关于低压配电变压器常见问题与对策探讨-李发翔.doc
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驻马店职业技术学院
毕业设计(论文)
设计题目:
关于低压变压器的常见问题与对策讨论
学生姓名:
李发翔
学号:
0962930162
专业:
机电一体化
指导教师:
王海彦
2012年6月4日
目录
摘要
第1章绪论 1
1.1概述 1
1.2关于低压配电变压器的原理和结构 2
第2章关于低压配电变压器常见问题与对策讨论 3
2.1 低压配电变压器常见事故原因分析及应急措施 3
2.1.1常见事故分析及对策 3
2.1.2.变压器在线监测技术 6
2.1.3变压器常见事故处理 7
2.2目前低压配电管理中存在的问题 9
2.2.1 存在的问题 9
2.2.2 低压配电管理措施 9
2.2.3 低压配网建设 10
2.3低压变压器的漏电保护 10
2.3.1 低压漏电保护原理及缺点分析 11
2.3.2 电源中性点接地系统三相五线制网络中漏电保护 11
2.3.3 电源中性线接地的三相四线制网络中漏电电流测点。
12
2.3.4 干线的漏电流测点。
12
2.4漏电保护器 13
2.4.1漏电保护器的结构和工作原理 13
2.4.2漏电保护器的作用 14
第三章结论 17
致谢 18
参考文献 19
摘要
本文简要介绍了低压配电变压器常见问题及应急措施,其中包括变压器内部出现异常声,响变压器油位过高或过低,变压器油质变坏或油温突然升高,变压器着火,变压器渗油以及铁心多点接地,接头过热 ,变压器在线监测技术,变压器的事故处理,之后介绍了目前低压配电管理中存在的问题,还有低压配电管理措施和低压配电网建设。
另外讲述了低压变压器的漏电保护其中包括“检漏继电器”漏电电阻测原理“漏电保护单元”检测漏电电阻原理“检漏继电器”和“漏电保护单元。
最后讲述了漏电保护器包括;什么是漏电保护器以及漏电保护器的结构原理,漏电保护器的主要技术参数,漏电保护器的主要保护作用,还讲述了什么是直接接触和间接接触保护,人体触电时的危险以及“30mA·s”的安全性是什么,哪些用电设备需安装漏电保护器和为什么进行了保护接零(接地)后,还要加装漏电保护器。
关键词:
低压配电变压器;常见问题;对策研究;漏电保护
第1章绪论
1.1概述
电力变压器是静止的电气设备,工业企业的变压器通常把6—10KV的高压电降低为0.4KV的低压电,供给电气设备使用。
一般把这种电力系统最末一级,直接把电能供给用户的变压器称为低压配电变压器在电能的传输和配送过程中,电力变压器是能量转换、传输的核心,是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路,是电网中最重要和最关键的设备。
电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统,而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。
变压器的严重事故不但会导致自身的损坏,还会中断电力供应,给社会造成巨大的经济损失配电是一种静止的电气设备,是用来将某一数值的交流电压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值。
图1.1变压器结构图及工作原理
当一次绕组通以交流电时,就产生交变的磁通交变的磁通通过铁芯导磁作用,就在二次绕组中感应出交流电动势。
二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关,即电压大小与匝数成正比。
主要作用是传输电能,因此,额定容量是它的主要参数。
额定容量是一个表现功率的惯用值,它是表征传输电能的大小,以kVA或MVA表示,当对变压器施加额定电压时,根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流不同的电压(电流)的设备。
1.2关于低压配电变压器的原理和结构
o
o
图1.2单相变压器的原理图
图1.2是单相变压器的原理图。
