隨著國(guó)家“重發(fā)電輕供電”現(xiàn)象的改善、配電網(wǎng)自動(dòng)化的不斷發(fā)展、智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的不斷完善，圍繞輸配電的電能質(zhì)量的問題越來(lái)越受到各方關(guān)注，對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功平衡提出了更高的要求。使得無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)由單一技術(shù)向包含無(wú)功補(bǔ)償、諧波濾波和有償補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量系統(tǒng)工程技術(shù)擴(kuò)展、市場(chǎng)規(guī)模得以迅速壯大起來(lái)，給無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)前所未有的機(jī)遇。
有專家曾指出“當(dāng)下，無(wú)功補(bǔ)償已經(jīng)成為現(xiàn)代配電網(wǎng)工程必不可少的重要組成部分。預(yù)計(jì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以200億元人民幣/年的速度進(jìn)行增長(zhǎng)?！?
無(wú)功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的部分。無(wú)功功率和有功功率一樣也是輸配電網(wǎng)中不可缺少的組成部分，無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行是十分重要的。功率因數(shù)過低，電氣設(shè)備將得不到充分利用、電力網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力也會(huì)下降、損耗增加、系統(tǒng)電壓下降還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。可見，解決好網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償問題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能有著極為重要的意義。
無(wú)功補(bǔ)償及我國(guó)的發(fā)展情況：
無(wú)功補(bǔ)償全稱無(wú)功功率補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的作用，所以無(wú)功補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。
無(wú)功功率同有功功率一樣必須保持平衡，負(fù)載所需要的感性無(wú)功必須要由電網(wǎng)中裝設(shè)的無(wú)功電源(發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、并聯(lián)電容器等)發(fā)出的容性無(wú)功來(lái)提供補(bǔ)償。降低電力線路無(wú)功功率的有效途徑就是人工無(wú)功補(bǔ)償以提高線路功率因數(shù)，所謂無(wú)功補(bǔ)償，是指在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)等設(shè)備，以向感性負(fù)荷設(shè)備提供無(wú)功功率，從而減少由輸電線路輸送的無(wú)功功率。在長(zhǎng)距離輸電線路中選擇合適地點(diǎn)裝設(shè)無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，可以改善電網(wǎng)穩(wěn)定性能、提高輸電能力。
無(wú)功補(bǔ)償在我國(guó)的發(fā)展情況：
在現(xiàn)階段我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展的大背景下，越來(lái)越多的分布式電源接入、微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和投放市場(chǎng)、變頻電機(jī)的大量使用以及儲(chǔ)能等新型輔助服務(wù)的興起，是的配電網(wǎng)的低頻振蕩和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題越發(fā)的凸顯出來(lái)，同時(shí)也為無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的橫向拓展帶來(lái)嶄新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的滯后，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生不利影響，甚者直接造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。
其實(shí)，無(wú)功補(bǔ)償原則我國(guó)電力管理部門早已充分認(rèn)識(shí)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?，因此提出了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕炯夹g(shù)原則，以求達(dá)到良好效果①無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)根據(jù)分級(jí)就地平衡的原則進(jìn)行配置，全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡。采用集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合、以分散補(bǔ)償為主，高壓補(bǔ)償和低壓補(bǔ)償相結(jié)合、以低壓補(bǔ)償為主，靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合，調(diào)壓和降損相結(jié)合、以降損為主的基本原則。②電力用戶無(wú)功補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到如下要求：IOOkVA及以上高壓供電的電力用戶，變壓器一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95以上;其它電力用戶功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.90以上。③各電壓等級(jí)的變電站應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理配置適當(dāng)類型的無(wú)功補(bǔ)償裝置，再根據(jù)算法計(jì)算結(jié)果確定無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?。所裝設(shè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)以不引起系統(tǒng)諧波明顯放大為原則。
無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的影響
無(wú)功補(bǔ)償主要有以下幾方面的作用。
(1)提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，設(shè)備設(shè)計(jì)容量將降低，投資也從而減少。
(2)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量。特別在長(zhǎng)距離輸電線路中安裝合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置可提高系統(tǒng)的輸電能力及穩(wěn)定性。
(3)減少負(fù)荷電流，降低線路電能損耗。
(4)無(wú)功補(bǔ)償挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力。在設(shè)備容量不變的條件下，提高功率因數(shù)可以少送無(wú)功功率，就可以多送有功功率。
(5)在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，可對(duì)三相視在功率起到平衡作用。
(6)無(wú)功補(bǔ)償可以減少用戶電費(fèi)支出，避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，同時(shí)減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗。
從電力系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，無(wú)功補(bǔ)償同樣也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用：
對(duì)發(fā)電的影響：無(wú)功功率會(huì)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。
對(duì)輸配電的影響：電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率的流動(dòng)會(huì)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
對(duì)變電的影響：視在功率一定時(shí)，增加無(wú)功功率就要降低變電設(shè)備的供電能力。
對(duì)用電的影響：系統(tǒng)缺乏無(wú)功功率時(shí)就會(huì)使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮，電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行。
為了避免上述情況的發(fā)生，就需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。合理的選擇補(bǔ)償裝置，不僅可以最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，而且可以使電網(wǎng)質(zhì)量提高，反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。
