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電力系統微機保護及綜合自動(dòng)化實(shí)驗裝置
概述
1、電力系統綜合自動(dòng)化發(fā)電機組（簡(jiǎn)稱(chēng)“發(fā)電機組”）1件
2、電力系統綜合自動(dòng)化控制柜（簡(jiǎn)稱(chēng)“控制柜”）1件
3、電力系統綜合自動(dòng)化實(shí)驗臺（簡(jiǎn)稱(chēng)“實(shí)驗臺”）1件
4、≧15KVA自耦調壓器 1件
5、負載柜 1件
6、電力系統綜合自動(dòng)化單機監控臺（簡(jiǎn)稱(chēng)“單機監控臺”）1件
7、實(shí)驗導線(xiàn)及配件 1件
參數要求
一、系統組成
1 發(fā)電機組
由安裝在同一個(gè)軸上的三相同步發(fā)電機，直流電動(dòng)機，測速裝置和功角指示器組成。采用直流電動(dòng)機模擬汽輪機，所有配件均固定在可移動(dòng)的推車(chē)上，方便學(xué)生做實(shí)驗。相關(guān)器件參數如下：
三相同步發(fā)電機：SN=2.5KVA, VN=400V
直流電動(dòng)機：PN=3kW, VN=440V，IN=8.6A，nN=1500rpm
測速裝置采用圖爾克1024光電編碼器。
功角指示器采用特制頻閃燈、標刻度圓盤(pán)和指針構成。
2 實(shí)驗臺
實(shí)驗臺由輸電線(xiàn)路單元，測量?jì)x表單元，微機線(xiàn)路保護測控裝置和合閘時(shí)間設置、短路故障類(lèi)型設置及短路時(shí)間設置等構成。
輸電線(xiàn)路單元：采用雙回輸電線(xiàn)路，每條輸電線(xiàn)路分兩段，并設置有中間開(kāi)關(guān)站，可以構成四種不同聯(lián)絡(luò )阻抗
測量?jì)x表單元：電壓表3只，電流表3只，三相有功功率表1只，三相無(wú)功功率表1只，功率因數表1只和同期表1只。
微機線(xiàn)路保護測控裝置：該微機線(xiàn)路保護測控裝置適用于110KV及以下系統饋電線(xiàn)路的保護、測量及控制。應該具備以下主要功能：
1）三段式相間過(guò)流保護：定時(shí)限/反時(shí)限特性，方向元件閉鎖，低電壓元件閉鎖
2）三段式零序過(guò)流保護：定時(shí)限/反時(shí)限特性，零序方向元件閉鎖，零序電壓元件閉鎖
3）獨立的加速保護：相電流加速，零序電流加速
4）低頻減載：滑差閉鎖，低電壓閉鎖
5）低壓減載
6）過(guò)負荷保護
7）三相一次重合閘：重合閘充電指示，非同期/檢同期/檢無(wú)壓方式，檢同期時(shí)母線(xiàn)電壓自動(dòng)適應線(xiàn)路側電壓，勿需整定電壓相別
8）接地選線(xiàn)：接地告警3U0/3I0，集中/分散選線(xiàn)
9）采集和顯示電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數、頻率；4路脈沖量；
10） 16路遙信量
11）遙控分合、閉鎖及遠方定值修改
12）保護投入/退出，遠方定值區切換
13）電流測量值優(yōu)于1%、電流波形測試功能。
14）故障電流波形觀(guān)測
15）500M帶寬4通道加外觸發(fā)通道的VPO（Visual Persistence Oscilloscope）信號處理技術(shù)，快速觀(guān)察真實(shí)波形。開(kāi)標時(shí)需提供樣機演示，雙采樣模式，不小于4GSa/s實(shí)時(shí)采樣率和100GSa/s等效采樣率，兩通道同時(shí)開(kāi)啟時(shí)為不小于2GSa/s每通道實(shí)時(shí)采樣率。每一通道提供獨立的25k以上記錄長(cháng)度
