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文檔簡介
XX1.緒論在整個(gè)電力系統(tǒng)中,10kV配電網(wǎng)主要擔(dān)負(fù)著供配電的任務(wù)。10kV配電網(wǎng)的核心是10kV變電站,該系統(tǒng)的主要功能是:接受、變換和分配電能。因此,關(guān)于變電站的設(shè)計(jì)至關(guān)重要.自改革開放以來,我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)與生活中的用電量大大增加。為了滿足用電負(fù)荷增加的需求,我國在最近的20年里,不斷擴(kuò)大電網(wǎng)的規(guī)模與提高供電質(zhì)量。目前,國家電網(wǎng)公司正在致力于特高壓電網(wǎng)的建設(shè),其輸送電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到交流1000kV和直流式800kV,其電壓質(zhì)量和輸送電能的容量大大增加,而電能的損耗大大降低。目前我國大部分地區(qū)的變電站等級(jí)仍以500kV,220kV,110kV變電站為主。500kV和220kV變電站在整個(gè)電網(wǎng)中起著樞紐的作用,110kV變電站是區(qū)域電網(wǎng)的核心。10kV供配電系統(tǒng)是連接高壓輸送電網(wǎng)與低壓用電設(shè)備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。在以往的10kV變電站設(shè)計(jì)中,存在著電能質(zhì)量不佳、成本高、土地占用大、易造成噪聲污染、設(shè)備容易受到環(huán)境的影響等問題,特別是在污染嚴(yán)重的重工業(yè)區(qū)、濕度較大的沿海和沿江地區(qū);在這些地區(qū),變電站設(shè)備的污閃事故時(shí)常發(fā)生。供配電系統(tǒng)在建設(shè)的過程中需要考慮到多個(gè)方面,包括工業(yè)應(yīng)用、技術(shù)、自然環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。通過前期的設(shè)計(jì)以達(dá)到最優(yōu)化。目前,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾點(diǎn):1)減少投資成本;2)降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用;3)元器件使用數(shù)量最少化;4)設(shè)備布局緊湊;5)減少影響環(huán)境的因素;6)更加注重人身安全;在設(shè)計(jì)方案中優(yōu)先考慮資源利用最優(yōu)化,減少變電站對周邊環(huán)境的噪聲污染和無線電信號(hào)的干擾,在滿足供電要求和安全的前提下,還要考慮到變電站在今后工作中的升級(jí)改造與維護(hù)等要求。10kV供配電系統(tǒng)的電氣主接線應(yīng)簡單清晰、布局合理、不同電氣間隔之間無干擾、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)合理可靠、保護(hù)裝置高效靈敏。總而言之,l0kV供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化[2]。2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1變電站的基本資料此次變電站設(shè)計(jì)為10kV終端供配電系統(tǒng),以供給某大學(xué)工廠的圖書館、教學(xué)樓、食堂以及宿舍樓的用電,還包括工廠內(nèi)部照明、消防以及公共設(shè)施的用電。該變電站由于工廠內(nèi)部所需用電設(shè)施較多,故采用以開閉站的形式來進(jìn)行供配電。該工廠由昆河變911線以及和平變924線兩條10kV進(jìn)線供電,經(jīng)開閉站分配10kV高壓側(cè)再經(jīng)電力電纜向各個(gè)供電設(shè)施經(jīng)變壓器提供380V電源線。由于該工廠供電設(shè)施較多,故取開閉站、23#員工公寓樓來具體的設(shè)計(jì)和說明10kV變電站的供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)包括一次接線圖以及二次保護(hù)控制原理圖。