CN214412392U - 一种无扰动不间断供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无扰动不间断供电系统，包括市电供电单元、双电源转换单元、发电机单元、储能单元和无扰动供电单元；让市电供电单元连接双电源转换单元，让双电源转换单元分别连接发电机单元和储能单元，让无扰动供电单元分别与市电供电单元和储能单元连接。通过配置独立的无扰动供电单元，市电供电单元和发电机单元两种供电方式可以灵活切换，切换过程不会导致无扰动供电单元失电，保证重要负荷和电压敏感负荷的持续供电。储能单元和发电机单元可以在市电供电单元失电时反向对市电供电单元中的负荷持续供电，保障供电系统中所有一级和二级负荷供电稳定。同时可利用储能单元在夜间电价谷值时充电，白天电价峰值时放电，达到削峰填谷的效果。

Description

一种无扰动不间断供电系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种无扰动不间断供电系统。

背景技术

随着国民经济的发展，各种用电负荷对供电可靠性的要求不断提高。根据其重要性降序排列，用电负荷可划分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。其中，一级负荷须由双重电源供电，并设应急电源，如发电机、不间断电源装置(UPS)等；二级负荷须由双路电源供电；三级负荷不做要求。同时，开关电源供电的IT和控制装置，如个人电脑、工控机、服务器、PLC、DCS等用电负荷，供电电压的波动和闪变可能导致其瞬间失电而丢失重要数据。因此，此类负荷可定义为电压敏感负荷。数据中心的服务器等负荷，属于一级负荷中的重要负荷，应在双重电源供电的同时，还需独立配置UPS装置和发电机。UPS装置所能保证有效供电时间一般较短；根据燃料供应状况，发电机一般能够满足较长时间的供电需求。在市电失电时，首先由UPS装置供电，再短时间内起动发电机，满足有限时长的供电需求。而个人电脑等办公类负荷，虽也为电压敏感负荷，但一般为三级负荷，不单独配置UPS。不过，这类负荷的失电仍可能会导致工作文件丢失，影响工作效率，也造成了一定的后果。

在应急运行时，发电机的运行需完成一些必要的电气倒闸操作，并起动发电机，对于未配置UPS的电压敏感负荷势必导致断电重启。同时，发电机独立供电时对负荷的动态响应能力差，电压波动和闪变的可能性增加，随时可能导致的这类负荷停电。特别是燃气内燃发电机，动态响应性能更差，也不能在低负荷率下长期运行，更容易出线电压波动和闪变。因此，应急运行工况可能随时导致未配置UPS的电压敏感负荷断电。

典型的双路市电供配电方式采用单母线分段接线，每路市电电源分别对一段母线供电，两段母线之间设母联开关，正常运行方式时开关断开，每路市电负担相应的母线段的负荷。在任意一路市电电源失电时，母联开关闭合，另外一路市电负担两段母线的负荷。该接线方式可以满足独立配置UPS装置的电压敏感负荷供电，但不足以满足未配置UPS的电压敏感负荷供电需求。同时，以上电气接线形式难以同时应用发电机和储能装置实现无扰动供电。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种无扰动不间断供电系统，满足各种重要负荷及电压敏感负荷的供电需求。

