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1、2015-2016學(xué)年第1學(xué)期 繼電保護(hù) 課程設(shè)計(jì)材料指導(dǎo)教師: 樊睿 班級(jí): 2012級(jí) 時(shí)間:2015.12.15-2015.12.29地點(diǎn): 西安理工大學(xué)高科學(xué)院 西安理工大學(xué)高科學(xué)院 2012級(jí)課程設(shè)計(jì) 過電流 設(shè)計(jì)說明書姓名 學(xué)號(hào) 2012040315 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí) 3班指導(dǎo)教師樊睿教師職稱助教西安理工大學(xué)高科學(xué)院教務(wù)處制前言隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行、故障期間以及故障后的恢復(fù)過程中,許多控制操作日趨高度自動(dòng)化。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一次泛指繼電保護(hù)技術(shù)和由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng),包括繼電保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、配置、整定、調(diào)試等技術(shù),也包括由獲取電量信息的

2、電壓、電流互感器二次回路,經(jīng)過繼電保護(hù)裝置的斷路器跳閘線圈的一般套具體設(shè)備,如果需要利用通信手段傳送信息,還包括通信設(shè)備。電網(wǎng)繼電保護(hù)的選擇原則是:首先滿足繼電保護(hù)的四項(xiàng)基本要求,即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。然后,根據(jù)各類保護(hù)的工作原理、性能并結(jié)合電網(wǎng)的電壓等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接線方式等特點(diǎn)進(jìn)行選擇,使它們能有機(jī)的配合起來,構(gòu)成完善的電網(wǎng)保護(hù)。如果電網(wǎng)保護(hù)得不合理,繼電保護(hù)不僅不能保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,反而成為系統(tǒng)不能安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素。所以,配置合理的保護(hù)方案是十分重要的。在選擇具體電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置時(shí),在滿足保護(hù)四項(xiàng)基本要求的前提下,應(yīng)力求采用簡(jiǎn)單的保護(hù)裝置。只有在采用簡(jiǎn)單的保護(hù)不

3、能滿足要求時(shí),才考慮采用較為復(fù)雜的保護(hù)。因?yàn)?,?fù)雜的保護(hù)不僅價(jià)格昂貴,運(yùn)行維護(hù)和調(diào)試復(fù)雜,而且更主要的是復(fù)雜保護(hù)所需要元件多、接線復(fù)雜,這就增加了保護(hù)裝置本身故障的機(jī)率,從而降低了可靠性。電流保護(hù)屬于階段式或具有階梯型動(dòng)作特征的多段式保護(hù),其選擇性依靠上,下級(jí)保護(hù)的整定值和動(dòng)作時(shí)間的配合來保證。靠近電源的保護(hù)稱為上級(jí)保護(hù);離電源較遠(yuǎn)的保護(hù)為下級(jí)保護(hù)。電流保護(hù)的段數(shù)根據(jù)整定配合需要而定,一般有三段。沒有人為延時(shí)的,動(dòng)作最快的一段稱為電流瞬時(shí)速斷;最后一段按照正常運(yùn)行時(shí)或無短路時(shí)不能誤動(dòng)的原則整定,稱為過電流保護(hù)。這次課程設(shè)計(jì)目的是通過對(duì)所給電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析,要求對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)

4、方面的課程有綜合的了解。特別是對(duì)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)、電路有一定的研究目錄第一章設(shè)計(jì)原始材料41.1 設(shè)計(jì)目的41.2具體題目4第二章保護(hù)配置的分析42.1 階段式電流保護(hù)的原理4第三章保護(hù)配合的整定8第四章繼電保護(hù)設(shè)備的選擇114.1 電流互感器的選擇114.2 繼電器的選擇11第五章二次展開原理圖的繪制135.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖135.2 保護(hù)測(cè)量電路145.3保護(hù)跳閘電路14第六章保護(hù)的評(píng)價(jià)15。第一章 設(shè)計(jì)原始材料1.1 設(shè)計(jì)目的理解輸電線路階段式電流保護(hù)的原理圖,展開圖,及保護(hù)裝置中各繼電器的功用,掌握階段式電流保護(hù)的電氣接線,通過設(shè)計(jì).掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì),整定