2.2變電站的基本數(shù)據(jù)2.2.1開閉站的基本數(shù)據(jù)開閉站的負(fù)荷容量、功率因數(shù)、出線方式如表2-1所示。表2-1開閉站基本數(shù)據(jù)負(fù)荷名稱負(fù)荷容量(kVA功率因數(shù)出線方式模具生產(chǎn)車間879+7690.85電力電纜加工車間803+7330.85電力電纜廠區(qū)辦公樓549+5980.85電力電纜配電室524+489+587+4720.85電力電纜23#員工公寓樓11430.85電力電纜食堂8670.85電力電纜站用電26.80.85電力電纜2.2.223#員工公寓樓的基本數(shù)據(jù)23#員工公寓樓的設(shè)備容量、功率因數(shù)、出線方式如表2-2所示。表2.223#員工公寓樓基本數(shù)據(jù)設(shè)備用途設(shè)備容量(kW)功率因數(shù)出線方式總計(jì)14710.9照明(B1AL-1123層)1350.85電力電纜照明(B1AL-145層)920.85電力電纜照明(B1AL-167層)920.85電力電纜照明(B1AL-189層)920.85電力電纜照明(B1AL-11011層)920.85電力電纜照明(B1AL-11213層)930.85電力電纜照明(B1AL-2123層)1350.85電力電纜照明(B1AL-245層)920.85電力電纜照明(B1AL-267層)920.85電力電纜照明(B1AL-289層)920.85電力電纜照明(B1AL-21011層)920.85電力電纜照明(BAL-21213層)930.85電力電纜1層一5層(a)電熱水器電源301電力電纜6層一10層(a)電熱水器電源241電力電纜11層一14層(a)電熱水器電源241電力電纜1層一5層(b)電熱水器電源301電力電纜6層一10層(b)電熱水器電源241電力電纜11層一14層(b)電熱水器電源241電力電纜采暖循環(huán)泵7.50.8電力電纜生活給水泵190.8電力電纜備用(總計(jì))1000.8電力電纜豎井一應(yīng)急照明120.85電力電纜豎井二應(yīng)急照明120.85電力電纜變電站配電100.85電力電纜電梯150.6電力電纜消防排風(fēng)機(jī)補(bǔ)水機(jī)5.50.8電力電纜消防潛污泵4.50.8電力電纜消防穩(wěn)壓泵30.8電力電纜消防電梯270.6電力電纜消防控制室50.85電力電纜3.負(fù)荷計(jì)算與變壓器的選擇3.1負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算是變電站設(shè)計(jì)的重要工作之一,負(fù)荷計(jì)算是變壓器容量和出線側(cè)最大持續(xù)工作電流的重要依據(jù)。由于此次設(shè)計(jì)為10kV變電站供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì),其內(nèi)部用電設(shè)施以工業(yè)用電為主,故負(fù)荷計(jì)算采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。3.1.1單臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算和負(fù)荷容量在額定工作狀態(tài)下滿足以下要求:(3-1)式中:一一用電設(shè)備的安裝容量(kW)——介質(zhì)損耗因數(shù)正切值一一設(shè)備的額定電壓(kV)一一有功計(jì)算負(fù)荷(kW)Qc一一無功計(jì)算負(fù)荷(kVAr)Sc一一視在計(jì)算負(fù)荷(kVA)Ic一一計(jì)算電流(A)3.1.2用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷如果是計(jì)算配電干線的負(fù)荷時(shí),應(yīng)該進(jìn)行分組,計(jì)算各組的總安裝容量,在根據(jù)各組的需要系數(shù)、功率因數(shù)以及功率因數(shù)正切值,那么(3-2)3.2變電站負(fù)荷計(jì)算根據(jù)已經(jīng)得知的負(fù)荷計(jì)算,由式(3.1)、(3.2)可得:3.2.123#員工公寓樓負(fù)荷計(jì)算23#公寓樓的具體設(shè)備分類、設(shè)備容量、需要系數(shù)、計(jì)算容量、功率因數(shù)、計(jì)算電流如下表所示。