CN110866739A - 一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，本发明的方法在固定的装置配置资金约束条件下，分析了抢修人员的故障排查路径；考虑了从故障发生到故障排除整个过程，以自动化终端设备的位置和类型进行分类，得到了可能的最长寻址距离和停电用户数；在配电网单电源辐射状的拓扑结构中，设计了一种综合停电时间，作为自动化终端配置新的评估指标，在配电网自动化终端设备优化配置的工程应用方面具有重要的现实意义。

Description

一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法。

背景技术

随着社会经济的发展，配电网的网架结构越来越复杂，电力用户对于供电可靠性的要求也越来越高，为了更好的达到用户对于优质供电水平的需求，实现配电网的管理和控制，需要科学地开展配网网架的规划和自动化终端的配置，建立安全高效的信息化配电管理***。其中，对配电网进行自动化终端的安装配置，不仅能提高配电网的供电可靠性，有效减少停电对用户带来的损失，还能提高配电网运行的经济性。

自动化终端设备优化配置是非线性的问题，需要确定终端设备的类型、数量和位置，并确保满足供电可靠性要求和节点电压电流等约束条件。目前配电自动化终端配置问题主要考虑的是可靠性和经济性要求。理论情况下，自动化终端设备的数量越多，整个配电网的供电可靠性越高，但此时经济性难以满足要求，为了提高可靠性而增加额外的费用并不是最优的配置方案。

此外，在配电网自动化终端设备优化配置现有方法中，主要存在两个问题。一是约束条件及目标函数设置不符合实际工程应用，偏重对经济性的优化；二是终端的配置方案未完全体现选点、数量以及终端类型这三个方面对评估指标的影响。考虑到在工程的实际应用中，由于各级各区域的配电网对于可靠性有不同的需求，投资金额的预算也不一样。因此，在固定的装置配置资金约束条件下，考虑到抢修人员的故障排查路径，发明一种配电网综合停电时间表示方法作为自动化终端配置的评估标准是很有必要的。

发明内容

本发明提供了一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法。本发明克服现有技术存在的不符合实际工程应用的缺陷，能够实现在配电网单电源辐射状的拓扑结构中，以自动化终端设备的位置、数量和类型进行分类，分别计算出可能的最长寻址距离和停电用户数，得到综合停电时间，作为自动化终端配置新的评估指标，在配电网自动化终端设备优化配置的工程应用方面具有重要的现实意义。

本发明通过下述技术方案实现：

一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，在配电网中配备自动化终端；

步骤2，确定抢修人员故障排查路径；

步骤3，以配电网中最长线路作为主线，按照主线上的终端位置将配电网分为主线首个终端上游、主线末端终端下游以及中间部分三个区域；

步骤4，计算故障发生在主线首个终端上游、主线末端终端下游以及中间主线上相邻终端之间区域的概率；

步骤5，由步骤4计算得到的故障发生概率以及线路长度，计算最长寻址距离；

步骤6，由步骤5计算得到的最长寻址距离计算出停电时间；

步骤7，按照主线上的三遥终端位置将配电网分为主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游以及中间部分三个区域；

步骤8，根据负荷的重要程度，计算每个三遥终端及二遥动作型终端下游的用户数；

步骤9，计算故障发生在主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游以及中间主线上相邻三遥终端或二遥动作型终端之间区域的概率；

步骤10，根据步骤8计算得到的用户数和步骤9得到的故障发生概率，计算故障导致的停电用户数；

步骤11，根据步骤6计算得到的停电时间和步骤10计算得到的停电用户数，计算该配电网的综合停电时间。

优选的，本发明的步骤1还包括明确配电网自动化终端设备安装的数量、位置及类型。

优选的，本发明的步骤2中确定的抢修人员故障排查路径为：在无转供的单电源辐射状配电网中，抢修人员的巡线方式以显示故障的最下游装置作为起点，以最长的线路为主线，自上游至下游方向进行故障寻址；若存在同一点上有多条支路，则按照支路的故障概率由高到低的顺序依次排查。