其基本工作原理当一次侧绕组上加上电压U1时,流过电流I1,在铁芯中就产生交变磁通Ø1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势E1,E2,感应电势公式为:
E=4.44fNØm
式中:
E--感应电势有效值
f--频率
N--匝数
Øm--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压U1和U2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流(I0),这个电流称为激磁电流。
当二次侧加负载流过负载电流I2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流I0,一部分为用来平衡I2,所以这部分电流随着I2变化而变化。
当电流乘以匝数时,就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。
为了使变压器的运行更加完全、可靠,维护更加简单,更广泛地满足用户的需要,近年来油浸式变压器采用了密封结构,使变压器油和周围空气完全隔绝,从而提高了变压器的可靠性。
目前,主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。
其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高,它在绝缘油体积发生变化时,由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。
油浸式变压器主要部件是绕组和铁心(器身)。
绕组是变压器的电路,铁心是变压器的磁路。
二者构成变压器的核心即电磁部分。
除了电磁部分,还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。
第2章关于低压配电变压器常见问题与对策讨论
2.1 低压配电变压器常见事故原因分析及应急措施
2.1.1常见事故分析及对策
1.变压器内部出现异常声响。
变压器内部出现异常声响可能有以下原因:
a.严重的过负荷使变压器内部发生沉重的“嗡嗡”声;b.由于内部有接触不良或有击穿点,使变压器内部发生“吱吱”或“噼啪”的放电声;c.由于变压器顶盖连接轴栓个别零件松动,变压器铁芯未被夹紧,造成硅钢片振动,会发出强烈噪声;d.电网中有接地或短路故障时,绕组中流过很大的电流,会发出强烈的噪声;e.变压器接有大型动力设备或能产生谐波电流的设备时,设备运行都可能导致变压器发出“哇哇”的叫声;f.由于铁芯出现谐振,变压器发生忽粗忽细的噪声;g.变压器的原边电压过高、电流过大都会发生异声;h.由于过电压、绕组或引出线对外壳放电,或铁芯接地线断开,致使铁芯对外壳放电,均使变压器发出放电声。
应急措施:
当发现变压器发出异常声响时,应根据上述分析判断其可能的原因,有针对性的采取应急措施。
如变压器内部发出的异常声响是由于零件松动或绕组导线击穿产生的,应立即停电处理,以免事故进一步扩大。
2.变压器油位过高或过低。
一般情况下油温的变化可以改变油位。
随着油温的变化,油位也相应出现—定范围的改变。
但是,在不正常情况下,由于渗油、渗水等故障和其他事故也会引起油位的异常变化。
其次,油温的变化与负荷状况、环境温度等条件有关。
当油位变化与这些因素不一致时,则可能是假油位。
出现假油位的原因:
a.油标管堵塞;b.防爆管排气孔堵塞。
另外,油位过高将造成溢油;油位过低,则可能造成变压器内部引出线乃至线圈外露,导致内部放电。
处理方法和应急措施:
有气体继电保护的将其跳闸回路解除,防止误跳闸。
当班电气设备操作人员要经常检查油位计指示,发现油位过高时可适量放油;油位过低时及时补油。
若是由于变压器漏油引起的,则应采取停电检修及其它应急措施。
当发现油枕或防爆管异常喷油时,应立即切断变压器的电源,以防止故障和事故的扩大。
3.变压器油质变坏或油温突然升高。
在工作状态时,变压器油的主要作用是冷却和绝缘。
当长时间过热运行或壳体进水,吸收潮气,会使油质变坏。