表3-123#員工公寓樓基本數(shù)據(jù)設(shè)備用途設(shè)備容量(kW)功率因數(shù)需要系數(shù)kX計(jì)算電流總計(jì)14710.90.71739照明(B1AL-1123層)1350.850.85205照明(B1AL-145層)920.850.85140照明(B1AL-167層)920.850.85140照明(B1AL-189層)920.850.85140照明(B1AL-11011層)920.850.85140照明(B1AL-11213層)930.850.7142照明(B1AL-2123層)1350.850.85205照明(B1AL-245層)920.850.85140照明(B1AL-267層)920.850.85140照明(B1AL-289層)920.850.85140照明(B1AL-21011層)920.850.85140照明(BAL-21213層)930.850.851421層一5層(a)電熱水器電源3010.7326層一10層(a)電熱水器電源2410.72611層一14層(a)電熱水器電源2410.7321層一5層(b)電熱水器電源3010.7266層一10層(b)電熱水器電源2410.71511層一14層(b)電熱器電源2410.736采暖循環(huán)泵7.50.81146生活給水泵190.8122備用(總計(jì))1000.80.836豎井一應(yīng)急照明120.85122豎井二應(yīng)急照明120.85122變電站配電100.85118電梯150.6138消防排風(fēng)機(jī)補(bǔ)水機(jī)5.50.8111消防潛污泵4.50.819消防穩(wěn)壓泵30.816消防電梯270.6169消防控制室50.85193.2.2開閉站的負(fù)荷計(jì)算開閉站的具體負(fù)荷名稱、低壓側(cè)負(fù)荷容量、變壓器功率損耗、高壓側(cè)負(fù)荷容量、功率因數(shù)如下變所示。表3-2開閉站的負(fù)荷計(jì)算表負(fù)荷名稱低壓側(cè)負(fù)荷容量(kVA)功率因數(shù)變壓器功率損耗(kVA)高壓側(cè)負(fù)荷容量(kVA)模具生產(chǎn)車間879+7690.8525+22904+791加工車間803+7330.8523+21826+754廠區(qū)辦公樓549+5980.8514+15563+613配電室524+489+587+4720.8515+14+17+13539+503+604+48523#員工公寓樓11430.85291172食堂8670.8524891站用電26.80.850.7427.54總計(jì)50000.8551003.3無功功率平衡及無功補(bǔ)償3.3.1無功功率的基本要求在電力系統(tǒng)中,無功補(bǔ)償一般都采用分層分區(qū)、就地平衡的原則。要求無功電源具有一定的靈活性以及適量的備用容量[6]。一般選用并聯(lián)電容器或并聯(lián)電抗器作為主要的無功補(bǔ)償裝置。3.3.2無功功率平衡及補(bǔ)償?shù)蛪号潆娧b置中的無功補(bǔ)償裝置1)在低壓配電裝置中一般選用并聯(lián)電容器作為補(bǔ)償裝置。2)并聯(lián)電容器的容量與主變壓器的容量有關(guān),在實(shí)際中一般取變壓器容量5%~10%,其即可裝設(shè)在高壓側(cè),也可在低壓側(cè)裝設(shè)。3)對于低壓配電裝置,要求其功率因數(shù)在0.9左右。3.4變壓器的選擇變壓器作為配電系統(tǒng)的連接裝置對電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電壓等級(jí)的變換起著至關(guān)重要的作用,對其選擇必須謹(jǐn)慎合理,不然將帶來一系列的不便。變壓器的容量、型號(hào)的確定除了根據(jù)負(fù)荷計(jì)算、變壓器所在環(huán)境等,還應(yīng)該考慮所在區(qū)域3~5年的發(fā)展規(guī)劃,留有一定的余量。變壓器的選用還應(yīng)考慮進(jìn)出線回路數(shù)、所需電壓等級(jí)等,要進(jìn)行全面分析和考慮[7]。由于此次設(shè)計(jì)的變電站所需的變壓器均在室內(nèi),故采用干式變壓器,選用SCB9等系列變壓器。