优选的，本发明的步骤4通过下式计算故障发生概率：

式中，A为故障区域，L(i)为配电网中的线路，L(i)＜L(j)表示L(i)为L(j)的下游线路，P(L(i))为故障发生在线路L(i)上的概率。

优选的，本发明的步骤5通过下式计算最长寻址距离：

式中，L为可能的最长寻址距离，A₁为首个终端上游线路的集合，B₁为主线末端终端下游线路的集合，G为中间部分线路集合，G(g)为相邻终端之间线路的集合，B_Q为所有直接连接负荷的线路集合，C为主线线路的集合，D为支路线路的集合，l(i)为线路i的长度。

优选的，本发明的步骤6通过下式计算停电时间：

T＝t₁+t₂+t₃

t₂＝(d×α)/v₁

t₃＝L/v₂

式中，T为停电时间，t₁为调度层定位及初步故障处理时间，t₂为抢修人员路途时间，t₃为抢修人员寻址时间，d为最近抢修驻点到寻址起点的距离，α为道路拥挤系数，v₁为抢修车辆平均速度，L为抢修人员寻址距离，v₂为抢修人员平均速度。

优选的，本发明的步骤8通过下式计算终端下游用户数：

N＝k₁n₁+k₂n₂+k₃n₃

式中，n₁为终端下游区域中的一级负荷数，n₂为终端下游区域中的二级负荷数，n₃为终端下游区域中的三级负荷数，k₁为一级负荷系数，k₂为二级负荷系数，k₃为三级负荷系数。

优选的，本发明的步骤10通过下式计算停电用户数：

N(i)＝N₁(i)+N₂(i)+N₃(i)＝k₁n₁(i)+k₂n₂(i)+k₃n₃(i)

式中，N_total为该区域等效负荷总数，

为首个三遥终端上游线路集合，X₂为末端三遥终端的集合，X₃为中间部分三遥终端和二遥动作型终端的集合，X(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的三遥终端集合，Y(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的二遥动作型终端集合，N₁(i)、N₂(i)、N₃(i)分别为第i个三遥终端下游一级、二级、三级的等效负荷数，B(i)为第i个三遥终端下游线路的集合。

优选的，本发明的步骤11通过下式计算停电时间：

T_s＝T×N

式中，Ts为综合停电时间，T为停电时间，N为停电用户数。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明的方法在固定的装置配置资金约束条件下，分析了抢修人员的故障排查路径；考虑了从故障发生到故障排除整个过程，以自动化终端设备的位置和类型进行分类，得到了可能的最长寻址距离和停电用户数；在配电网单电源辐射状的拓扑结构中，设计了一种综合停电时间，作为自动化终端配置新的评估指标，在配电网自动化终端设备优化配置的工程应用方面具有重要的现实意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的不考虑转供的简单配电网。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1、在配电网中配备自动化终端。

具体在本实施例中，步骤1中还需要明确配电网自动化终端设备安装的数量、位置及类型。

步骤2、确定抢修人员故障排查路径。

具体在本实施例中，本实施例根据实际工程情况分析了抢修人员的故障排查路径，按照主线以及支路之间的关系确定了搜索路径。具体确定的抢修人员故障排查路径如下：

在无转供的单电源辐射状配电网中，假设抢修人员的巡线方式以显示故障的最下游装置作为起点，以最长的线路为主线，自上游至下游方向进行故障寻址。若存在同一点上有多条支路，则按照支路的故障概率由高到低的顺序依次排查。

本实施例以自动化终端设备的位置、数量和类型对配电网进行分段，考虑了从故障发生到故障排除整个过程，得到了可能的最长寻址距离和停电用户数，具体由下述步骤3-11实现：

步骤3、以配电网中最长线路作为主线，按照主线上的终端位置将配电网分为主线首个终端上游、主线末端终端下游，以及中间部分三个区域。

步骤4、计算故障发生在主线首个终端上游、主线末端终端下游，以及中间主线上相邻终端之间区域的概率；

本实施例中，通过下式计算故障发生概率：

式中，A为故障区域，L(i)为配电网中的线路，L(i)＜L(j)表示L(i)为L(j)的下游线路，P(L(i))为故障发生在线路L(i)上的概率。

步骤5、由步骤4中得到的每个区域故障概率，以及线路长度计算出可能的最长寻址距离。

本实施例中，通过下式计算最长寻址距离：

式中，L为可能的最长寻址距离，A₁为首个终端上游线路的集合，B₁为主线末端终端下游线路的集合，G为中间部分线路集合，G(g)为相邻终端之间线路的集合，B_Q为所有直接连接负荷的线路集合，C为主线线路的集合，D为支路线路的集合，l(i)为线路i的长度。