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供的一种无扰动不间断供电系统，包括市电供电单元、双电源转换单元、发电机单元、储能单元和无扰动供电单元；所述市电供电单元连接所述双电源转换单元，所述双电源转换单元分别连接所述发电机单元和所述储能单元，所述无扰动供电单元分别与所述市电供电单元和所述储能单元连接。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述市电供电单元包括第一市电进线、第一进线开关、第一供电母线、市电供电开关、第二市电进线、第二进线开关、第二供电母线、馈线开关和母联开关，所述第一进线开关串联于所述第一市电进线，所述第一市电进线的负载端连接于所述第一供电母线，所述第一供电母线通过所述市电供电开关与所述双电源转换单元连接，所述第二进线开关串联于所述第二市电进线，所述第二市电进线的负载端连接于所述第二供电母线，所述第二供电母线通过所述馈线开关与所述无扰动供电单元连接，所述母联开关串联在第一供电母线和第二供电母线之间。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述双电源转换单元包括市电转换开关和发电机转换开关，所述市电转换开关与发电机转换开关之间相互互锁，所述市电转换开关串联于所述市电供电开关与所述储能单元之间，所述发电机转换开关串联于所述发电机单元与所述储能单元之间。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述发电机单元包括发电机开关和发电机，所述发电机开关串联于所述发电机与所述发电机转换开关之间。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述无扰动供电单元包括无扰动进线开关和无扰动母线，所述无扰动进线开关串联在所述储能单元与所述无扰动母线之间，所述无扰动母线通过馈线回路连接于所述馈线开关。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述储能单元包括储能进线开关、整流器、变流器、隔离变压器、储能出线开关和储能电池，所述储能进线开关、整流器、变流器、隔离变压器、储能出线开关按照储能进线开关、整流器、变流器、隔离变压器、储能出线开关的顺序依次串联，所述储能进线开关的进线端分别连接于所述市电转换开关的出线端和所述发电机转换开关的出线端，所述储能出线开关的出线端连接于所述无扰动进线开关的进线端，所述储能电池分别与所述整流器和所述变流器连接。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述储能单元还包括检修开关，所述检修开关的进线端连接于所述储能进线开关的进线端，所述检修开关的出线端连接于所述储能出线开关的出线端。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述所述储能单元还包括SCR静态开关，所述SCR静态开关的进线端连接于所述储能进线开关的出线端，所述SCR静态开关的出线端连接于所述储能出线开关的进线端。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，还包括能源主控模块，所述能源主控模块通过数据总线分别连接有消防火灾报警模块、变流器控制模块、储能电池控制模块、整流器控制模块、发电机控制模块、负荷控制模块和双电源互投控制模块，所述市电供电开关和馈线开关通过数据总线连接于所述能源主控模块，所述变流器控制模块与变流器之间、所述储能电池控制模块与储能电池之间、所述整流器控制模块与整流器之间、发电机控制模块分别与发电机和发电机开关之间以及双电源互投控制模块分别与市电转换开关和发电机转换开关之间均通过数据总线连接。

进一步的，本实用新型一种无扰动不间断供电系统，其中，所述能源主控模块通过网络交换机连接有服务器、工作站和云平台，所述云平台通过防火墙与网络交换机连接。

本实用新型一种无扰动不间断供电系统与线有技术相比，具有以下优点：通过配置独立的无扰动供电单元，市电供电单元和发电机单元两种供电方式可以灵活切换，切换过程不会导致无扰动供电单元失电，保证重要负荷和电压敏感负荷的持续供电。储能单元和发电机单元可以在市电供电单元失电时反向对市电供电单元中的负荷持续供电，保障供电系统中所有一级和二级负荷供电稳定。同时可利用储能单元在夜间电价谷值时充电，白天电价峰值时放电，达到削峰填谷的效果。

下面结合附图所示具体实施方式对本实用新型一种无扰动不间断供电系统作进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的原理图；

图3为本实用新型的双路市电供电常规运行方式的示意图；

图4为本实用新型的第一种单路供电常规运行方式的示意图；

图5为本实用新型的第二种单路供电常规运行方式的示意图；

图6为本实用新型的发电机供电常规运行方式的示意图；

图7为本实用新型的发电机供电应急运行方式的示意图；

图8为本实用新型的储能单元旁路供电运行方式的示意图；

图9为本实用新型的储能单元检修供电运行方式的示意图；

图10为本实用新型的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种无扰动不间断供电系统的具体实施方式包括市电供电单元10、双电源转换单元20、发电机单元30、储能单元40和无扰动供电单元50；市电供电单元10连接双电源转换单元20，双电源转换单元20分别连接发电机单元30和储能单元40，无扰动供电单元50分别与市电供电单元10和储能单元40连接。