3.4.1變壓器的容量及型號(hào)選擇本次設(shè)計(jì)為10/0.4kV電壓等級(jí)的電氣設(shè)計(jì),其計(jì)算容量都不大于2000kVA,對于這種情況一般都應(yīng)選擇三相變壓器而不是單相變壓器。對于模具生產(chǎn)車間、加工車間、廠區(qū)辦公樓、配電室變壓器的選擇,變壓器的容量應(yīng)當(dāng)大于其計(jì)算負(fù)荷并留有一定的余量,由于模具生產(chǎn)車間、加工車間、廠區(qū)辦公樓為重要負(fù)荷故其變壓器的臺(tái)數(shù)采用兩臺(tái)。對于23#員工公寓樓、食堂、配電室其變壓器的選擇,其容量也應(yīng)大于其計(jì)算負(fù)荷,而其臺(tái)數(shù)選擇一臺(tái)即可(對于不重要的負(fù)荷)。對于開閉站的站用電,由于必須確保開閉站的正常工作故選擇兩臺(tái)變壓器,其容量的選擇與上述相同。其具體型號(hào)的選擇見下表:表3-3變壓器型號(hào)表負(fù)荷名稱低壓側(cè)負(fù)荷容量(kVA)功率因數(shù)變壓器型號(hào)臺(tái)數(shù)模具生產(chǎn)車間879+7690.85SCB9-1250/10UK%=62加工車間803+7330.85SCB9-1000/10UK%=62廠區(qū)辦公樓549+5980.85SCB9-630/10UK%=62配電室524+489+587+4720.85SCB9-630/10UK%=6423#員工公寓樓11430.85SCB9-1250/10UK%=61食堂8670.85SCB9-1000/10UK%=61站用電26.80.85SCB9-30/10UK%=413.4.2無功補(bǔ)償裝置的選擇本次設(shè)計(jì)在變壓器的低壓側(cè)安裝并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償。以廠區(qū)辦公樓和23#員工公寓樓為例,選擇低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器,根據(jù)負(fù)荷以及功率因數(shù)的要求,并聯(lián)電容器的容量如下:廠區(qū)辦公樓側(cè):200kVAr23#員工公寓樓:300kVAr4.變電站短路電流的計(jì)算4.1短路電流計(jì)算4.1.1短路電流計(jì)算的基本步驟1)選定基準(zhǔn)值,計(jì)算各個(gè)元件的等值電抗(標(biāo)幺值);2)給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖;3)選擇短路點(diǎn);4)簡化等值網(wǎng)絡(luò)圖,不考慮短路電流的非周期分量,計(jì)算發(fā)生短路時(shí),短路總阻抗的值,求出短路電流的標(biāo)幺值和有名值;5)計(jì)算短路電流沖擊值、最大全電流有效值以及短路容量;6)繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表[8]。4.1.2各元件標(biāo)幺值的歸算1)各元件參數(shù)計(jì)算的公式說明(1)線路參數(shù)計(jì)算(忽略電容)對于一般的輸電線路一般為鋁導(dǎo)線,故其單位阻抗有:(4-1)則線路阻抗為:(4-2)符號(hào)說明:x表示線路的單位阻抗l表示輸電線路的長度kmX表示輸電線路的阻抗(2)變壓器參數(shù)計(jì)算(4-3)符號(hào)說明:XT表示變壓器的等值阻抗uk%表示變壓器阻抗電壓百分值表示額定電壓(線電壓)kV表示變壓器的額定容量MVA(3)電抗器參數(shù)計(jì)算(4-4)符號(hào)說明:Xk表示電抗器的等值阻抗uk%表示電抗器的電抗百分值表示額定電壓(線電壓)kV表示變壓器的額定容量KA4.2變電站的短路電流計(jì)算4.2.1變電站各元器件的有名值和標(biāo)幺值計(jì)算根據(jù)上述的公式,計(jì)算各元器件的有名值及標(biāo)幺值。