平均数；通过对监测对象i的信号速率、调制速率以及传输速率进行数值计算得到监测对象i的状态系数ZTi。
作为本发明的一种优选实施方式，监测对象i的运行系数YXi的获取过程具体包括：获取监测对象i的温度数据、电流数据以及噪声数据，监测对象i的温度数据的获取过程包括：获取监测对象i的温度值以及工作温度范围，将监测对象i的工作温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的温度数据；
监测对象i的电流数据的获取过程包括：获取监测对象i的二次回路电流值以及工作电流范围，将工作电流范围的最大值与最小值的平均值标记为电流标准值，将二次回路电流值与电流标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的电流数据；
监测对象i的噪声数据的获取过程包括：将监测对象i工作时产生的噪声的分贝值标记为噪声数据；
通过对监测对象i的温度数据、电流数据以及噪声数据进行数值计算得到监测对象i的运行系数YXi。
作为本发明的一种优选实施方式，监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi与状态阈值ZTmin、运行阈值YXmax进行比较的具体过程包括：
若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行正常，传输监测模块向在线监测平台发送运行正常信号；
若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行异常，传输监测模块向在线监测平台发送运行调节信号，在线监测平台接收到运行调节信号后将运行调节信号发送至告警模块，告警模块接收到运行调节模块后将运行调节模块发送至管理人员的手机终端；
若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i存在常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送常规检修信号，在线监测平台接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至管理人员的手机终端；
若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmin，则判定监测对象i存在非常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送非常规检修信号，在线监测平台接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至管理人员的手机终端。
作为本发明的一种优选实施方式，所述整体分析模块对二次设备的整体运行状态进行检测分析的具体过程包括：将异常对象、常规对象以及非常规对象的数量分别标记为YC、CG以及FC，通过对YC、CG以及FC进行数值计算得到评级系数PJ；通过存储模块获取到评级阈值PJmin、PJmax，其中PJmin为最小评级阈值、PJmax为最大评级阈值，将评级系数PJ与评级阈值PJmin、PJmax进行比较：
若PJ≤PJmin，则判定二次设备的整体运行等级为一等级；
若PJmin＜PJ＜PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为二等级；
若PJ≥PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为三等级；
整体分析模块将二次设备的整体运行等级发送至在线监测平台。
作为本发明的一种优选实施方式，异常对象、常规对象以及非常规对象的判定过程包括：通过存储模块获取到异常阈值、常规阈值以及非常规阈值，将在L1天内出现运行异常次数不小于异常阈值的监测对象标记为异常对象，整体分析模块将异常对象与硬件检修信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现常规故障的次数不小于常规阈值的监测对象标记为常规对象，整体分析模块将常规对象与硬件更新信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现非常规故障的次数不小于非常规阈值的监测对象标记为非常规对象，整体分析模块将非常规对象与信道优化信号发送至在线监测平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过传输监测模块可以对二次设备的信号传输状态进行实时监测，在信号终端或信号传输异常时及时进行预警，同时，传输监测模块还可以对二次设备的运行状态进行监测，在二次设备运行异常时及时进行预警，进而保证二次设备的运行安全性。
2、将信号传输监测结果与运行状态结果进行结合分析，在出现异常时可以根据结合分析的结果对异常原因进行分析，从而加快后续的异常处理效率，并且还可以根据异常原因出现的频率对二次设备整体升级提供数据支撑，针对性的对二次设备进行检修维护；
3、通过整体分析模块对异常对象、常规对象和非常规对象进行划分，异常对象、常规对象和非常规对象对应不同的异常原因，因而可以对症下药，针对性的对监测对象进行维护，另外，通过对异常对象、常规对象和非常规对象进行数值计算得到评级系数，通过评级系数的数值大小对二次设备的整体运行状态进行反馈，对二次设备的运行状态的好坏程度进行可视化反馈。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