步骤6、由步骤5中得到的最长寻址距离计算出停电时间。

本实施例中，通过下式计算停电时间：

T＝t₁+t₂+t₃

t₂＝(d×α)/v₁

t₃＝L/v₂

式中，T为停电时间，t₁为调度层定位及初步故障处理时间，t₂为抢修人员路途时间，t₃为抢修人员寻址时间，d为最近抢修驻点到寻址起点的距离，α为道路拥挤系数，v₁为抢修车辆平均速度，L为抢修人员寻址距离，v₂为抢修人员平均速度。

步骤7、按照主线上的三遥终端位置将配电网分为主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游，以及中间部分三个区域。

步骤8、考虑负荷的重要程度，计算每个三遥终端及二遥动作型终端下游的用户数。

本实施例中，通过下式计算终端下游用户数：

N＝k₁n₁+k₂n₂+k₃n₃

式中，n₁为终端下游区域中的一级负荷数，n₂为终端下游区域中的二级负荷数，n₃为终端下游区域中的三级负荷数，k₁为一级负荷系数，k₂为二级负荷系数，k₃为三级负荷系数。

步骤9、计算故障发生在主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游，以及中间主线上相邻三遥终端或二遥动作型终端之间区域的概率；

步骤10、由步骤8中得到的用户数及步骤9中得到的故障概率，计算出故障可能导致的停电用户数。

本实施例中，通过下式计算停电用户数：

N(i)＝N₁(i)+N₂(i)+N₃(i)＝k₁n₁(i)+k₂n₂(i)+k₃n₃(i)

式中，N_total为该区域等效负荷总数，

为首个三遥终端上游线路集合，X₂为末端三遥终端的集合，X3为中间部分三遥终端和二遥动作型终端的集合，X(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的三遥终端集合，Y(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的二遥动作型终端集合，N1(i)、N2(i)、N3(i)分别为第i个三遥终端下游一级、二级、三级的等效负荷数，B(i)为第i个三遥终端下游线路的集合。

步骤11、由步骤6中得到的停电时间及步骤10中得到的停电用户数，计算出该配电网中的综合停电时间。

本实施例中，通过下式计算停电时间：

T_s＝T×N

式中，Ts为综合停电时间，T为停电时间，N为停电用户数。

本实施例在配电网单电源辐射状的拓扑结构中，设计了一种综合停电时间，作为自动化终端配置新的评估指标，对配电网自动化终端设备优化配置的工程应用方面具有很重要的现实意义。

实施例2

本实施例2对上述实施例1提出的方法进行计算分析，具体过程如下：

一、基于如图2不考虑转供的配电网络，线路长度分别为：l₀＝l₂＝l₅＝l₇＝l₁₀＝1.5km,l₁＝l₃＝l₆＝l₈＝l₉＝1km,l₄＝l₁₄＝1.2km,l₁₁＝0.8km,l₁₂＝l₁₃＝0.5km；线路故障概率分别为：P(l₀)＝P(l₁)＝P(l₃)＝P(l₄)＝P(l₅)＝P(l₁₀)＝P(l₁₃)＝0.02,P(l₂)＝P(l₆)＝P(l₁₄)＝0.05,P(l₇)＝P(l₁₂)＝0.03,P(l₈)＝P(l₉)＝P(l₁₁)＝0.01；LD1为一级负荷，LD2、LD3为二级负荷，LD4、LD5、LD6为三级负荷；“三遥”终端的价格为100，“二遥动作型”终端的价格为80，“二遥标准型”终端的价格为30；装置资金为600；该配电网中自动化终端设备配置情况为：位置2、4、8配置“三遥”终端，位置7、9配置“二遥动作型”终端，位置1、3、10配置“二遥标准型”终端，位置5、6不配置终端。