通过油标观察会发现油色异常加深或变黑;经取样分析可以检验出油内含有碳粒和水份,酸值增高,闪点降低,绝缘强度降低等。
这种情况很容易在绕组与外壳间发生击穿放电,造成严重事故。
当变压器正常运行时,油温如果突然升高经常是变压器内部过热的原因。
铁芯着火,绕组匝间短路,内部螺丝松动,冷却装置故障,变压器严重过负荷都可能使油温突然升高。
解决的方法和应急措施:
a.发现油色异常加深或变黑,需对绝缘油进行再生和过虑处理;b.由于负荷因素造成的油温突然升高,可适当减少或调整负荷;c.其他异常情况引起的油温突然升高,则应立刻停电,对变化器进行全面检修。
4.变压器着火。
当变压器内部发生故障,又没有及时处理,即可能着火,酿成火灾。
变压器着火时,油箱内绝缘油燃烧,变成气体,使油箱爆裂,燃烧的绝缘油向变压器外喷流,将造成设备损坏和财产损失。
变压器导线内部或外部短路,严重过负荷、雷击或外界火源移进变压器,均可能导致变压器着火。
应急措施:
a.加强变压器的运行管理,尽量控制变压器内油温不超过85℃;定期对变压器的电气性能进行检查和试验,定期做油的劣化试验。
b.小容量变压器高低压侧应有熔断器等过流保护环节;大容量的变压器应按规定装设气体保护和差动保护。
当高压用熔断器保护时,100KVA以下的变压器,熔丝额定电流按变压器额定电流的2-3倍选择。
100KVA以上的变压器,熔丝按额定电流的1.5-2倍选择。
c.安置变压器的房间为一级耐火建筑;应有良好的通风,最高排风温度不宜超过45℃,进风和排风温差控制在15℃范围内;室内应有挡油设施和蓄油坑;按安全要求同一室内不要安装两台变压器。
d.经常检查变压器负荷,负荷不得超过安全管理规定。
e.由架空导线引入的变压器,按规程装设避雷器,雷雨季节前应对防雷装置进行检查。
f.设专人对变压器进行维护,有巡视和检查制度及记录。
保持变压器正常安全经济运行和工作环境的清洁
5.变压器渗油
变压器渗漏油不仅会给电力企业带来较大的经济损失、环境污染,还会影响变压器的安全运行,可能造成不必要的停运甚至变压器的损毁事故,给电力客户带来生产上的损失和生活上的不便。
因此,有必要解决变压器渗漏油问题。
油箱焊缝渗油。
对于平面接缝处渗油可直接进行焊接,对于拐角及加强筋连接处渗油则往往渗漏点查找不准,或补焊后由于内应力的原因再次渗漏。
对于这样的渗点可加用铁板进行补焊,两面连接处,可将铁板裁成纺锤状进行补焊;三面连接处可根据实际位置将铁板裁成三角形进行补焊;该法也适用于套管电流互感器二次引线盒拐角焊缝渗漏焊接。
高压套管升高座或进人孔法兰渗油。
这些部位主要是由于胶垫安装不合适,运行中可对法兰进行施胶密封。
封堵前用堵漏胶将法兰之间缝隙堵好,待堵漏胶完全固化后,退出一个法兰紧固螺丝,将施胶枪嘴拧入该螺丝孔,然后用高压将密封胶注入法兰间隙,直至各法兰螺丝帽有胶挤出为止。
低压侧套管渗漏。
其原因是受母线拉伸和低压侧引线引出偏短,胶珠压在螺纹上。
受母线拉伸时,可按规定对母线用伸缩节连接;如引线偏短,可重新调整引线引出长度;对调整引线有困难的,可在安装胶珠的各密封面加密封胶;为增大压紧力可将瓷质压帽换成铜质压帽。
防爆管渗油。
防爆管是变压器内部发生故障导致变压器内部压力过大,避免变压器油箱破裂的安全措施。
但防爆管的玻璃膜在变压器运行中由于振动容易破裂,又无法及时更换玻璃,潮气因此进入油箱,使绝缘油受潮,绝缘水平降低,危及设备的安全。
为此,把防爆管拆除,改装压力释放阀即可。
6.铁心多点接地
变压器铁心有且只能有一点接地,出现两点及以上的接地,为多点接地。
变压器铁心多点接地运行将导致铁心出现故障,危及变压器的安全运行,应及时进行处理。
处理方法:
a直流电流冲击法。
拆除变压器铁心接地线,在变压器铁心与油箱之间加直流电压进行短时大电流冲击,冲击3~5次,常能烧掉铁心的多余接地点,起到很好的消除铁心多点接地的效果。
b开箱检查。
对安装后未将箱盖上定位销翻转或除去造成多点接地的,应将定位销翻转过来或除掉。
夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损者,应按绝缘规范要求,更换一定厚度的新纸板。