在实际应用时，市电供电单元10和发电机单元30配合储能单元40对无扰动供电单元50供电。在正常情况下，由市电供电单元10配合储能单元40为无扰动供电单元50供电，储能单元40在夜间电价谷值时充电，白天电价峰值时放电；当储能单元40检修时，通过市电供电单元10直接为无扰动供电单元50供电；当市电供电单元10故障时，切换至发电机单元30发电配合储能单元40为无扰动供电单元50供电。通过配置独立的无扰动供电单元50，市电供电单元10和发电机单元30两种供电方式可以灵活切换，切换过程不会导致无扰动供电单元50失电，保证重要负荷和电压敏感负荷的持续供电。储能单元40和发电机单元30可以在市电供电单元10失电时反向对市电供电单元10中的负荷持续供电，保障供电系统中所有一级和二级负荷供电稳定。同时可利用储能单元40在夜间电价谷值时充电，白天电价峰值时放电，达到削峰填谷的效果。

作为优化方案，如图2所示，本具体实施方式中市电供电单元10包括第一市电进线11、第一进线开关12、第一供电母线13、市电供电开关14、第二市电进线15、第二进线开关16、第二供电母线17、馈线开关18和母联开关19。第一进线开关12串联于第一市电进线11上，第一进线开关12用于控制第一市电进线11的通断。第一市电进线11的负载端连接于第一供电母线13，为连接在第一供电母线13上的负荷供电。第一供电母线13通过市电供电开关14与双电源转换单元20连接，市电供电开关14用于控制流经第一供电母线13和/或第二供电母线17电流的通断。第二进线开关16串联于第二市电进线15，第二进线开关16用于控制第二市电进线15的通断。第二市电进线15的负载端连接于第二供电母线17，为连接在第二供电母线17上的负荷供电。第二供电母线17通过馈线开关18与无扰动供电单元50连接，馈线开关18用于控制市电供电单元10与无扰动供电单元50的通断。母联开关19串联在第一供电母线13和第二供电母线17之间，母联开关19用在第一市电进线11或第二市电进线15时将第一市电进线11和第二市电进线15连通。对于自带UPS的高负荷等级的电压敏感负荷，可以由第一供电母线13和第二供电母线17供电。

双电源转换单元20包括市电转换开关21和发电机转换开关22。市电转换开关21与发电机转换开关22之间相互互锁，也就是说市电转换开关21与发电机转换开关22的状态不一致(即当市电转换开关21闭合时，发电机转换开关22断开；当市电转换开关21断开时，发电机转换开关22闭合)。市电转换开关21串联于市电供电开关14与储能单元40之间，市电转换开关21用于将供电方式切换为市电供电方式。发电机转换开关22串联于发电机单元30与储能单元40之间，发电机转换开关22用于将供电方式切换为发电机供电方式。双电源转换单元20可以在市电供电方式和发电机供电这两种供电方式中切换，其切换过程可自动控制也可手动控制，自动控制可以通过远程方式实现。

发电机单元30包括发电机开关31和发电机32。发电机开关31串联于发电机32与发电机转换开关22之间，发电机开关31用于在放电机供电方式下控制发电机32与储能单元40的通断。发电机32可以采用多种形式的发电机，如柴油发电机、燃气发电机等。

无扰动供电单元50包括无扰动进线开关51和无扰动母线52。无扰动进线开关51串联在储能单元40与无扰动母线52之间，无扰动进线开关51用于控制无扰动母线52与储能单元40的通断，无扰动母线52用于为低负荷电压敏感负荷供电。发电机单元30的自动用电负荷由无扰动母线52供电。无扰动母线52通过馈线回路连接于馈线开关18与市电供电单元10形成回路。