第三代數字存儲示波器，能同時(shí)顯示幅度、時(shí)間和波形強度。不小于8英寸的高分辨率TFT LCD屏幕顯示，提供波形顯示輝階模式和色溫模式，分割視窗功能，能同時(shí)獨立觸發(fā)及顯示每通道的波形信號。有交替觸發(fā)功能，能同時(shí)顯示4路以上的信號 。內置50Ω/75Ω/1MΩ三種不同的輸入阻抗，可選配電源分析軟件以支持開(kāi)關(guān)電源的測量與分析， 可選配串行總線(xiàn)的觸發(fā)、解碼功能，軟件可支持I2C、SPI和UART可和電腦連接通訊，有相關(guān)軟件FREEWAVE下載并支持電腦連接操作?？擅赓M升級可擴充的應用軟件，允許用戶(hù)隨時(shí)在機器上安裝額外提供的應用軟件配備USB接口， LAN接口、RS232接口、VGA視頻輸出接口等多國語(yǔ)言選擇功能觸發(fā)功能，除了邊沿觸發(fā)外，還包括視頻、脈沖寬度、矮波、上升時(shí)間和下降時(shí)間(定義時(shí)間長(cháng)度)、交替、時(shí)間延遲、事件延遲以及Hold-Off功能。雙顯示視窗放大功能，同時(shí)顯示主要波形和放大波形兩部分內容。多項自動(dòng)測量，總體分為三種重要的參數類(lèi)別：幅度、時(shí)間/頻率和延遲 。
X-Y模式，可以在屏幕上同時(shí)顯示所輸入的時(shí)域信號以及X-Y波形。游標可以測試時(shí)域波形或任意定義在X-Y信號的相關(guān)測試位置。測試探棒除了配備無(wú)源探棒外，也可選配差分探棒或電流探棒來(lái)進(jìn)行其他的測試應用。
垂直分辨率：8位
垂直檔位：2mV~5V/div
*高輸入電壓：至少300V (DC+AC峰值)，CAT I
波形數學(xué)運算：加、減、乘、除、FFT，FFTrms
水平時(shí)基：1ns/div~100s/div(1-2-5步進(jìn)) ; ROLL : 100ms/div~100s/div
信號獲取方式：采樣、平均、峰值偵測、高分辨率，
(LCD顯示器和測試棒除外）
溫度檢測控制部分：
1. 視場(chǎng)角/*小成像距離:20°x15°/0.1m（多鏡頭可選）
2. 溫度靈敏度:0.08°C @ 30°C
3. 探測器類(lèi)型:非制冷焦平面
4. 分辨率:160*120
5. 工作波段:8-14um
6. 聚焦方式:手動(dòng)對焦
7. 空間分辨率:2.2mrad
8. 圖像模式:紅外（鐵紅，反鐵紅，彩虹，醫療，白熱，黑熱）
9. 液晶顯示屏:3.5'TFT屛
10. 視頻輸出:PAL（50Hz）或NTSC（60Hz）復合視頻（直接通過(guò)機器插入視頻線(xiàn)輸出，無(wú)需底座）
11. 溫度范圍:—20°C~1500°C
12. 測溫精度:±2°C或讀數的2%
13. 測溫模式:1個(gè)可移動(dòng)點(diǎn)及*高溫/*低溫捕獲
14. 控制設置:語(yǔ)言/時(shí)間/偽彩/單位
15. 參數修正:輻射率，環(huán)境溫度，距離，相對濕度
16. 類(lèi)型:可移動(dòng)2GB SD卡（可存儲16000幅標準紅外熱圖圖像），*高支持16GB
17. 文件格式:.UIR
18. 具有激光指示功能。
19. 具有溫度上下限報警設置功能
20. 電池類(lèi)型/工作時(shí)間：可充電鋰電池/2.5小時(shí)
21. 節電模式：休眠模式
特別技術(shù)規格要求：IP54抗沖擊性（工作時(shí)） 25G/抗震動(dòng)性（工作時(shí)） 2G/軟件分析報告：可快速自動(dòng)生成報告，可方便轉換為WORD文檔。合閘時(shí)間設置、短路故障類(lèi)型設置及短路時(shí)間設置：可設置并網(wǎng)斷路器合閘時(shí)間、三相輸電線(xiàn)路短路類(lèi)型和短路時(shí)間，還可觀(guān)測暫態(tài)電流、電壓波形。