因夹件肢板距铁心太近,使翘起的叠片与其相碰,则应调整夹件肢板和扳直翘起的叠片,使两者间距离符合绝缘间隙标准。
清除油中的金属异物、金属颗粒及杂质,清除油箱各部的油泥,有条件则对变压器油进行真空干燥处理,清除水分。
7. 接头过热
载流接头是变压器本身及其联系电网的重要组成部分,接头连接不好,将引起发热甚至烧断,严重影响变压器的正常运行和电网的安全供电。
因此,接头过热问题一定要及时解决。
铜铝连接。
变压器的引出端头都是铜制的,在屋外和潮湿的场所中,不能将铝导体用螺栓与铜端头连接。
当铜与铝的接触面间渗入含有溶解盐的水分,即电解液时,在电耦的作用下,会产生电解反应,铝被强烈电腐蚀。
结果,触头很快遭到破坏,以致发热甚至可能造成重大事故。
为了预防这种现象,在上述装置中需要将铝导体与铜导体连接时,采用一头为铝,另一头为铜的特殊过渡触头。
普通连接。
普通连接在变压器上是相当多的,它们都是过热的重点部位,对平面接头,对接面加工成平面,清除平面上的杂质,最好均匀地涂上导电膏,确保连接良好。
油浸电容式套管过热。
处理的办法可以用定位套固定方式的发热套管,先拆开将军帽,若将军帽、引线接头丝扣有烧损,应用牙攻进行修理,确保丝扣配合良好,然后在定位套和将军帽之间垫一个和定位套截面大小一致、厚度适宜的薄垫片,重新安装将军帽,使将军帽在拧紧情况下,正好可以固定在套管顶部法兰上。
引线接头和将军帽丝扣公差配合应良好,否则应予以更换,以确保在拧紧的情况下,丝扣之间有足够的压力,减小接触电阻。
2.1.2.变压器在线监测技术
变压器在线监测的目的,就是通过对变压器特征信号的采集和分析,判别出变压器的状态,以期检测出变压器的初期故障,并监测故障状态的发展趋势。
目前,电力变压器的在线监测是国际上研究最多的对象之一,提出了很多不同的方法。
。
油中溶解性气体分析技术。
由于变压器内部不同的故障会产生不同的气体,因此通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比,就可达到对变压器绝缘诊断的目的。
几种典型的油中溶解气体,如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2,常被用作分析的特征气体。
在检测出各气体成分及含量后,用特征气体法或比值法等方法判断变压器的内部故障。
1.局部放电在线监测技术。
变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时,会由于局部场强过高而产生局部放电(PD)。
PD水平及其增长速率的明显变化,能够指示变压器内部正在发生的变化或反映绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡等。
2.振动分析法。
振动分析法就是一种广泛用于监测这种变压器故障的有效方法。
通过对变压器振动信号的监测和分析,从而达到对变压器状态监测的目的。
3.红外测温技术。
红外热像技术是利用红外探测器接受被测目标的红外辐射信号,经放大处理,转换成标准视频信号,然后通过电视屏或监视器显示红外热像图。
当变压器引线接触不良、过负荷运行等情况时都会引起导电回路局部过热,铁芯多点接地也会引起铁芯过热。
4.频率响应分析法。
频率响应分析法是一种用于判断变压器绕组或引线结构是否偏移的有效方法。
绕组机械位移会产生细微的电感或电容的改变,而频率响应法正是通过测量这种细微的改变来达到监测变压器绕组状态的目的。
5.绕组温度指示。
绕组温度指示器就是用于监测变压器绕组的温度,给出越限报警,并在需要时启动保护跳闸。
目前已开发出一种用于大型变压器绕组温度监测的新技术,即将一条光纤嵌入变压器绕组以便直接测量绕组的实时温度,从而改进变压器的预测建模技术,并达到实时监测变压器绕组温度状态的目的。
6.其他状态监测方法。
低压脉冲响应测试(Low Voltage Impulse Response,LVIR)也是一种有效的变压器状态监测测方法,并且已经是一种用于确定变压器是否能通过短路试验的公认方法。
此外,绕组间的漏感测试、油的相对湿度测试、绝缘电阻测试等也是变压器状态监测的常用方法。