智能变电站中基于微电子、计算机技术、网络技术的继电保护设备其强大的“自检”能力为状态检修技术的实现提供了良好的基础。智能变电站的继电保护装置二次电流、二次电压输入的方式不同于常规变电站，取而代之的是光纤以太网传输的数字采样值报文的输入。因此，二次设备的状态监测不同于一次设备，一次设备状态监测一般都需要安装另外的监测设备，对主设备进行监测；而二次设备由于继电保护及安全自动装置一般都具有在线自检功能及通讯功能，再加上考虑到二次回路的负载及安全性等因素，一般不另外附加监测设备，属于嵌入式状态监测。以下实施方式将通讯监测结果与运行监测结果进行结合并在运行异常时进行异常原因分析。
请参阅图1所示，基于物联网的电力二次设备综合监控系统，包括在线监测平台，在线监测平台通信连接有传输监测模块、整体分析模块、告警模块以及存储模块。
传输监测模块用于对二次设备的信号传输状态进行监测，信号传输状态的监测过程包括：将进行信号传输状态监测的二次设备标记为监测对象i，i＝1，2，…，n，n为正整数，对监测对象i的信号发出装置所发出的信号进行监控，若信号接收装置没有接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号中断，传输监测模块生成中断信号并将中断信号发送至在线监测平台，在线监测平台接收到中断信号后将中断信号发送至告警模块，告警模块接收到中断信号后将中断信号发送至管理人员的手机终端；若信号接收装置接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号连续，对监测对象i的信号传输状态进行监测分析：获取监测对象i信号发出装置的信号速率XHi、调制速率TZi以及传输速率CSi，其中监测对象i的信号速率XHi为一秒内传输数据信息的比特数，监测对象i的调制速率TZi为每秒传输信号码元的个数，监测对象i的传输速率CSi为信号发出装置和信号接收装置之间每秒通过的比特、字符或信息组的平均数；通过公式ZTi＝α1×XHi+α2×TZi+α3×CSi得到监测对象i的状态系数ZTi，状态系数是一个反应二次设备信号传输状态好坏程度的数值，状态系数的数值越大则表示二次设备信号传输状态越好；其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α3＞α2＞α1＞1，传输监测模块对二次设备的信号传输状态进行实时监测，在信号终端或信号传输异常时及时进行预警，同时，传输监测模块还可以对二次设备的运行状态进行监测，在二次设备运行异常时及时进行预警，进而保证二次设备的运行安全性；对监测对象i进行运行状态检测：获取监测对象i的温度数据WDi、电流数据DLi以及噪声数据ZSi，监测对象i的温度数据WDi的获取过程包括：获取监测对象i的温度值以及工作温度范围，将监测对象i的工作温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的温度数据WDi；监测对象i的电流数据DLi的获取过程包括：获取监测对象i的二次回路电流值以及工作电流范围，将工作电流范围的最大值与最小值的平均值标记为电流标准值，将二次回路电流值与电流标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的电流数据；监测对象i的噪声数据ZSi的获取过程包括：将监测对象i工作时产生的噪声的分贝值标记为噪声数据ZSi；通过公式YXi＝β1×WDi+β2×DLi+β3×ZSi得到监测对象i的运行系数YXi，运行系数是一个反应二次设备运行状态好坏程度的数值，运行系数的数值越小则表示二次设备的运行状态越好；其中β1、β2以及β3均为比例系数，且β1＞β2＞β3＞1；通过存储模块获取到状态阈值ZTmin与运行阈值YXmax，将监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi分别与状态阈值ZTmin、运行阈值YXmax进行比较：若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行正常，传输监测模块向在线监测平台发送运行正常信号；若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行异常，传输监测模块向在线监测平台发送运行调节信号，在线监测平台接收到运行调节信号后将运行调节信号发送至告警模块，告警模块接收到运行调节模块后将运行调节模块发送至管理人员的手机终端；若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i存在常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送常规检修信号，在线监测平台接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至管理人员的手机终端；若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmin，则判定监测对象i存在非常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送非常规检修信号，在线监测平台接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至管理人员的手机终端；将信号传输监测结果与运行状态结果进行结合分析，在出现异常时可以根据结合分析的结果对异常原因进行分析，从而加快后续的异常处理效率，并且还可以根据异常原因出现的频率对二次设备整体升级提供数据支撑，针对性的对二次设备进行检修维护。