3 控制屏：控制屏由儀表單元，微機調速器裝置，微機準同期裝置，微機勵磁裝置和常規勵磁裝置組成。儀表單元：直流電壓表、直流電流表各2只，分別指示原動(dòng)機電樞電壓和電流、發(fā)電機勵磁電壓和電流。交流電壓表1只，指示控制柜工作電源電壓。
微機調速裝置具有如下功能：
1)主要技術(shù)特點(diǎn)
①全智能化、數字化設計，所有功能均由軟件實(shí)現，沒(méi)有電位器、撥位開(kāi)關(guān)等機械磨損元件；②數字調差環(huán)節。本裝置用數字電路及軟件構成調差環(huán)節，直接用數字給定調差率。其結構簡(jiǎn)單、調整方便、準確、直觀(guān)，并使整機實(shí)現全數字化。它解決了傳統的勵磁調節器借助于模擬調差電阻形成壓降，獲得調差率，同時(shí)也克服了利用無(wú)功變送器來(lái)測量無(wú)功電流求調差率，其體積大，響應速度慢，成本高的缺點(diǎn)，它沒(méi)有用交流采樣通過(guò)富立葉級數求無(wú)功電流及調差率的復雜。比較適用于直流整流采樣的系統；
③采用變結構與變參數的自適應控制及改進(jìn)型PID控制算法。根據電力系統運行狀態(tài)在線(xiàn)變結構與變參數，可使得在起勵時(shí)加快起勵過(guò)程，減少超調，并加快并網(wǎng)過(guò)程。在正常運行時(shí)與小撓動(dòng)時(shí)提高電壓與無(wú)功調節精度及提高靜穩定極限，提高有功、無(wú)功輸送能力：在大撓動(dòng)時(shí)可使微分量作用在各采樣周期能按偏差量均勻起作用，并減少積分作用，這在加快調節速度、提高調節品質(zhì)的同時(shí)、提高控制系統穩定性、提高電力系統暫態(tài)穩定性及防止電力系統低頻振蕩；
④采用多串口。電站機組臺數較多且容量較大時(shí)用現場(chǎng)總線(xiàn)結構，上下位機集散控制。本裝置具有多個(gè)串行口可在中控室通過(guò)上位機系統進(jìn)行遠方監控，同時(shí)一臺上位機可通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接多臺調節器，并便于接入電廠(chǎng)綜合自動(dòng)化系統；
⑤人機對話(huà)友好。采用液晶屏中文字幕或觸摸屏，遠方用工控機監控；
⑥運行方式多樣，操作簡(jiǎn)單。正常運行時(shí)具有恒壓，恒勵，恒COS的調節方式。
2)主要功能
①恒電壓運行；
②恒勵流運行及恒COS運行。（這兩種方式只能在并網(wǎng)后使用）；
③遠控功能?？蛇h控增勵，減勵及滅磁；
④串口通訊?？膳c中控室上位機進(jìn)行通訊（需選配）；
⑤過(guò)勵限制，欠勵限制；
⑥*大勵磁限制，V/F限制；
⑦過(guò)電壓保護。當機端電壓大于130%時(shí)，自動(dòng)滅磁。當斷路器跳閘時(shí)自動(dòng)將機端電壓給定在95％額定電壓，防止過(guò)電壓；
⑧強行減磁。當機組甩負荷，機端電壓升高時(shí)，調節器增大控制角，進(jìn)行強行減勵，迅速降低機端電壓；
⑨軟滅磁。在正常停機時(shí)，按觸摸屏上的滅磁按紐使可控硅的觸發(fā)角增大到逆變狀態(tài)使輸出勵磁變得足夠小來(lái)進(jìn)行逆變滅磁。然后再跳滅磁開(kāi)關(guān)。這樣就避免了滅磁的時(shí)候出現火花，達到保護滅磁開(kāi)關(guān)和相關(guān)滅磁器件的作用。
3)主要技術(shù)指標
①A/D轉換：8路12位；
②采樣頻率：1次/周波；脈沖輸出：一次/周波；
③移相觸發(fā)范圍：三相單相半控橋為0～160度；單相、三相全控橋為0～135度；
④自動(dòng)調壓范圍：20％～130％ ；手動(dòng)調壓范圍；20％～120％；
⑤零起升壓：超調量小于10%～15%，調節時(shí)間3～5秒，振蕩次數＜3～5次；
⑥10%階躍響應：超調量小于5%，振蕩次數1次，調節時(shí)間小于3秒；
⑦調壓精度：1%；