电力变压器是通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电压和电流的电力设备。
由铁心和套于其上的两个或多个绕组组成电力变压器是一种静止的电气设备,是用来将某一数值的交流电压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压(电流)的设备。
现代化工业企业广泛采用电力作为能源,而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。
在传输的功率恒定时,传输电压越高,则所需的电流越小,因为电压将正比于电流。
线损正比于电流的平方,所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗,要制造电压很高的发电机,目前技术很困难,所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去,这种专门的设备就是变压器。
另一方面,在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压,故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以供使用。
在电力系统中,变压器的地位十分重要,不仅所需数量多,而且性能好,运行安全可靠。
变压器在运行中,由于各种原因将会导致变压器故障,变压器一旦发生故障,就会限制发电机的出力,减少和中断对部分用户的供电,延长变压器的维修时间,如果不能及时的发现事故并处理事故,将会对电网安全可靠供电造成很大的威胁,对国民经济造成重大的损失。
2.1.3变压器常见事故处理
一、 绕组故障
主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。
产生这些故障的原因有以下几点:
①在制造或检修时,局部绝缘受到损害,遗留下缺陷;②在运行中因散热不良或长期过载,绕组内有杂物落入,使温度过高绝缘老化;③制造工艺不良,压制不紧,机械强度不能经受短路冲击,使绕组变形绝缘损坏;④绕组受潮,绝缘膨胀堵塞油道,引起局部过热;⑤绝缘油内混入水分而劣化,或与空气接触面积过大,使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低,部分绕组露在空气中未能及时处理。
由于上述种种原因,在运行中一经发生绝缘击穿,就会造成绕组的短路或接地故障。
匝间短路时的故障现象使变压器过热油温增高,电源侧电流略有增大,各相直流电阻不平衡,有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。
轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作;严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。
发现匝间短路应及时处理,因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。
二、 套管故障
这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油,其原因有:
①密封不良,绝缘受潮劣比,或有漏油现象;②呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理;③变压器高压侧(110kV及以上)一般使用电容套管,由于瓷质不良故而有沙眼或裂纹;④电容芯子制造上有缺陷,内部有游离放电;⑤套管积垢严重。
三、 铁芯故障
①硅钢片间绝缘损坏,引起铁芯局部过热而熔化;②夹紧铁芯的穿心螺栓绝缘损坏,使铁芯硅钢片与穿心螺栓形成短路;③残留焊渣形成铁芯两点接地;④变压器油箱的顶部及中部,油箱上部套管法兰、桶皮及套管之间。
内部铁芯、绕组夹件等因局部漏磁而发热,引起绝缘损坏。
运行中变压器发生故障后,如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。
