JP2839731B2 - 放流弁を有する水力発電設備の制御方法 - Google Patents
放流弁を有する水力発電設備の制御方法Info
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- JP2839731B2 JP2839731B2 JP3040189A JP4018991A JP2839731B2 JP 2839731 B2 JP2839731 B2 JP 2839731B2 JP 3040189 A JP3040189 A JP 3040189A JP 4018991 A JP4018991 A JP 4018991A JP 2839731 B2 JP2839731 B2 JP 2839731B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Flow Control (AREA)
- Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は放流弁を有する水力発電
設備の制御方法に関する。
設備の制御方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】図４は水車および放流弁をそれぞれ１台
備えている一般的な水力発電所の概略構成図である。図
に示すように、上流河川より取水池１に取水される水
は、導水路２を経て上水槽３に集められる。上水槽３に
は水圧鉄管４の頂端部が接続されており、その水圧鉄管
４の下端部は２つに分岐し、一方は水車５が接続され、
他方は発電には使用しない余水を放流する放流弁７が接
続されている。上水槽３に集められた水は、上水槽３か
ら水圧鉄管４を経て流下せしめられ水車５に供給され
る。水車５においては図示しないガイドベーンによって
その水量が制御され、水車５のランナに作用してそのラ
ンナが回転駆動され、そのランナに直結した水車主軸を
介して発電機６が回転され電気エネルギーが発生され
る。
備えている一般的な水力発電所の概略構成図である。図
に示すように、上流河川より取水池１に取水される水
は、導水路２を経て上水槽３に集められる。上水槽３に
は水圧鉄管４の頂端部が接続されており、その水圧鉄管
４の下端部は２つに分岐し、一方は水車５が接続され、
他方は発電には使用しない余水を放流する放流弁７が接
続されている。上水槽３に集められた水は、上水槽３か
ら水圧鉄管４を経て流下せしめられ水車５に供給され
る。水車５においては図示しないガイドベーンによって
その水量が制御され、水車５のランナに作用してそのラ
ンナが回転駆動され、そのランナに直結した水車主軸を
介して発電機６が回転され電気エネルギーが発生され
る。
【０００４】ところで、このような放流弁７を設けるこ
とは、最近の流れ込み式の小規模水力発電所の傾向であ
る。すなわち、流れ込み式の水力発電所においては水車
の発電に使われる水量より上水槽３に流れ込む水量が多
い場合に備えて、余分な水を上水槽３から図示していな
い放水庭に直接放流するバイパス水路（余水路と呼ばれ
ている）が必要であったが、こうした放流弁７を備え、
これを開口することにより余分の水を放水庭に放流する
ことができるので、余水路を省略することができ、発電
所の建設コストを大幅に低減することができる。
とは、最近の流れ込み式の小規模水力発電所の傾向であ
る。すなわち、流れ込み式の水力発電所においては水車
の発電に使われる水量より上水槽３に流れ込む水量が多
い場合に備えて、余分な水を上水槽３から図示していな
い放水庭に直接放流するバイパス水路（余水路と呼ばれ
ている）が必要であったが、こうした放流弁７を備え、
これを開口することにより余分の水を放水庭に放流する
ことができるので、余水路を省略することができ、発電
所の建設コストを大幅に低減することができる。
【０００５】このような水力発電所においては、水車５
の負荷が減少して水車５に供給される水量が減少する場
合、或いは水車５が停止し水車５に供給される水量が０
となるような場合には、水圧鉄管４を流下する水量は急
激に減少するか又は０となる。一方、導水路２に流入す
る水量は急激には変わらないので過渡時に上水槽３へ対
する流入量と流出量のアンバランスより上水槽３内の水
量が増加し水位が上昇する。このため、水車５の流量変
化に応じて素早く放流弁７を制御することが、この種放
流弁を有する流れ込み式発電所では重要となる。
の負荷が減少して水車５に供給される水量が減少する場
合、或いは水車５が停止し水車５に供給される水量が０
となるような場合には、水圧鉄管４を流下する水量は急
激に減少するか又は０となる。一方、導水路２に流入す
る水量は急激には変わらないので過渡時に上水槽３へ対
する流入量と流出量のアンバランスより上水槽３内の水
量が増加し水位が上昇する。このため、水車５の流量変
化に応じて素早く放流弁７を制御することが、この種放
流弁を有する流れ込み式発電所では重要となる。
【０００６】このような放流弁を有する流れ込み式発電
所において、従来用いられてきた制御方法は、図５のブ
ロック図に示すように、上水槽３の水位変化を上水槽水
位検出装置８で検出し、これが規定値以上になったと