⑧調差率整定范圍±10%內均勻無(wú)級差調整；
⑨電壓響應時(shí)間：上升＜0.08秒，下降＜0.15秒；
⑩頻率特性：在頻率變化±1%，電壓變化值小于±0.05%；
⑾采樣系統線(xiàn)性度：偏差≯0.1%。
微機準同期裝置具有如下功能：
1）高精度的時(shí)標計算頻差、相位差，以毫秒級的精度實(shí)現合閘提前時(shí)間壓功能，半自動(dòng)時(shí)閉鎖自動(dòng)調頻調壓功能；
2）可以方便地設定頻差、壓差和自動(dòng)調節功能；
3）液晶顯示，中文菜單操作；
4）在線(xiàn)整定和修改頻差、壓差允許值和導前時(shí)間；
5）具有波形觀(guān)測孔，可觀(guān)察合閘脈沖相對于三角波的位置、發(fā)電機電壓波形、系統電壓波形和矩形波波形等。6） 全智能快速自動(dòng)調頻、調壓，可實(shí)現快速無(wú)沖擊合閘；7）具有待并兩側ＰＴ電壓和頻率的數字顯示功能，具有直觀(guān)的模擬整步指示燈，可以取代同期屏；
微機準同期調節器其技術(shù)要求：
工作電源：采用系統PT電壓，85VAC～130VAC
輸出觸點(diǎn)容量：25A，28VDC／240VAC
整機功耗：〈 8W
硬件防干擾電路(看門(mén)狗)響應時(shí)間：40ms
合閘相位誤差：〈 2°
頻率判斷誤差：〈 0.02Hz
電壓判斷誤差：〈 1%
頻差整定范圍：0.2Hz～0.5Hz
壓差整定范圍： 3%、5%、8%
合閘提前時(shí)間整定范圍：0.10s～0.30s
常規勵磁裝置具有如下功能：
1）采用PI調節,具有恒UF功能，恒壓精度為0.5%Ued
2）面板上設置有觀(guān)測波形的測試孔。
3）具有*小，*大勵磁電流值的限制。
4）能適應多種反饋及保護信號的輸入。
4 無(wú)窮大系統
采用自耦調壓器模擬無(wú)窮大系統，具體參數如下：
SN=15KVA,UN=380V,副邊0-430V可調。
5 負載
阻性負載包括不小于2kW電阻負載，通過(guò)開(kāi)關(guān)投切可調節阻性負載的大小，而且有散熱裝置，能夠保證負載持續工作兩小時(shí)。
感性負載通過(guò)開(kāi)關(guān)投切可調節感性負載的大小，總負載不小于1.6KVar。
6 仿真硬件平臺
仿真硬件平臺包括信號轉換裝置，多通道數據采集卡及相應的切換開(kāi)關(guān)，計算機及上位機軟件，軟件平臺開(kāi)放，學(xué)生能夠進(jìn)行編程實(shí)驗。具體配置如下：
1）信號轉換裝置硬件資源如下：
u 13路模擬量輸入
u 1路模擬量輸出
u 17路開(kāi)關(guān)量輸入
u 24路開(kāi)關(guān)量輸出
2）多通道數據采集卡采用NI 6229采集卡，采樣速率250ks/s,16路差分輸入，16位數據采樣，4路模擬量輸出，48路開(kāi)關(guān)量。
3）上位機軟件
上位機應用控制軟件基于美國NI公司LabVIEW軟件設計，軟件平臺開(kāi)放，允許教師或學(xué)生自行設計算法，并驗證。具體功能要求如下：
（1）監控功能
能實(shí)現線(xiàn)路開(kāi)關(guān)運行狀態(tài)的監控；
能監控自動(dòng)裝置和保護裝置（準同期，勵磁，調試和線(xiàn)路保護）運行狀態(tài)；
能監測系統的運行狀態(tài)；
（2）仿真功能
可仿真勵磁功能，調節發(fā)電機組的電壓和無(wú)功；
可仿真同期功能，實(shí)現發(fā)電機組的并網(wǎng)。
可實(shí)時(shí)采集到電流、電壓動(dòng)態(tài)波形
可仿真線(xiàn)路保護功能，實(shí)現對線(xiàn)路的保護
（3）智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )化控制內置兩個(gè)WiFi信號源
工作頻率：2.4GHz—2.5GHz；