储能单元40包括储能进线开关41、整流器42、变流器43、隔离变压器44、储能出线开关45、储能电池46、检修开关47和SCR静态开关48。储能进线开关41、整流器42、变流器43、隔离变压器44、储能出线开关45按照储能进线开关41、整流器42、变流器43、隔离变压器44、储能出线开关45的顺序依次串联。储能进线开关41的进线端分别连接于市电转换开关21的出线端和发电机转换开关22的出线端，储能出线开关45的出线端连接于无扰动进线开关51的进线端，储能进线开关41和储能出线开关45用于分别控制储能单元40与双电源转换单元20和无扰动母线52的通断。储能电池46分别与整流器42和变流器43连接(具体地，整流器42用于将交流电变换为直流电为储能电池46充电，变流器43用于将储能电池46放电产生的不定交流电变换成直流电然后再变换为无扰动母线52所需的频率交流电)。检修开关47的进线端连接于储能进线开关41的进线端，检修开关47的出线端连接于储能出线开关45的出线端，检修开关47用于在储能单元40进行检修时将储能单元40从供电回路中切除。SCR静态开关48的进线端连接于储能进线开关41的出线端，SCR静态开关48的出线端连接于储能出线开关45的进线端，SCR静态开关48用于在整流器42或储能电池46或变流器43不能工作时，在储能进线开关41和储能出线开关45均闭合的前提下，相对无扰动供电单元50的负荷，SCR静态开关48以无扰动切换的方式导通，保证持续供电。

以上实施例的具体运行方式分为常规运行方式和应急运行方式。以图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9为例进行说明，在各个图例中用黑色实心标记的相应开关为闭合状态；用空心标记的相应开关为断开状态；用半实心标记的相应开关为控制相应母线上连接负荷是否通电的状态，其可以根据各个负荷的实际需求进行断开或闭合；用黑色箭头表示电能的流向。

在常规运行方式下：

如图3所示，在双路市电供电时，第一进线开关12、市电供电开关14、市电转换开关21、储能进线开关41、储能出线开关45、无扰动进线开关51和第二进线开关16为闭合状态；母联开关19、馈线开关18、发电机转换开关22、发电机开关31、检修开关47和SCR静态开关48为断开状态。第一供电母线13对第一供电母线13的负荷、储能单元40和无扰动母线52的负荷持续供电。第二供电母线17对第二供电母线17的负荷供电。

如图4所示，在第二市电进线15失电时，与双路市电供电不同的是第二进线开关16变为断开状态，母联开关19变为闭合状态。此时，第二供电母线17的负荷变为由第一供电母线13供电。

如图5所示，在第一市电进线11失电时，与双路市电供电不同的是：第一进线开关12变为断开状态，母联开关19变为闭合状态。此时，第一供电母线13的负荷变为由第二供电母线17供电。

如图6所示，在发电机供电时，与双路市电供电不同的是：发电机开关31变为闭合状态，市电转换开关21变为断开状态，发电机转换开关22变为闭合状态。此时，第一供电母线13的负荷由第一供电母线13供电，第二供电母线17的负荷由第二供电母线17供电，发电机32通过储能单元40为无扰动母线52的负荷持续供电。

如图8所示，在整流器42或储能电池46或变流器43不能工作且时，储能进线开关41和储能出线开关45为闭合状态时，相对于无扰动母线52的负荷，SCR静态开关48可以以无扰动切换的方式导通，保证持续供电。

如图9所示，在储能单元40检修时，检修开关47变为闭合状态，无扰动母线52的负荷供电。同时将储能进线开关41和储能出线开关45断开，保障检修的安全性。

在常规运行方式中，储能单元40的运行是非常灵活的。整流器42对储能电池46充电，同时通过变流器43和隔离变压器44对无扰动母线52的用电负荷供电。在不对储能电池46充电或储能电池46已充满电时，可以以储能电池46作为稳压源直接通过变流器43和隔离变压器44对用电负荷供电。在整流器42不工作时，储能电池46直接通过变流器43和隔离变压器44对无扰动母线52的负荷供电。这样，储能单元40就可以以削峰填谷的方式运行，在夜间电价谷值时对储能电池46充电，白天电价峰值时储能电池46放电，实现储能的经济性。同时，发电机单元20可随时通过双电源转换单元30的切换对储能单元40和无扰动母线52的负荷供电。也可随时从发电机单元20供电与市电供电单元10供电之间来回切换，相对于无扰动母线52，这个切换是无扰动的。如发电机单元20为燃气形式，还能实现冷热联供，储能电池46与发电机单元20协同工作即可实现更好的经济性。