き、はじめて放流弁７を開口するものであった。すなわ
ち、上水槽３の水位が規定値以上になると、放流弁制御
装置９により放流弁７が開制御され余水が放流弁７より
放流されるので、上水槽３の水位が定められた最大水位
以上になることが防止される。また水車制御装置１３は
出力指令を受けて水車５を制御して、それにより発電機
の出力は制御される。
所において、従来用いられてきた制御方法は、図５のブ
ロック図に示すように、上水槽３の水位変化を上水槽水
位検出装置８で検出し、これが規定値以上になったと
き、はじめて放流弁７を開口するものであった。すなわ
ち、上水槽３の水位が規定値以上になると、放流弁制御
装置９により放流弁７が開制御され余水が放流弁７より
放流されるので、上水槽３の水位が定められた最大水位
以上になることが防止される。また水車制御装置１３は
出力指令を受けて水車５を制御して、それにより発電機
の出力は制御される。
【０００７】図６は上記従来の制御方法による水車停止
時の上水槽水位、放流弁開度および水車ガイドベーン開
度の時間変化の一例を示すものである。
時の上水槽水位、放流弁開度および水車ガイドベーン開
度の時間変化の一例を示すものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の制御
方法によると、上水槽水位が所定値以上に達してはじめ
て放流弁により余水を放流するため、水車負荷遮断時お
よび水車非常停止時には、水車負荷遮断および水車非常
停止から放流弁開動作までの時間遅れが大きい。従っ
て、上水槽水位の変動が大きくなるため、上水槽水位の
容量を大きく設定する必要があり、その結果、上水槽設
置費用が増加するため、発電出力に対する建設コストが
高くなる等の問題があった。
方法によると、上水槽水位が所定値以上に達してはじめ
て放流弁により余水を放流するため、水車負荷遮断時お
よび水車非常停止時には、水車負荷遮断および水車非常
停止から放流弁開動作までの時間遅れが大きい。従っ
て、上水槽水位の変動が大きくなるため、上水槽水位の
容量を大きく設定する必要があり、その結果、上水槽設
置費用が増加するため、発電出力に対する建設コストが
高くなる等の問題があった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は放流弁を時間遅れなしに制御し上水槽水
位の変動を小さくして、上水槽水位の容量を小さくする
ようにした放流弁を有する水力発電設備の制御方法を提
供することにある。 ［発明の構成］
で、その目的は放流弁を時間遅れなしに制御し上水槽水
位の変動を小さくして、上水槽水位の容量を小さくする
ようにした放流弁を有する水力発電設備の制御方法を提
供することにある。 ［発明の構成］
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放流弁を有する水力発電設備の制御方法
は、１つの上水槽に複数台の水車と複数台の放流弁又は
バイパス弁等のバルブが接続されている水力発電設備に
おいて、前記上水槽の水位を制御する際に、まず、それ
ぞれの水車、バルブについて、その任意のガイドベーン
開度に対して等価水口開度変数を規定し、目標とする上
水槽水位と実際の上水槽水位の差に応じてその水力発電
設備全体で必要な全等価水口開度ａ0 を算定し、一方運
転中の全水車の等価水口開度の合計Σａi を算定し、ａ
0 とΣａi の差ａv を求め、この差ａv が正の時は接続
している全バルブの等価水口開度の合計がａv に等しく
なるように、バルブの開度を常時制御するように構成し
たことを特徴とする。
に、本発明の放流弁を有する水力発電設備の制御方法
は、１つの上水槽に複数台の水車と複数台の放流弁又は
バイパス弁等のバルブが接続されている水力発電設備に
おいて、前記上水槽の水位を制御する際に、まず、それ
ぞれの水車、バルブについて、その任意のガイドベーン
開度に対して等価水口開度変数を規定し、目標とする上
水槽水位と実際の上水槽水位の差に応じてその水力発電
設備全体で必要な全等価水口開度ａ0 を算定し、一方運
転中の全水車の等価水口開度の合計Σａi を算定し、ａ
0 とΣａi の差ａv を求め、この差ａv が正の時は接続
している全バルブの等価水口開度の合計がａv に等しく
なるように、バルブの開度を常時制御するように構成し
たことを特徴とする。
【００１１】ここで、本発明に用いる等価水口開度の規
定方法及び全等価水口開度算定方法について説明する。
水車のガイドベーン開度の変動分Δａg に対して流量変
動を生じさせない放流弁の開度変動Δａvgを直ちに算定
しなければならないために、便宜上、相互に加算・減算
できる等価水口開度を水車及び放流弁に対して定義す
る。図２(a),(b)はその一例を示す。等価水口開度に水
車有効落差又は放流弁の損失落差の１／２乗を乗じたも
のが、水車または放流弁を通過する流量になるように定
めればよい。このようにすれば、水車のガイドベーン開
度が等価水口開度でΔａ減少又は増加した時は放流弁の
開度を等価水口開度がΔａv だけ増加又は減少するよう
に開口すればよい。これらの線図は水車の性能特性と放
流弁の損失特性から容易に算出できる。
定方法及び全等価水口開度算定方法について説明する。