二、按照图2的配电网络拓扑结构，首先确定抢修人员故障排查路径；

抢修人员故障排查路径为：

在无转供的单电源辐射状配电网中，假设抢修人员的巡线方式以显示故障的最下游装置作为起点，以最长的线路为主线，自上游至下游方向进行故障寻址。若存在同一点上有多条支路，则按照支路的故障概率由高到低的顺序依次排查。

三、以配电网中最长线路L₀-L₁-L₂-L₃-L₄-L₅-L₆作为主线，按照主线上的终端位置将配电网分为位置2“三遥”终端上游、位置8“三遥”终端下游，以及中间部分三个区域；

四、计算故障发生在位置2“三遥”终端上游、位置8“三遥”终端下游，以及中间主线上相邻终端之间区域的概率；

故障概率计算如下：

其中，A为故障区域，L(i)为配电网中的线路，L(i)＜L(j)表示L(i)为L(j)的下游线路，P(L(i))为故障发生在线路L(i)上的概率。

五、由四中得到的每个区域故障概率，以及线路长度计算出可能的最长寻址距离；

最长寻址距离计算如下：

其中，L为可能的最长寻址距离，A₁为首个终端上游线路的集合{L₀,L₁,L₇}，B₁为主线末端终端下游线路的集合{L₆,L₁₃,L₁₄}，G为中间部分线路集合{L₂,L₃,L₄,L₅,L₈,L₉,L₁₀,L₁₁,L₁₂}，G(1)为位置2“三遥”终端和位置4“三遥”终端之间线路的集合{L₂,L₃,L₈}，G(2)为位置4“三遥”终端和位置8“三遥”终端之间线路的集合{L₄,L₅,L₉,L₁₀,L₁₁,L₁₂}，B_Q为所有直接连接负荷的线路集合{L₇,L₈,L₁₁,L₁₂,L₁₃,L₁₄}，C为主线线路的集合{L₀,L₁,L₂,L₃,L₄,L₅,L₆}，D为支路线路的集合{L₇,L₈,L₉,L₁₀,L₁₁,L₁₂,L₁₃,L₁₄}，l(i)为线路i的长度。

六、由五中得到的最长寻址距离计算出停电时间；

停电时间计算如下：

T＝t₁+t₂+t₃

t₂＝(d×α)/v₁

t₃＝L/v₂

其中，T为停电时间，调度层定位及初步故障处理时间t₁＝0.5h，t₂为抢修人员路途时间，t₃为抢修人员寻址时间，最近抢修驻点到寻址起点的距离d＝10km，道路拥挤系数α＝2，抢修车辆平均速度v₁＝40km/h，L为抢修人员寻址距离，抢修人员平均速度v₂＝5km/h。

七、按照主线上的三遥终端位置将配电网分为位置2“三遥”终端上游、位置8“三遥”终端下游，以及中间部分三个区域；

八、考虑负荷的重要程度，计算每个三遥终端及二遥动作型终端下游的用户数；

N(2)＝4·0+2·2+1·3＝7

N(4)＝4·0+2·1+1·3＝5

N(7)＝4·0+2·0+1·1＝1

N(8)＝4·0+2·0+1·2＝2

N(9)＝4·0+2·0+1·1＝1

九、计算故障发生在主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游，以及中间主线上相邻三遥终端或二遥动作型终端之间区域的概率；

十、由八中得到的用户数及九中得到的故障概率，计算出故障可能导致的停电用户数；

停电用户数计算如下：

N(i)＝N₁(i)+N₂(i)+N₃(i)＝k₁n₁(i)+k₂n₂(i)+k₃n₃(i)

其中，Ntotal为该区域等效负荷总数，

为首个三遥终端上游线路集合，X2为末端三遥终端的集合，X₃为中间部分三遥终端和二遥动作型终端的集合，X(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的三遥终端集合，Y(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的二遥动作型终端集合，N₁(i)、N₂(i)、N₃(i)分别为第i个三遥终端下游一级、二级、三级的等效负荷数，B(i)为第i个三遥终端下游线路的集合。

十一、由六中得到的停电时间及十中得到的停电用户数，计算出该配电网中的综合停电时间。

综合停电时间计算如下：

T_s＝T×N

其中，T_s为综合停电时间，T为停电时间，N为停电用户数。

最后以综合停电时间最小为评估指标，可得图2配电网的最优自动化终端配置方案，与其他方案对比结果如下：

计算结果表明：本发明的方法能够完善实际工程应用中配电网自动化终端配置优化问题的评估指标，体现了终端选点、数量以及选型这三个方面对优化配置评估指标的影响。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，在配电网中配备自动化终端；