5、計(jì)算,資料查詢和電氣繪圖等使用方法。1.2具體題目 系統(tǒng)接線圖如下圖,發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)變壓器組方式接入系統(tǒng),開機(jī)方式為兩側(cè)各開一臺(tái)機(jī),變壓器一臺(tái)運(yùn)行,參數(shù)為 線路阻抗為。各段線路的最大電流為: 。過電流保護(hù)的各種參數(shù)為:,。現(xiàn)根據(jù)已知的資料對(duì)BC.CD,DE進(jìn)行過電流保護(hù)。第二章 保護(hù)配置的分析2.1 階段式電流保護(hù)的原理 無時(shí)限電流速斷保護(hù).帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)裝置。他們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動(dòng)電流。即速斷是按照躲開某一點(diǎn)的最大短路電流來整定,限時(shí)速斷是按照躲過前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定,而過電流保護(hù)則是按照躲過最大

6、負(fù)荷電流來整定。由于電流速斷不能保護(hù)線路全長(zhǎng),限時(shí)電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護(hù),因此,為保證迅速而有選擇性的切除故障,常常將電流速斷.限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起,構(gòu)成階段式過電流保護(hù)。具體應(yīng)用時(shí),可只采用速斷加過流保護(hù),或限時(shí)速斷保護(hù)加過流保護(hù),及構(gòu)成兩段式過流保護(hù),也可以三者同時(shí)使用構(gòu)成三段式過流保護(hù)。 由無時(shí)限電流速斷保護(hù),帶時(shí)限電流速斷保護(hù),定時(shí)限過電流保護(hù)相配合構(gòu)成階段式電流保護(hù)裝置。這三部分分別叫做I,II,III段,其中I段無時(shí)限電流速斷保護(hù),段帶時(shí)限電流速斷保護(hù)是主保護(hù),段定時(shí)限過流保護(hù)是后備保護(hù)。電流保護(hù)的主保護(hù)是瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)。1. 電流保

7、護(hù)的主保護(hù) 圖2-2 曲線表示最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式 當(dāng)系統(tǒng)電源電勢(shì)一定,線路上任一點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),短路電流的大小與短路點(diǎn)至電源之間的電抗(忽略電阻)及短路類型有關(guān),三相短路和兩相短路時(shí),流過保護(hù)安裝點(diǎn)的短路電流可用下式表示: 2-1式中 為系統(tǒng)等電源電勢(shì) 為系統(tǒng)等效電源到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的電抗; 為線路千米長(zhǎng)度的正序電抗 為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)的距離。 由上式可知:當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式一定時(shí),流過保護(hù)安裝點(diǎn)的短路電流,是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)距離L的函數(shù)。短路點(diǎn)距離電源越遠(yuǎn)(越大),短路電流值越小。(1) 瞬時(shí)電流速斷(電流保護(hù)段) 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)1的動(dòng)作電流應(yīng)按大于本線路末端短路時(shí)流過保護(hù)安裝點(diǎn)

8、的最大短路電流來整定,即, 2-2式中 為保護(hù)1無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流,又稱一次動(dòng)作電流; 為可靠系數(shù),考慮到繼電器誤差,短路電流計(jì)算誤差和非周期 分量的影響等引入的大于1的系數(shù),一般取1.2-1.3 為被保護(hù)線路末端B母線上的三相短路時(shí)保護(hù)安裝測(cè)量到的最大短路電流,一般取有效值。 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)按上式進(jìn)行整定。保證了相鄰線路上發(fā)生短路故障保護(hù)1不會(huì)誤動(dòng)。這樣選擇了保護(hù)動(dòng)作電流之后,瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)范圍隨系統(tǒng)運(yùn)行方式和短路類型決定。在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí),保護(hù)范圍最大為;在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí),保護(hù)范圍最小為。對(duì)于短線路,由于線路首末段短路時(shí),