首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较,如差别较大,则为绕组故障。
然后进行铁芯外观检查,再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。
如损坏不大,在损坏处涂漆即可。
四、 瓦斯保护故障
瓦斯保护是变压器的主保护,轻瓦斯作用于信号,重瓦斯作用于跳闸。
下面分析瓦斯保护动作的原因及处理方法:
①瓦斯保护动作的原因可能是因滤油、加油和冷却系统不严密,致使空气进入变压器;②因温度下降和漏油致使油位缓慢降低;或是因变压器故障而产生少量气体;③由于发生穿越性短路故障而引起;④由于保护装置的二次回路故障所引起。
轻瓦斯保护动作后发出信号。
其原因是:
变压器内部有轻微故障;变压器内部存在空气;二次回路故障等。
运行人员应立即检查,如未发现异常现象,应进行气体取样分析。
瓦斯保护动作跳闸时,可能变压器内部发生严重故障,引起油分解出大量气体,也可能二次回路故障等。
出现瓦斯保护动作跳闸,应先投入备用变压器,然后进行外部检查。
检查油枕防爆门,各焊接缝是否裂开,变压器外壳是否变形;最后检查气体的可燃性。
五、变压器自动跳闸的处理
当运行中的变压器自动跳闸时,运行人员应迅速作出如下处理:
①当变压器各侧断路器自动跳闸后,将跳闸断路器的控制开关操作至跳闸后的位置,并迅速投入备用变压器,调整运行方式和负荷分配,维持运行系统及其设备处于正常状态;②检查掉牌属何种保护动作及动作是否正确;③了解系统有无故障及故障性质;④若属以下情况并经领导同意,可不经检查试送电:
人为误碰保护使断路器跳闸;保护明显误动作跳闸;变压器仅低压过流或限时过流保护动作,同时跳闸变压器下一级设备故障而其保护却未动作,且故障已切除,但试送电只允许一次;⑤如属差动、重瓦斯或电流速断等主保护动作,故障时有冲击现象,则需对变压器及其系统进行详细检查,停电并测量绝缘。
在未查清原因之前,禁止将变压器投入运行。
必须指出,不管系统有无备用电源,也绝对不准强送变压器。
2.2目前低压配电管理中存在的问题
2.2.1 存在的问题
1.技术方面存在的问题
这些问题主要体现为以下几点:
①低压线损较高;②设备落后,老化;③电表难以防窃电功能不强;④三相负荷不均衡。
2.管理方面存在的问题
在管理方面主要存在以下问题:
①线损工作不达标;②线路和设备维护和保养不够;③对违章用电和窃电现象管理不力。
3.随着我国经济日益快速发展,城乡用电量日益增大,这对我们的低压配电管理工作提出了更高的要求。
2.2.2 低压配电管理措施
(1) 一进行科学管理,要达到科学管理的目的。
二建立科学合理的管理制度。
建立合理的低压配电管理体系,可以对电网中涉及的各所各站进行统一管理。
同时还要明确划分管理人员职责,将职责落实到位,确保低压配电管理有章可循,有法可依。
三建立定期抄表制度,实行动态抄表管理,定期和不定期地按线路同步查抄计量总表和分表。
(2)严防窃电行为,加强用电监督。
作为基层电网的工作人员,要遵守用电制度,并以制度为依据,加强宣传,倡导广大用户文明用电,依法用电。
(3)保护供电设备的正常运行,对用电量要详细检测,详细记录,严防窃电和违规用电行为的发生,对已经发生的,要严厉制裁。
(4)加强需求侧管理,正确指导客户用电设备的运行维护管理,确保经济运行。
重视低压配电变压器的经济运行,对于季节性或临时性的配电变压器,在投运前应根据配电变压器的容量接入相应数量的负荷,以此保证变压器的负载率最合理,效率最高,能耗最小。
(5)城镇“标准化”改造
当前,我们市正在进行县城电网改造工程,这为我们降低线损工作提供了一个难得的机遇,低压改造同时也是电网改造效益的最直接体现。
通过电网改造需要达到以下几个目的:
一是掌握本所所辖电网中的电能损失规律;二是查找技术线损与管理线损的组成比例,为日后的实际工作和策划管理提供理论依据和数据支持;三是检测电力网络的漏洞,确定工作今后电网改造的重点;四是找出电力网运行存在的问题,制定最佳运行方案,使得降损措施
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