整体分析模块用于对二次设备的整体运行状态进行检测分析：通过存储模块获取到异常阈值、常规阈值以及非常规阈值，将在L1天内出现运行异常次数不小于异常阈值的监测对象标记为异常对象，整体分析模块将异常对象与硬件检修信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现常规故障的次数不小于常规阈值的监测对象标记为常规对象，整体分析模块将常规对象与硬件更新信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现非常规故障的次数不小于非常规阈值的监测对象标记为非常规对象，整体分析模块将非常规对象与信道优化信号发送至在线监测平台；将异常对象、常规对象以及非常规对象的数量分别标记为YC、CG以及FC，通过公式PJ＝γ1×YC+γ2×CG+γ3×FC得到评级系数PJ，评级系数是一个反应二次设备整体运行状态好坏的数值，评级系数的数值越小则表示整个电力二次设备系统的运行状态越好，其中γ1、γ2以及γ3均为比例系数，且γ2＞γ3＞γ1＞1；通过存储模块获取到评级阈值PJmin、PJmax，其中PJmin为最小评级阈值、PJmax为最大评级阈值，将评级系数PJ与评级阈值PJmin、PJmax进行比较：若PJ≤PJmin，则判定二次设备的整体运行等级为一等级；若PJmin＜PJ＜PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为二等级；若PJ≥PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为三等级；整体分析模块将二次设备的整体运行等级发送至在线监测平台；整体分析模块对异常对象、常规对象和非常规对象进行划分，异常对象、常规对象和非常规对象对应不同的异常原因，因而可以对症下药，针对性的对监测对象进行维护，另外，通过对异常对象、常规对象和非常规对象进行数值计算得到评级系数，通过评级系数的数值大小对二次设备的整体运行状态进行反馈，对二次设备的运行状态的好坏程度进行可视化反馈。
上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式ZTi＝α1×XHi+α2×TZi+α3×CSi；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的状态系数；将设定的状态系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1、α2和α3的取值分别为1.54、2.23和2.87；
系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的状态系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如状态系数与传输速率的数值成正比。
本发明在使用时，传输监测模块对二次设备的信号传输状态进行监测：对监测对象i的信号发出装置所发出的信号进行监控：在信号接收装置接收到信号发出装置发出的信号时，对监测对象i的信号传输状态进行监测分析并得到监测对象i的状态系数ZTi；对监测对象i的运行状态进行检测分析并得到监测对象i的运行系数YXi；将监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi分别与状态阈值ZTi、运行阈值YXmax进行比较并通过比较结果对监测对象运行是否正常进行判定；所述整体分析模块用于结合监测对象的运行状态对二次设备的整体运行状态进行检测分析，通过对异常对象、常规对象和非常规对象进行数值计算得到评级系数，通过评级系数的数值大小对二次设备的整体运行状态进行反馈。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.基于物联网的电力二次设备综合监控系统，包括在线监测平台，其特征在于，所述在线监测平台通信连接有传输监测模块、整体分析模块、告警模块以及存储模块；
所述传输监测模块用于对二次设备的信号传输状态进行监测：将进行信号传输状态监测的二次设备标记为监测对象i，i＝1，2，…，n，n为正整数，对监测对象i的信号发出装置所发出的信号进行监控：
若信号接收装置没有接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号中断，传输监测模块生成中断信号并将中断信号发送至在线监测平台，所述在线监测平台接收到中断信号后通过告警模块发送至管理人员的手机终端；
若信号接收装置接收到信号发出装置发出的信号，则判定对应的监测对象信号连续，对监测对象i的信号传输状态进行监测分析并得到监测对象i的状态系数ZTi；对监测对象i的运行状态进行检测分析并得到监测对象i的运行系数YXi；通过存储模块获取到状态阈值ZTmin与运行阈值YXmax，将监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi分别与状态阈值ZTi、运行阈值YXmax进行比较并通过比较结果对监测对象运行是否正常进行判定；