水車のガイドベーン開度の変動分Δａg に対して流量変
動を生じさせない放流弁の開度変動Δａvgを直ちに算定
しなければならないために、便宜上、相互に加算・減算
できる等価水口開度を水車及び放流弁に対して定義す
る。図２(a),(b)はその一例を示す。等価水口開度に水
車有効落差又は放流弁の損失落差の１／２乗を乗じたも
のが、水車または放流弁を通過する流量になるように定
めればよい。このようにすれば、水車のガイドベーン開
度が等価水口開度でΔａ減少又は増加した時は放流弁の
開度を等価水口開度がΔａv だけ増加又は減少するよう
に開口すればよい。これらの線図は水車の性能特性と放
流弁の損失特性から容易に算出できる。
【００１２】上水槽の水位を一定に保つためには、水槽
水位を常時監視しそれが目標値よりずれた場合は、その
ずれ量に応じて発電所全体の全等価水口開度ａ0 を変化
させた指令を出し、全等価水口開度ａ0 と全水車の等価
水口開度（ａ1 ，ａ 2，…）の合計Σａi との間に正の
差が生じた時は、その等価水口開度の差に対応した分量
だけ、放流弁開度を調整すればよい。
水位を常時監視しそれが目標値よりずれた場合は、その
ずれ量に応じて発電所全体の全等価水口開度ａ0 を変化
させた指令を出し、全等価水口開度ａ0 と全水車の等価
水口開度（ａ1 ，ａ 2，…）の合計Σａi との間に正の
差が生じた時は、その等価水口開度の差に対応した分量
だけ、放流弁開度を調整すればよい。
【００１３】従って、必要な放流弁開度ａv は、検出さ
れた上水槽の水位と目標上水槽の水位との差により演算
される全等価水口開度ａ0 と要求される負荷により決ま
る全水車の等価水口開度（ａ1 ，ａ2，…）の合計Σａ
i との差として次式により求められる。
れた上水槽の水位と目標上水槽の水位との差により演算
される全等価水口開度ａ0 と要求される負荷により決ま
る全水車の等価水口開度（ａ1 ，ａ2，…）の合計Σａ
i との差として次式により求められる。
【００１４】ａv ＝ａ0 −Σａi
【００１５】
【作用】本発明によれば、水車が停止せしめられると時
間遅れ無しに放流弁が開制御され、放流弁によって余水
が放流されるので、上水槽水位の変動が非常に小さい。
このため従来よりも上水槽水位の容量を小さくすること
が可能となり、上水槽設置費用の低減化を図ることがで
きる。
間遅れ無しに放流弁が開制御され、放流弁によって余水
が放流されるので、上水槽水位の変動が非常に小さい。
このため従来よりも上水槽水位の容量を小さくすること
が可能となり、上水槽設置費用の低減化を図ることがで
きる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のブロック構成図である。
図に示すように、上水槽３には水位検出装置８が設けら
れており、検出された上水槽水位は等価水口開度演算装
置９に入力される。この等価水口開度演算装置９は、上
水槽水位を一定にするための制御装置であり、検出され
た上水槽水位ＷH と目標上水槽水位ＷH0との差分に応じ
て、その差分を０にするような全等価水口開度ａ0 の増
加・減少分を算定し、現状の全等価水口開度ａ0 にその
値を加算・減算した必要な全等価水口開度ａ0 を演算し
て放流弁開度演算装置１０に出力する。
る。図１は本発明の一実施例のブロック構成図である。
図に示すように、上水槽３には水位検出装置８が設けら
れており、検出された上水槽水位は等価水口開度演算装
置９に入力される。この等価水口開度演算装置９は、上
水槽水位を一定にするための制御装置であり、検出され
た上水槽水位ＷH と目標上水槽水位ＷH0との差分に応じ
て、その差分を０にするような全等価水口開度ａ0 の増
加・減少分を算定し、現状の全等価水口開度ａ0 にその
値を加算・減算した必要な全等価水口開度ａ0 を演算し
て放流弁開度演算装置１０に出力する。
【００１７】一方、複数の水車にはそれぞれガイドベー
ン開度検出装置１１が設けられており、検出された各々
の水車のガイドベーン開度（ａ1g, ａ2g, ……）は各々
の水車の等価水口開度（ａ1 ，ａ 2，……）に変換さ
れ、変換された等価水口開度（ａ1 ，ａ 2，…）は、放
流弁開度演算装置１０に入力される。そして、放流弁開
度演算装置１０では等価水口開度演算装置９より入力さ
れた全等価水口開度ａ0 と各々の水車の等価水口開度
（ａ1 ，ａ 2，…）の合計Σａi より放流弁等価水口開
度ａV が前記の放流弁開度計算式 ａv ＝ａ0 −Σａi
によって演算され、放流弁制御装置１２に入力される。
放流弁制御装置１２は放流弁開度演算装置１０より入力
された放流弁等価水口開度ａV がａV ≧０の場合には放
流弁開度を前記放流弁等価水口開度ａV に対応する放流
弁開度ａVGに制御し、放流弁等価水口開度ａV がａV ＜
０の場合には水車制御装置１３に複数台の水車のガイド
ベーン開度を制限する信号を出力して水車制御装置１３
によりガイドベーン開度が絞られる。
ン開度検出装置１１が設けられており、検出された各々
の水車のガイドベーン開度（ａ1g, ａ2g, ……）は各々
の水車の等価水口開度（ａ1 ，ａ 2，……）に変換さ
れ、変換された等価水口開度（ａ1 ，ａ 2，…）は、放