取基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓分別為10MVA,10kV,則其基準(zhǔn)電流=0.557KA,其計(jì)算結(jié)果估下表所示:表4-1變壓器參數(shù)負(fù)荷名稱變壓器型號(hào)功率因數(shù)臺(tái)數(shù)有名值()標(biāo)幺值模具生產(chǎn)車間SCB9-1250/10UK%=60.8524.80.48加工車間SCB9-1000/10UK%=60.8526.00.60廠區(qū)辦公樓SCB9-630/10UK%=60.8529.50.95配電室SCB9-630/10UK%=60.8549.50.9523#員工公寓樓SCB9-1250/10UK%=60.8514.80.48食堂SCB9-1000/10UK%=60.8516.00.60站用電SCB9-30/10UK%=40.85120020已知系統(tǒng)的短路容量:昆河變911線為143.9MVA、和平變924線為267.8MVA,則其標(biāo)么值為:4.2.2系統(tǒng)短路電流的計(jì)算由表4-1分析可得則其簡化等值電路圖,如圖所示:圖4-1系統(tǒng)簡化等值電路圖所以(4-5)則其有名值為:(4-6)短路沖擊電流:(4-7)最大電流有效值:(4-8)短路容量:(4-9)5.主要電氣設(shè)備的選擇電氣設(shè)備是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行不可或缺的一部分,電氣設(shè)備的選擇是變電站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。變電站的不同電壓等級(jí)、不同間隔的電氣設(shè)備的工作條件均不同,所以選擇的電氣設(shè)備也有所不同,但電氣安全性能方面的要求是一樣的,電氣設(shè)備工作時(shí)的可靠性應(yīng)能保障[9]。5.1電氣設(shè)備選擇的條件5.1.1電氣設(shè)備選擇的原則電氣設(shè)備選擇的一般原則是:1)應(yīng)滿足在不同情況下的要求,并考慮負(fù)荷增加的裕量;2)應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn);3)經(jīng)濟(jì)資源配置最優(yōu)化,選擇先進(jìn)的、新型的電氣設(shè)備;4)選擇導(dǎo)體時(shí)應(yīng)盡量選擇相同種類;5)在工程擴(kuò)建時(shí),應(yīng)選用與舊電氣設(shè)備型號(hào)‘相同的新電器;6)在選用新型的電氣設(shè)備時(shí),必須進(jìn)行可靠的試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù),并且經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定合格,來確保設(shè)備的可靠性[10]。5.1.2電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件1)額定條件下電氣設(shè)備的選擇(1)額定電壓選擇的電氣設(shè)備和電纜額定工作電壓應(yīng)超過相應(yīng)電力系統(tǒng)等級(jí)的額定電壓即:(5-1)(2)額定電流電氣設(shè)備和電纜的額定電流,是指在一定溫度下電氣設(shè)備的長期允許通過的電流,應(yīng)超過設(shè)備所處回路的最大持續(xù)工作電流Imax。即(5-2)考慮到輸電線路和變壓器因損耗而造成電壓降低的因素,考慮5%的裕量因此相應(yīng)回路的最大持續(xù)工作電流Imax=1.05(為電氣設(shè)備和電纜的額定電流)。5.2高壓側(cè)電氣設(shè)備的選擇5.2.1電壓、電流互感器的選擇1)電壓互感器的選擇條件應(yīng)根據(jù)使用條件和裝設(shè)地點(diǎn)來選擇電壓互感器。(1)電壓互感器的種類和形式。油浸式電壓互感器與澆注式電壓互感器廣泛應(yīng)用于6~35kV屋內(nèi)配電系統(tǒng)中[11]。(2)電壓互感器一次側(cè)電壓與二次側(cè)電壓的確定。一次側(cè)額定電壓由該側(cè)的接線方式確定;二次側(cè)額定電壓一般為100V。(3)容量和準(zhǔn)確級(jí)的選擇。其容量與準(zhǔn)確級(jí)由所接儀表決定。2)電壓互感器的選擇對上述條件的設(shè)計(jì)分析,選擇的電壓互感器的如下所示:表5-1電壓互感器數(shù)據(jù)名稱電壓互感器型號(hào)具體參數(shù)昆河變911線JDZ一10PTJDZXF14一10一0.2一次額定電壓l0kVPTJDZXF14一10一0.2二次額定電壓100V計(jì)量JDZXF14一10一0.2最大容量500VA和平變924線JDZ一10電流互感器的選擇條件(1)種類和形式的選擇。