所述整体分析模块用于结合监测对象的运行状态对二次设备的整体运行状态进行检测分析。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的电力二次设备综合监控系统，其特征在于，监测对象i状态系数ZTi的获取过程具体包括：获取监测对象i信号发出装置的信号速率、调制速率以及传输速率，其中监测对象i的信号速率为一秒内传输数据信息的比特数，监测对象i的调制速率为每秒传输信号码元的个数，监测对象i的传输速率为信号发出装置和信号接收装置之间每秒通过的比特、字符或信息组的平均数；通过对监测对象i的信号速率、调制速率以及传输速率进行数值计算得到监测对象i的状态系数ZTi。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的电力二次设备综合监控系统，其特征在于，监测对象i的运行系数YXi的获取过程具体包括：获取监测对象i的温度数据、电流数据以及噪声数据，监测对象i的温度数据的获取过程包括：获取监测对象i的温度值以及工作温度范围，将监测对象i的工作温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的温度数据；
监测对象i的电流数据的获取过程包括：获取监测对象i的二次回路电流值以及工作电流范围，将工作电流范围的最大值与最小值的平均值标记为电流标准值，将二次回路电流值与电流标准值的差值的绝对值标记为监测对象i的电流数据；
监测对象i的噪声数据的获取过程包括：将监测对象i工作时产生的噪声的分贝值标记为噪声数据；
通过对监测对象i的温度数据、电流数据以及噪声数据进行数值计算得到监测对象i的运行系数YXi。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的电力二次设备综合监控系统，其特征在于，监测对象i的状态系数ZTi、运行系数YXi与状态阈值ZTmin、运行阈值YXmax进行比较的具体过程包括：
若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行正常，传输监测模块向在线监测平台发送运行正常信号；
若状态系数ZTi大于等于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i运行异常，传输监测模块向在线监测平台发送运行调节信号，在线监测平台接收到运行调节信号后将运行调节信号发送至告警模块，告警模块接收到运行调节模块后将运行调节模块发送至管理人员的手机终端；
若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定监测对象i存在常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送常规检修信号，在线监测平台接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到常规检修信号后将常规检修信号发送至管理人员的手机终端；
若状态系数ZTi小于状态阈值ZTmin且运行系数YXi小于运行阈值YXmin，则判定监测对象i存在非常规故障，传输监测模块向在线监测平台发送非常规检修信号，在线监测平台接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至告警模块，告警模块接收到非常规检修信号后将非常规检修信号发送至管理人员的手机终端。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的电力二次设备综合监控系统，其特征在于，所述整体分析模块对二次设备的整体运行状态进行检测分析的具体过程包括：将异常对象、常规对象以及非常规对象的数量分别标记为YC、CG以及FC，通过对YC、CG以及FC进行数值计算得到评级系数PJ；通过存储模块获取到评级阈值PJmin、PJmax，其中PJmin为最小评级阈值、PJmax为最大评级阈值，将评级系数PJ与评级阈值PJmin、PJmax进行比较：
若PJ≤PJmin，则判定二次设备的整体运行等级为一等级；
若PJmin＜PJ＜PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为二等级；
若PJ≥PJmax，则判定二次设备的整体运行等级为三等级；
整体分析模块将二次设备的整体运行等级发送至在线监测平台。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的电力二次设备综合监控系统，其特征在于，异常对象、常规对象以及非常规对象的判定过程包括：通过存储模块获取到异常阈值、常规阈值以及非常规阈值，将在L1天内出现运行异常次数不小于异常阈值的监测对象标记为异常对象，整体分析模块将异常对象与硬件检修信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现常规故障的次数不小于常规阈值的监测对象标记为常规对象，整体分析模块将常规对象与硬件更新信号发送至在线监测平台；将在L1天内出现非常规故障的次数不小于非常规阈值的监测对象标记为非常规对象，整体分析模块将非常规对象与信道优化信号发送至在线监测平台。
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