在应急运行方式下：

应急运行方式即为双路市电失电，市电供电单元10无法对储能单元40供电。参见图7，此时母联开关19、发电机转换开关22、发电机开关31、储能进线开关41、储能出线开关45、无扰动进线开关51和馈线开关18为闭合状态；第一进线开关12、第二进线开关16、市电供电开关14、市电转换开关21、检修开关47和SCR静态开关48为断开状态。在此应急运行方式中，发电机32通过发电机转换开关22和储能电池46对无扰动母线52的负荷、对第一供电母线13的负荷和第二供电母线17的负荷供电。

相对于无扰动母线52的负荷，通过储能单元40中的交流-直流-交流的变换以及储能电池46对直流母线电压的支撑，常规运行方式和应急运行方式的切换也是无扰动的。

作为优化方案，如图10所示，基于上述实施例在本具体实施方式中还包括能源主控模块60。能源主控模块60通过数据总线分别连接有消防火灾报警模块61(消防火灾报警模块61可以具体设置为消防火灾报警控制器)、变流器控制模块62(变流器控制模块62用于控制变流器43输出交流电的有功和无功功率)、储能电池控制模块63(储能电池控制模块63用于控制储能电池46充放电状态)、整流器控制模块64(整流器控制模块64用于控制整流器42交流电转直流电的输出功率)、发电机控制模块65(发电机控制模块23用于实现发电机32并网运行及输出功率控制等功能)、负荷控制模块66(负荷控制模块66可根据第一供电母线13的负荷、第二供电母线17的负荷和无扰动母线52的负荷的负荷等级、电压敏感性、常规运行功率等因素，灵活对相关负荷进行投切，最大化系统的效率和可运行时间。)和双电源互投控制模块67(双电源互投控制模块67用于远程控制市电转换开关21和发电机转换开关22的转换状态)，市电供电开关14和馈线开关18通过数据总线连接于能源主控模块60，市电供电开关14和馈线开关18的通断直接通过能源主控模块60确定。变流器控制模块62与变流器43之间、储能电池控制模块63与储能电池46之间、整流器控制模块64与整流器42之间、发电机控制模块65分别与发电机32和发电机开关31之间以及双电源互投控制模块67分别与市电转换开关21和发电机转换开关22之间均通过数据总线连接。数据总线包括但不限于RS485总线、硬接线或专用总线。在常规运行方式或应急运行方式中，各个开关的通断及各个部件运行状态均可有上述对应各的各个模块控制，提高电能的分配及利用率。

作为优化方案，如图10所示，本具体实施方式中能源主控模块通过网络交换机68连接有服务器70、工作站80和云平台90，云平台90通过防火墙91与网络交换机68连接，用来实现运行数据监控、存储、本地和远程浏览等功能。

需要说明的是，第一进线开关12、第二进线开关16、市电供电开关14、馈线开关18、母联开关19、市电转换开关21、发电机转换开关22、发电机开关31、储能进线开关41、储能出线开关45、检修开关47、无扰动进线开关51、以及第一供电母线13、第二供电母线17和无扰动母线52所连接的馈线开关可为断路器、刀熔、负荷开关等，具体形式应根据设计规范及实际运行和检修需求确定。

以上实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型请求保护范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本实用新型的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，包括市电供电单元(10)、双电源转换单元(20)、发电机单元(30)、储能单元(40)和无扰动供电单元(50)；所述市电供电单元(10)连接所述双电源转换单元(20)，所述双电源转换单元(20)分别连接所述发电机单元(30)和所述储能单元(40)，所述无扰动供电单元(50)分别与所述市电供电单元(10)和所述储能单元(40)连接。