瓷絕緣電流互感器或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器廣泛應(yīng)用于3~20kV的屋內(nèi)配電系統(tǒng)中。(2)高壓側(cè)額定電流和額定電壓的確定。高壓側(cè)額定電壓和電流應(yīng)滿足:(3)準(zhǔn)確級(jí)和容量的選擇。4)電流互感器的選擇對上述條件的設(shè)計(jì)分析,其容量與準(zhǔn)確級(jí)由所接儀表決定。選擇的電流互感器如下所示:表5-2電流互感器選擇負(fù)荷名稱最大持續(xù)工作電流(A)電流互感器型號(hào)模具生產(chǎn)車間102.8LZZBJ9-10200/5加工車間95.8LZZBJ9-10150/5廠區(qū)辦公樓71.3LZZBJ9-10100/5配電室129.2LZZBJ9-10200/523#員工公寓樓71.0LZZBJ9-10100/5食堂54.01LZZBJ9-1075/5站用電1.67LMK3一0.66總計(jì)309.2LZZBJ9-10600/55.2.2母線及電力電纜的選擇1)母線的選擇條件(1)導(dǎo)體材料的選擇導(dǎo)體材料一般為銅、鋁、鋁合金。其材料的選擇一般需要綜合考慮環(huán)境、安全、經(jīng)濟(jì)等因素。(2)導(dǎo)體截面的選擇導(dǎo)體截面大小的選擇與其長時(shí)間發(fā)熱允許通過的電流大小或流經(jīng)導(dǎo)體截面的電流密度有關(guān)。按長時(shí)間發(fā)熱允許通過的電流大小確定:(5-3)式中:為允許流過導(dǎo)體的最大持續(xù)工作電流(A)為一定溫度=25℃時(shí)導(dǎo)體工作電流(A)K是修正系數(shù);由導(dǎo)體所處的環(huán)境溫度和海拔高度決定。2)母線的選擇經(jīng)分析初步選用矩形銅母線TMY,其部分參數(shù)見下表:表5.3母線參數(shù)矩形銅母線(TMY)母線截面和重量(cm2)最大允許持續(xù)電流(A)25℃35℃40℃規(guī)格重量Kg平放豎放平放豎放平放豎放銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線6銅0.251720021017618516217115X30.400526127523324521422520X30.53432334028530027128525X30.667545147539441536638530X41.06859362552255048451040X41.42466570058855155158040X51.7881686072176066970550X52.22590695579784073577550X62.671069112594099087392060X63.20412511320110111601016107060X84.27213951475123012951133119560X105.3413601480119513001110120580X64.27215531690136114801260137080X85.69617471900153116651417154080X107.12166518101557159213561475100X65.34191120801674182015461635100X87.1221212310186520251720187010X108.920024001940211018001955注:15X4、20X6、20X8、20X10,25X4,25X6,30X3、30X6,30X8、32X8、40X8、40X10,50X10母排規(guī)格亦可選用。故母線選擇詳情如下:主母線型號(hào):TMY一100×10分支母線:昆河變991線、PT線、計(jì)量線以及和平變924線為:TMY-100×10其他各回路線為:TMY-80×103)電力電纜的選擇條件(1)電纜芯線材料和型號(hào)的選擇。電纜芯線通常由銅芯、鋁芯材料制成。其材料的選擇一般需要綜合考慮環(huán)境、安全、經(jīng)濟(jì)等因素;型號(hào)的選擇一般要可靠實(shí)際的用途、拍攝方式和使用條件[12]。(2)電壓選擇電纜芯線的相間額定電壓應(yīng)高于電纜所處電力系統(tǒng)的額定電壓。即:。截面選擇電力電纜截面選擇的方法與母線類似。5.2.3其他電氣設(shè)備的選擇1)高壓開關(guān)柜的選擇對上述選擇的總結(jié)歸納,高壓
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