9、短路電流數(shù)值相差不大,在最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍可能為0.瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的選擇性是依靠保護(hù)整定值保證的。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù),是用其最小保護(hù)范圍衡量的。規(guī)定最小保護(hù)范圍不能小于線路全長(zhǎng)的百分之十五到百分之二十。 在最小保護(hù)末端(交點(diǎn)N)發(fā)生短路故障時(shí),短路電流用下式計(jì)算。 2-3 2-4 式中 為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下,最大等值電抗; 為輸電線路千米正序電抗。同理,最大保護(hù)區(qū)末端短路時(shí), 2-5則最大保護(hù)長(zhǎng)度為 2-6 式中 為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下最小等值電抗。 通常規(guī)定,最大保護(hù)范圍不應(yīng)小于被保護(hù)線路的50,最小保護(hù)范圍不超過被保護(hù)線路全長(zhǎng)(15-20)。(2) 限時(shí)電流速斷(電流保護(hù)段)

10、由于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng),當(dāng)被保護(hù)線路末端附近短路時(shí),必須由其他的保護(hù)來切除。為了滿足速動(dòng)的要求,保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)可能盡量的短。為此可增加一套帶時(shí)限的電流速斷保護(hù),用于切除瞬時(shí)電流速斷保護(hù)以外的短路故障。這種帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)范圍以外的短路故障稱為限時(shí)電流速斷保護(hù)。要求限時(shí)電流速斷保護(hù)要保護(hù)線路的全長(zhǎng)。 為了滿足選擇性,保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。 2-7 2-8式中 =1.3 為變壓器低壓母線D點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),流過保護(hù)安裝最大短路電流。為了保證選擇性,保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限,還要與保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù),保護(hù)3的差動(dòng)

11、(或瞬時(shí)電流速斷保護(hù))動(dòng)作時(shí)限相配合,即: 2-9為時(shí)限級(jí)差。對(duì)于不同型式的斷路器及保護(hù)裝置,時(shí)限級(jí)差在0.3-0.6范圍內(nèi)。靈敏度 2-10對(duì)靈敏度的要求:1.3-1.5 如果靈敏度不能滿足要求時(shí),一般可降低保護(hù)動(dòng)作電流的方法來解決,即本線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的啟動(dòng)電流與相鄰線路的限時(shí)速斷電流保護(hù)相配合。即; 2-11第三章 保護(hù)配合的整定1 電流保護(hù)的整定與校驗(yàn)(1) 系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下的等值阻抗 最大運(yùn)行方式下,等值阻抗最小,即三臺(tái)發(fā)電機(jī)并行,并聯(lián)。(2) 系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下的等值阻抗最小運(yùn)行方式下,等值阻抗最小,即三臺(tái)發(fā)電機(jī)并行,投入運(yùn)行。(3) 短路點(diǎn)的選取:B點(diǎn),C點(diǎn),D點(diǎn),E點(diǎn)

12、(4) 短路電流計(jì)算 最大運(yùn)行方式下的短路電流 保護(hù)1 保護(hù)2 保護(hù)3 最小運(yùn)行方式下的短路電流保護(hù)1段 保護(hù)2段 保護(hù)3段 A. 保護(hù)1,保護(hù)2段,保護(hù)3段的電流保護(hù)段的整定與校驗(yàn) 整定電流 保護(hù)1段 保護(hù)1段電流速斷在最小運(yùn)行方式下無保護(hù)區(qū)保護(hù)2段 保護(hù)2段電流速斷在最小運(yùn)行方式下無保護(hù)區(qū)保護(hù)3段 保護(hù)3段電流速斷在最小運(yùn)行方式下無保護(hù)區(qū)B.保護(hù)1,保護(hù)2,保護(hù)3的電流保護(hù)段的整定及校驗(yàn) 保護(hù)2 不滿足靈敏度要求保護(hù)3 不滿足靈敏度要求C.保護(hù)1,保護(hù)2,保護(hù)3的電流保護(hù)段的整定及校驗(yàn)保護(hù)1 保護(hù)2 保護(hù)3 近后備 滿足靈敏度要求 滿足靈敏度要求 滿足靈敏度要求遠(yuǎn)后備 滿足靈敏度要求滿足靈