收/發(fā)光波長(cháng)：1550nm/1550nm；
光輸出功率：4dbm+-2dbm；
光輸入功率：-4dbm(Minimum)
吞吐量：上行下行≥18Mbps；
支持光電/電光轉換無(wú)線(xiàn)信號，WiFi信號本地產(chǎn)生和處理，本地可對所有WiFi信號集中和統一管理，實(shí)現可管、可控、可測；
WiFi協(xié)議：IEEE802.11b/g；
工作電壓：AC 220VAC；
射頻交換：支持；
遠距離傳輸：支持，模擬光纖傳輸*遠必須達到5000米；覆蓋范圍：室內覆蓋半徑50米，室外覆蓋半徑100米；
信號分路：支持信號分路，即可將射頻信號分為多路；
功能：遠端信號發(fā)射與接收；
電/光轉換：支持；
接口類(lèi)型：光纖接口，射頻接口；
本套實(shí)驗裝置既包含了各種常規的檢測裝置，又包含了SIEMENS PA接口的總線(xiàn)檢測裝置；
現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統從上位機控制系統到現場(chǎng)儀表之間清晰的分為三層，其中人機界面和主控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，構成了整個(gè)控制系統的管理級；主控制器、遠程分布式I/O模塊、變頻器、DP/PA耦合器之間通過(guò)PROFIBUS-DP協(xié)議進(jìn)行通信，構成了控制系統的控制級；控制級通過(guò)DP/PA鏈路延伸出下一級PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò )，壓力傳感器、電磁流量計、溫度變送器和閥門(mén)定位器直接掛接在同一條PROFIBUS-PA總線(xiàn)上，這樣就實(shí)現了現場(chǎng)儀表通過(guò)DP/PA鏈路和主控制器之間的數據交換
被控參數全面，涵蓋了連續性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數；
真實(shí)性、直觀(guān)性、綜合性強，控制對象組件全部來(lái)源于工業(yè)現場(chǎng)；
(4)計算機：：顯示器尺寸：19英寸；：Intel雙核；CPU 頻率：2.0GHz；內存容量：4GB DDR3；硬盤(pán)容量：320GB 7200轉；光驅類(lèi)型：DVD-ROM；產(chǎn)品類(lèi)型：商用臺式機；顯卡類(lèi)型：集成顯卡；音頻系統：集成有線(xiàn)網(wǎng)卡
7. 微機成套保護裝置技術(shù)要求
1)主要性能特點(diǎn)：
1．集成電路全部采用工業(yè)品或軍品，使得裝置有很高的穩定性和可靠性；
2．采用32位DSP作為保護CPU，配置大容量的RAM和Flash Memory；數據運算、邏輯處理和信息存儲能力強，可靠性高，運行速度快；
3．采用16位A/D作為數據采集，數據采集每周24點(diǎn)，保護測量精度高；
4．采用圖形液晶，全中文顯示菜單式人機交互；可實(shí)時(shí)顯示各種運行狀態(tài)及數據，信息詳細直觀(guān)，操作、調試方便；
5．可獨立整定8套保護定值，定值區切換安全方便；
6．大容量的信息記錄：可保存不小于100個(gè)*近發(fā)生的歷史報告,可帶動(dòng)作參數，掉電保持，便于事故分析；
7．通信規約采用IEC-60870-5-103規約或MODBUS規約可選，設有雙RS-485通信接口；組網(wǎng)經(jīng)濟、方便,可直接與微機監控或保護管理機聯(lián)網(wǎng)通訊；