2.根据权利要求1所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述市电供电单元(10)包括第一市电进线(11)、第一进线开关(12)、第一供电母线(13)、市电供电开关(14)、第二市电进线(15)、第二进线开关(16)、第二供电母线(17)、馈线开关(18)和母联开关(19)，所述第一进线开关(12)串联于所述第一市电进线(11)，所述第一市电进线(11)的负载端连接于所述第一供电母线(13)，所述第一供电母线(13)通过所述市电供电开关(14)与所述双电源转换单元(20)连接，所述第二进线开关(16)串联于所述第二市电进线(15)，所述第二市电进线(15)的负载端连接于所述第二供电母线(17)，所述第二供电母线(17)通过所述馈线开关(18)与所述无扰动供电单元(50)连接，所述母联开关(19)串联在第一供电母线(13)和第二供电母线(17)之间。

3.根据权利要求2所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述双电源转换单元(20)包括市电转换开关(21)和发电机转换开关(22)，所述市电转换开关(21)与发电机转换开关(22)之间相互互锁，所述市电转换开关(21)串联于所述市电供电开关(14)与所述储能单元(40)之间，所述发电机转换开关(22)串联于所述发电机单元(30)与所述储能单元(40)之间。

4.根据权利要求3所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述发电机单元(30)包括发电机开关(31)和发电机(32)，所述发电机开关(31)串联于所述发电机(32)与所述发电机转换开关(22)之间。

5.根据权利要求4所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述无扰动供电单元(50)包括无扰动进线开关(51)和无扰动母线(52)，所述无扰动进线开关(51)串联在所述储能单元(40)与所述无扰动母线(52)之间，所述无扰动母线(52)通过馈线回路连接于所述馈线开关(18)。

6.根据权利要求5所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述储能单元(40)包括储能进线开关(41)、整流器(42)、变流器(43)、隔离变压器(44)、储能出线开关(45)和储能电池(46)，所述储能进线开关(41)、整流器(42)、变流器(43)、隔离变压器(44)、储能出线开关(45)按照储能进线开关(41)、整流器(42)、变流器(43)、隔离变压器(44)、储能出线开关(45)的顺序依次串联，所述储能进线开关(41)的进线端分别连接于所述市电转换开关(21)的出线端和所述发电机转换开关(22)的出线端，所述储能出线开关(45)的出线端连接于所述无扰动进线开关(51)的进线端，所述储能电池(46)分别与所述整流器(42)和所述变流器(43)连接。

7.根据权利要求6所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述储能单元(40)还包括检修开关(47)，所述检修开关(47)的进线端连接于所述储能进线开关(41)的进线端，所述检修开关(47)的出线端连接于所述储能出线开关(45)的出线端。

8.根据权利要求6所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述储能单元(40)还包括SCR静态开关(48)，所述SCR静态开关(48)的进线端连接于所述储能进线开关(41)的出线端，所述SCR静态开关(48)的出线端连接于所述储能出线开关(45)的进线端。

9.根据权利要求6所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，还包括能源主控模块(60)，所述能源主控模块(60)通过数据总线分别连接有消防火灾报警模块(61)、变流器控制模块(62)、储能电池控制模块(63)、整流器控制模块(64)、发电机控制模块(65)、负荷控制模块(66)和双电源互投控制模块(67)，所述市电供电开关(14)和馈线开关(18)通过数据总线连接于所述能源主控模块(60)，所述变流器控制模块(62)与变流器(43)之间、所述储能电池控制模块(63)与储能电池(46)之间、所述整流器控制模块(64)与整流器(42)之间、发电机控制模块(65)分别与发电机(32)和发电机开关(31)之间以及双电源互投控制模块(67)分别与市电转换开关(21)和发电机转换开关(22)之间均通过数据总线连接。

10.根据权利要求9所述的一种无扰动不间断供电系统，其特征在于，所述能源主控模块通过网络交换机(68)连接有服务器(70)、工作站(80)和云平台(90)，所述云平台(90)通过防火墙(91)与网络交换机(68)连接。

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