13、敏度要求第四章 繼電保護(hù)設(shè)備的選擇4.1 電流互感器的選擇互感器是按比例變換電壓或電電流的設(shè)備。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或10A,均指額定值),以便實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表、保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型,其一次側(cè)接在一次系統(tǒng),二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼電保護(hù)裝置等。同時(shí)互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng),以保證人身和設(shè)備的安全。(1)小電流選線裝置用零序電流互感器小電流選線裝置本身沒有整定值,零序電流只是裝置的判據(jù)之一,要求零序電流互感器在一次接地電流較小時(shí),和非金屬性接地時(shí),零序電流互感器也要有一定的輸出,來滿足裝置啟動(dòng)的門坎值。裝置本身的負(fù)載阻抗并不

14、大,但需要通過電纜將各個(gè)零序電流互感器與裝置連接起來,所以電纜的阻抗就是零序電流互感器的主要負(fù)載阻抗,這種零序電流互感器的負(fù)載阻抗一般為2.5左右,經(jīng)過多年實(shí)踐和試驗(yàn)得知與小電流選線裝置配套的零序電流互感器選用:(2)與DD11/60型繼電器配套使用的零序電流互感器DD11/60型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為10,COS=0.8,與ENRLJ(K)××A型零序電流互感器是其配套產(chǎn)品,二次電流60mA時(shí)零序電流互感器一次電流4A。(3)與DL11/0.2型繼電器配套使用的零序電流互感器 DL11/0.2型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為10,COS=0.8,我公司生產(chǎn)的ENRLJ(K)×

15、;×B型零序電流互感器是其配套產(chǎn)品,二次電流0.2A時(shí)零序電流互感器一次電流10A。(4)精度與容量(額定負(fù)荷)的關(guān)系國(guó)標(biāo)中規(guī)定:“在額定頻率及額定負(fù)荷下,電流誤差,相位差和復(fù)合誤差不超過上表所列限值?!彼运x零序電流互感器的容量要與二次回路(裝置及回路)阻抗匹配,才能達(dá)到上表精度,如所選容量大時(shí)零序電流互感器在使用時(shí)將出現(xiàn)正誤差,反之則出現(xiàn)負(fù)誤差。4.2 繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應(yīng)該是:繼電器的主要技術(shù)性能,如觸點(diǎn)負(fù)荷,動(dòng)作時(shí)間參數(shù),機(jī)械和電氣壽命等,應(yīng)滿足整機(jī)系統(tǒng)的要求;繼電器的結(jié)構(gòu)型式(包括安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要;經(jīng)濟(jì)合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇

16、繼電器型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)之一,使用環(huán)境和工作條件的差異,對(duì)繼電器性能有很大的影響。使用環(huán)境條件主要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40攝氏度下的最大相對(duì)濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動(dòng)和沖擊。此外,尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同,繼電器承受的環(huán)境力學(xué)條件各異,超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境力學(xué)條件下使用,有可能損壞繼電器,可按整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或高一級(jí)的條件選用。(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中,與用戶密切相關(guān)的是線圈的工作電壓(或電流),而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對(duì)其進(jìn)

17、行判斷、考核的參數(shù),它只是一個(gè)工作下限參考值。不少用戶因不了解繼電器動(dòng)作原理的特殊性,往往把吸合電壓(或電流)錯(cuò)認(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流),而把工作電壓值取在吸合電壓值上,這是十分危險(xiǎn)也是不允許的。因?yàn)槲现抵皇潜WC繼電器可靠動(dòng)作的最小 輸入量,而繼電器動(dòng)作后,還需要一個(gè)保險(xiǎn)量,以提高維持可靠閉合所需的接觸壓力、抗環(huán)境作用所需的電磁吸力。否則,一旦環(huán)境溫度升高或在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條 件下,或輸入回路電流波動(dòng)和電源電壓降低時(shí),僅靠吸合值是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時(shí),首先看繼電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)線 路所能提供的電壓相符,絕不能與繼電器吸合值相比。(3)根據(jù)