流弁開度演算装置１０に入力される。そして、放流弁開
度演算装置１０では等価水口開度演算装置９より入力さ
れた全等価水口開度ａ0 と各々の水車の等価水口開度
（ａ1 ，ａ 2，…）の合計Σａi より放流弁等価水口開
度ａV が前記の放流弁開度計算式 ａv ＝ａ0 −Σａi
によって演算され、放流弁制御装置１２に入力される。
放流弁制御装置１２は放流弁開度演算装置１０より入力
された放流弁等価水口開度ａV がａV ≧０の場合には放
流弁開度を前記放流弁等価水口開度ａV に対応する放流
弁開度ａVGに制御し、放流弁等価水口開度ａV がａV ＜
０の場合には水車制御装置１３に複数台の水車のガイド
ベーン開度を制限する信号を出力して水車制御装置１３
によりガイドベーン開度が絞られる。
【００１８】次に、本実施例の作用について説明する。
水車に停止命令が発せられた時は、その停止命令によっ
て当該水車のガイドベーンが閉動作せしめられ、当該水
車に流入する水量は減少する。それと同時に当該水車の
ガイドベーン開度検出装置１１により当該水車のガイド
ベーン開度ａg が検出されて放流弁開度演算装置１０に
入力される。すると、放流弁開度演算装置１０は当該水
車の水量の減少分、放流弁流量を増加させるため放流弁
等価水口開度ａv を放流弁制御装置１２に入力し、放流
弁制御装置１２により放流弁開度が放流弁等価水口開度
ａv に対応する放流弁開度ａvgに制御される。したがっ
て、当該水車に流入する水量は減少するが、時間遅れな
しに放流弁流量を増加せしめるため水圧鉄管４に流入す
る水量の変動は非常に小さく、その結果水車停止時にお
ける上水槽水位の変動は非常に小さくなる。
水車に停止命令が発せられた時は、その停止命令によっ
て当該水車のガイドベーンが閉動作せしめられ、当該水
車に流入する水量は減少する。それと同時に当該水車の
ガイドベーン開度検出装置１１により当該水車のガイド
ベーン開度ａg が検出されて放流弁開度演算装置１０に
入力される。すると、放流弁開度演算装置１０は当該水
車の水量の減少分、放流弁流量を増加させるため放流弁
等価水口開度ａv を放流弁制御装置１２に入力し、放流
弁制御装置１２により放流弁開度が放流弁等価水口開度
ａv に対応する放流弁開度ａvgに制御される。したがっ
て、当該水車に流入する水量は減少するが、時間遅れな
しに放流弁流量を増加せしめるため水圧鉄管４に流入す
る水量の変動は非常に小さく、その結果水車停止時にお
ける上水槽水位の変動は非常に小さくなる。
【００１９】図３は上記実施例による水車停止時におけ
る上水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一
例を示したものであり、従来の制御方法による水車停止
時における上水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間
変化を示す図６と比較すると、本発明の制御方法は水車
ガイドベーン閉鎖開始時間ｔ1 に対する放流弁開動作開
始時間ｔ2 の遅れが非常に小さくし、上水槽水位の変動
を非常に小さくしていることが分かる。
る上水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一
例を示したものであり、従来の制御方法による水車停止
時における上水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間
変化を示す図６と比較すると、本発明の制御方法は水車
ガイドベーン閉鎖開始時間ｔ1 に対する放流弁開動作開
始時間ｔ2 の遅れが非常に小さくし、上水槽水位の変動
を非常に小さくしていることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水車が停止せしめられると時間遅れ無しに放流弁が開制
御され、放流弁によって余水が放流される。したがっ
て、上水槽水位の変動が非常に小さいため従来よりも上
水槽水位の容量を小さくすることが可能となり、上水槽
設置費用の低減化を図ることができる。
水車が停止せしめられると時間遅れ無しに放流弁が開制
御され、放流弁によって余水が放流される。したがっ
て、上水槽水位の変動が非常に小さいため従来よりも上
水槽水位の容量を小さくすることが可能となり、上水槽
設置費用の低減化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施例のブロック構成図。
【図２】同図(a) 及び(b) はそれぞれ等価水口開度と水
車ガイドベーン開度及び放流弁開度との関係を示す図。
車ガイドベーン開度及び放流弁開度との関係を示す図。
【図３】本発明の制御方法による水車停止時における上
水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一例を
示す図。
水槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一例を
示す図。
【図４】従来の一般的な水力発電所の概略構成図。
【図５】従来の水力発電所の制御装置のブロック構成
図。
図。
【図６】従来の制御方法による水車停止時における上水
槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一例を示
す図。
槽水位、放流弁流量及び水車流量の時間変化の一例を示
す図。
１…取水池、２…導水路、３…上水槽、４…水圧鉄管、
５…水車、６…発電機７…放流弁、８…上水槽水位検出
装置、９…等価水口開度演算装置、１０…放流弁開度演
算装置、１１…水車ガイドベーン開度検出装置、１２…
放流弁制御装置、１３…水車制御装置。
５…水車、６…発電機７…放流弁、８…上水槽水位検出
装置、９…等価水口開度演算装置、１０…放流弁開度演
算装置、１１…水車ガイドベーン開度検出装置、１２…
放流弁制御装置、１３…水車制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−249012（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249011（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201613（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 9/12 E02B 9/00 G05D 7/06
Claims (1)
- 【請求項１】１つの上水槽に複数台の水車と複数台の放
流弁又はバイパス弁等のバルブが接続されている水力発
電設備において、前記上水槽の水位を制御する際に、ま
ず、それぞれの水車、バルブについて、その任意のガイ
ドベーン開度に対して等価水口開度変数を規定し、目標
とする上水槽水位と実際の上水槽水位の差に応じてその
水力発電設備全体で必要な全等価水口開度ａ0 を算定
し、一方運転中の全水車の等価水口開度の合計Σａi を
算定し、ａ0 とΣａi の差ａv を求め、この差ａv が正
の時は接続している全バルブの等価水口開度の合計がａ
v に等しくなるように、バルブの開度を常時制御するよ
うに構成したことを特徴とする放流弁を有する水力発電
設備の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040189A JP2839731B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 放流弁を有する水力発電設備の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040189A JP2839731B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 放流弁を有する水力発電設備の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04278608A JPH04278608A (ja) | 1992-10-05 |
| JP2839731B2 true JP2839731B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=12573834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040189A Expired - Lifetime JP2839731B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 放流弁を有する水力発電設備の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2839731B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104503492A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 武汉大学 | 一种封闭式水箱的水位调节装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7437333B1 (en) * | 2002-06-12 | 2008-10-14 | Herrin Gregg A | Method and system for providing an energy cost estimation for a water distribution network |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP3040189A patent/JP2839731B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104503492A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 武汉大学 | 一种封闭式水箱的水位调节装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04278608A (ja) | 1992-10-05 |
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