8．具有錄波功能，裝置記錄保護跳閘前4周波，跳閘后6周波（每周波24點(diǎn)）的采樣數據，保護跳閘后上送變電站自動(dòng)化主站，也可以通過(guò)故障分析軟件進(jìn)行故障分析；數據采集控制系統:4線(xiàn)電阻屏、2點(diǎn)觸屏檢測;模塊的*大連接數：10（*大測量通道數：100）;運算通道數：100;通信通道數：300;內部存儲器：500MB（介質(zhì)：閃存）;外部存儲介質(zhì)：SD存儲卡（*大32G）;USB接口：兼容USB 2.0標準;通信功能：以太網(wǎng)，兼容IEEE802.3標準
連接圖：級聯(lián)，分區長(cháng)度：*大100米;FTP客戶(hù)端功能、FTP服務(wù)器功能、Web服務(wù)器功能、SNTP客戶(hù)端功能、SNTP服務(wù)器功能、DHCP客戶(hù)端功能;其他功能：
安全功能：鎖鍵功能、登錄功能;時(shí)鐘功能：日歷功能、精度：±5ppm（0-50℃）
9．可測量參數：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、相位角、頻率、電壓峰值、電流峰值、峰值因數、積分（Wh，Ah，Varh，Vah）等；能夠滿(mǎn)足同時(shí)測量電壓RMS/MEAN值，峰值因素*大300；能夠同時(shí)測量3個(gè)電壓或者電流的頻率；能進(jìn)行效率測試和用戶(hù)自定義功能。
10．保護出口方式可以按照保護配置，出口設置方便靈活。
提供原生產(chǎn)廠(chǎng)家授權書(shū)、廠(chǎng)家售后承諾及產(chǎn)品樣本。
二、在本系統上至少可開(kāi)設下列實(shí)驗項目
1、發(fā)電機組的起動(dòng)與運轉實(shí)驗
2、同步發(fā)電機勵磁控制實(shí)驗
實(shí)驗一 不同α角（控制角）對應的勵磁電壓波形實(shí)驗
實(shí)驗二 典型方式下的同步發(fā)電機起勵實(shí)驗
實(shí)驗三 勵磁調節器控制方式及其相互切換實(shí)驗
實(shí)驗四 跳滅磁開(kāi)關(guān)滅磁和逆變滅磁實(shí)驗
實(shí)驗五 伏赫限制實(shí)驗
實(shí)驗六 欠勵限制實(shí)驗
實(shí)驗七 同步發(fā)電機強勵實(shí)驗
實(shí)驗八 調差實(shí)驗
實(shí)驗九 過(guò)勵磁限制實(shí)驗
3、同步發(fā)電機準同期并列運行實(shí)驗
實(shí)驗一 自動(dòng)準同期條件測試實(shí)驗
實(shí)驗二 線(xiàn)性整步電壓形成（相敏環(huán)節）測試實(shí)驗
實(shí)驗三 壓差、頻差和相差閉鎖與整定實(shí)驗
實(shí)驗四 導前時(shí)間整定及測量方法實(shí)驗
實(shí)驗五 手動(dòng)準同期并網(wǎng)實(shí)驗
實(shí)驗六 半自動(dòng)準同期并網(wǎng)實(shí)驗
實(shí)驗七 自動(dòng)準同期并網(wǎng)實(shí)驗
實(shí)驗八 微機準同期裝置基本操作實(shí)驗
實(shí)驗九 自動(dòng)準同期條件測試
實(shí)驗十 線(xiàn)性整步電壓形成（相敏環(huán)節）測試
實(shí)驗十一 導前時(shí)間整定及測量方法
實(shí)驗十二 壓差、頻差和相差閉鎖與整定
4、 單機--無(wú)窮大系統穩態(tài)運行方式實(shí)驗
5、電力系統功率特性和功率極限實(shí)驗
提高電力系統靜態(tài)穩定性實(shí)驗
6、 電力系統暫態(tài)穩定實(shí)驗
提高電力系統暫態(tài)穩定性的措施
7、 單機帶負荷實(shí)驗
8、 同步發(fā)電機實(shí)驗
實(shí)驗一 同步發(fā)電機空載實(shí)驗和短路實(shí)驗
實(shí)驗二 同步發(fā)電機V形曲線(xiàn)及零功率因數測定實(shí)驗
實(shí)驗三 同步發(fā)電機外特性實(shí)驗
相關(guān)實(shí)驗實(shí)訓裝置：
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