18、負(fù)載情況選擇繼電器觸點(diǎn)的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點(diǎn)是繼電器的接觸系統(tǒng)。國(guó)外和國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期實(shí)踐證明,約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點(diǎn)上。這除了與繼電器本身結(jié)構(gòu)與制造因素密切相關(guān)之外,未能正確選用和使用也是重要因素之一。且大多數(shù)問題是由于用戶的實(shí)際負(fù)載要求與繼電器觸點(diǎn)額定負(fù)載不同而引起的。根據(jù)控制要求確定觸點(diǎn)組合形式,如需要的是常開還是常閉觸點(diǎn)或轉(zhuǎn)換觸點(diǎn);根據(jù)被控回路多少確定觸點(diǎn)的對(duì)數(shù)和組數(shù);根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量大小確定觸點(diǎn)有關(guān)參數(shù),如額定電壓、電流與容量,有時(shí)還需要考慮對(duì)觸點(diǎn)接觸電阻、抖動(dòng)時(shí)間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點(diǎn)切換的額定值,電磁繼電器一般規(guī)定它的性質(zhì)及大小。它的含義是指在規(guī)定的動(dòng)作次

19、數(shù)內(nèi),在定的電壓和頻率下,觸點(diǎn)所能切換的電流的大小。這一負(fù)載值是由繼電器結(jié)構(gòu)要素決定的。為了便于考核比較,一般只規(guī)定阻性負(fù)載。在實(shí)際使用中需要切換其它性質(zhì)的負(fù)載。(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器繼電器的工作狀態(tài)主要是指輸入信號(hào)對(duì)線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計(jì)是對(duì)應(yīng)于不同的輸入信號(hào)狀態(tài)的,有長(zhǎng)期連續(xù)作用的信號(hào),有短期重復(fù)工作(脈沖)信號(hào)。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號(hào)的長(zhǎng)期作用。對(duì)脈沖信號(hào)還要考慮脈沖頻率、通斷比等。因此,要根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)選用適合于不同工作狀態(tài)的繼電器,一般不允許隨便使用,特別要注意不能將短期工作狀態(tài)的繼電器使用在連續(xù)工作狀態(tài),高溫工作條件下尤其要注意。在實(shí)際切換功率負(fù)載或大功率

20、負(fù)載時(shí),尤其要考慮不宜切換速率過高。一般應(yīng)少于10-20次/min。最大循環(huán)速率為:0.1次/(最大吸合時(shí)間最大釋放時(shí)間)s。(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇繼電器工作位置與其結(jié)構(gòu)有關(guān),大多數(shù)繼電器可在任意位置下工作,但也有部分繼電器工作位置有具體的規(guī)定。例如普通水銀繼電器,就規(guī)定要直立安裝,其偏斜極限不得超過30,否則,由于水銀的連接中斷將不起繼電器作用。繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的要求外,還必須考慮到各種動(dòng)態(tài)特性,即吸合時(shí)間、釋放時(shí)間,由于電流的波動(dòng)因素造成的抖動(dòng),以及觸點(diǎn)碰撞造成的回跳等。第五章 二次展開原理圖的繪制5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖 繼電保護(hù)接線圖一般可以用原理接線圖和展開圖兩種形式來表示。原理接線圖中的每個(gè)功能塊,再有電磁型繼電器實(shí)現(xiàn)時(shí)可能是一個(gè)獨(dú)立的原件,但在數(shù)字式保護(hù)和集成電路式保護(hù)中,往往將幾個(gè)功能塊用一個(gè)原件實(shí)現(xiàn)。如圖4所示,每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都畫在一個(gè)圖形中,所有元件都用設(shè)備文字符號(hào)表示,如圖中KA表示電流繼電器,KT表示時(shí)間繼電器,KS表示時(shí)間繼電器。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理能給出一個(gè)完整的概念。圖4 三段式電流保護(hù)原理接線圖5.2 保護(hù)測(cè)量電路展開圖中交

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