步骤2，确定抢修人员故障排查路径；

步骤3，以配电网中最长线路作为主线，按照主线上的终端位置将配电网分为主线首个终端上游、主线末端终端下游以及中间部分三个区域；

步骤4，计算故障发生在主线首个终端上游、主线末端终端下游以及中间主线上相邻终端之间区域的概率；

步骤5，由步骤4计算得到的故障发生概率以及线路长度，计算最长寻址距离；

步骤6，由步骤5计算得到的最长寻址距离计算出停电时间；

步骤7，按照主线上的三遥终端位置将配电网分为主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游以及中间部分三个区域；

步骤8，根据负荷的重要程度，计算每个三遥终端及二遥动作型终端下游的用户数；

步骤9，计算故障发生在主线首个三遥终端上游、主线末端三遥终端下游以及中间主线上相邻三遥终端或二遥动作型终端之间区域的概率；

步骤10，根据步骤8计算得到的用户数和步骤9得到的故障发生概率，计算故障导致的停电用户数；

步骤11，根据步骤6计算得到的停电时间和步骤10计算得到的停电用户数，计算该配电网的综合停电时间。

2.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤1还包括明确配电网自动化终端设备安装的数量、位置及类型。

3.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤2中确定的抢修人员故障排查路径为：在无转供的单电源辐射状配电网中，抢修人员的巡线方式以显示故障的最下游装置作为起点，以最长的线路为主线，自上游至下游方向进行故障寻址；若存在同一点上有多条支路，则按照支路的故障概率由高到低的顺序依次排查。

4.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤4通过下式计算故障发生概率：

式中，A为故障区域，L(i)为配电网中的线路，L(i)＜L(j)表示L(i)为L(j)的下游线路，P(L(i))为故障发生在线路L(i)上的概率。

5.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤5通过下式计算最长寻址距离：

式中，L为可能的最长寻址距离，A₁为首个终端上游线路的集合，B₁为主线末端终端下游线路的集合，G为中间部分线路集合，G(g)为相邻终端之间线路的集合，B_Q为所有直接连接负荷的线路集合，C为主线线路的集合，D为支路线路的集合，l(i)为线路i的长度。

6.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤6通过下式计算停电时间：

T＝t₁+t₂+t₃

t₂＝(d×α)/v₁

t₃＝L/v₂

式中，T为停电时间，t₁为调度层定位及初步故障处理时间，t₂为抢修人员路途时间，t₃为抢修人员寻址时间，d为最近抢修驻点到寻址起点的距离，α为道路拥挤系数，v₁为抢修车辆平均速度，L为抢修人员寻址距离，v₂为抢修人员平均速度。

7.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤8通过下式计算终端下游用户数：

N＝k₁n₁+k₂n₂+k₃n₃

式中，n₁为终端下游区域中的一级负荷数，n₂为终端下游区域中的二级负荷数，n₃为终端下游区域中的三级负荷数，k₁为一级负荷系数，k₂为二级负荷系数，k₃为三级负荷系数。

8.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤10通过下式计算停电用户数：

N(i)＝N₁(i)+N₂(i)+N₃(i)＝k₁n₁(i)+k₂n₂(i)+k₃n₃(i)

式中，N_total为该区域等效负荷总数，

为首个三遥终端上游线路集合，X₂为末端三遥终端的集合，X₃为中间部分三遥终端和二遥动作型终端的集合，X(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的三遥终端集合，Y(i)为第i个三遥终端下游与其相邻的二遥动作型终端集合，N₁(i)、N₂(i)、N₃(i)分别为第i个三遥终端下游一级、二级、三级的等效负荷数，B(i)为第i个三遥终端下游线路的集合。

9.根据权利要求1所述的一种考虑故障排查路径的配电网综合停电时间表示方法，其特征在于，所述步骤11通过下式计算停电时间：

T_s＝T×N

式中，T_s为综合停电时间，T为停电时间，N为停电用户数。

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