配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕绞剑?/strong>
配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕绞接形宸N：變電站補(bǔ)償、配電線路補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。
變電站補(bǔ)償：
針對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是平衡電網(wǎng)的無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無(wú)功損耗。
這些補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。
配電線路補(bǔ)償：
線路無(wú)功補(bǔ)償即通過在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過多;
控制方式應(yīng)從簡(jiǎn)，一般不采用分組投切控制;
補(bǔ)償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象;保護(hù)也要從簡(jiǎn)，可采用熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護(hù)。
線路補(bǔ)償方式主要提供線路和公用變壓器需要的無(wú)功，該種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長(zhǎng)線路。缺點(diǎn)是存在適應(yīng)能力差，重載情況下補(bǔ)償不足等問題。
在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中：
由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無(wú)規(guī)律性，也無(wú)法事先預(yù)知。導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長(zhǎng)期性不平衡。對(duì)于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。
電網(wǎng)中的不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，還會(huì)增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，最終會(huì)造成三相電壓的不平衡。
調(diào)整不平衡電流無(wú)功補(bǔ)償裝置，有效地解決了這個(gè)難題，該裝置具有在補(bǔ)償線路無(wú)功的同時(shí)調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)。
隨機(jī)補(bǔ)償：
隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切的一種無(wú)功補(bǔ)償方式。
縣級(jí)配電網(wǎng)中有很大一部分的無(wú)功功率消耗在電動(dòng)機(jī)上，因此，搞好電動(dòng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償，使其無(wú)功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時(shí)還可以提高電動(dòng)機(jī)的出力。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償裝置投入;用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低的特點(diǎn)。
適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無(wú)功峰荷。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1000h以上的電動(dòng)機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。
隨器補(bǔ)償：
隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配電變壓器在輕載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配電變壓器空載無(wú)功是農(nóng)網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷的主要部分.
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便，能有效地補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，提高用戶的功率因數(shù)，改善用戶的電壓質(zhì)量，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償最有效的手段之一。
缺點(diǎn)是由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散，因此補(bǔ)償工作的投資比較大，運(yùn)行維護(hù)工作量大。
跟蹤補(bǔ)償：
是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在用戶配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償方式。
這種補(bǔ)償方式，部分相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔?，主要適用與100kVA及以上的專用配電變壓器用戶。
跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)
是可較好地跟蹤無(wú)功負(fù)荷的變化，運(yùn)行方式靈活，補(bǔ)償效果好，但是費(fèi)用高，且自動(dòng)投切裝置較隨機(jī)或隨器補(bǔ)償?shù)目刂票Ｗo(hù)裝置復(fù)雜，如有任一元件損壞，則可導(dǎo)致電容器不能投切。其主要適于大容量大負(fù)荷的配變。
配電網(wǎng)常見的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備
電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置從最早的電容器開始發(fā)展到今天，歷經(jīng)了電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(SVG)等幾個(gè)不同的階段。其中，并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用的最多的一種專用的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。它的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于安裝維護(hù)。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率方式有三種：集中補(bǔ)償，分組補(bǔ)償及就地補(bǔ)償。
靜止同步補(bǔ)償器(SVG)是目前最先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，已進(jìn)入實(shí)用化階段，隨著IGBT等器件、高速CPU器件及光纖技術(shù)的發(fā)展，SVG系統(tǒng)的價(jià)格不斷下降并漸漸被行業(yè)接受，以成為靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向,SVG系統(tǒng)將是今后柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分。
（圖片整理自網(wǎng)絡(luò)）
無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備大致可分為三類：調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator， SVC)、靜止無(wú)功發(fā)生裝置(Static Var Generator， SVG)。
調(diào)相機(jī)或稱同步調(diào)相機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)是較早出現(xiàn)的一類無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。調(diào)相機(jī)實(shí)際是一臺(tái)空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，利用同步電動(dòng)機(jī)在不同勵(lì)磁電流下的發(fā)出或吸收無(wú)功電流的能力起到無(wú)功補(bǔ)償作用。當(dāng)正常勵(lì)磁時(shí)，調(diào)相機(jī)的電樞電流接近于零;過勵(lì)磁時(shí)，調(diào)相機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功電流;欠勵(lì)磁時(shí)，調(diào)相機(jī)從電網(wǎng)中吸收無(wú)功電流。因此，調(diào)相機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大，損耗也比較大，發(fā)熱比較嚴(yán)重。為方便運(yùn)行起見，調(diào)相機(jī)一般與發(fā)電廠中的同步發(fā)電機(jī)組或負(fù)荷端的異步電動(dòng)機(jī)組安裝在一起，容量較大的調(diào)相機(jī)還需要采用氫氣冷卻。以上缺點(diǎn)均大大限制了調(diào)相機(jī)的應(yīng)用范圍，目前除在高壓直流輸電線路的終端作動(dòng)態(tài)無(wú)功支持外，已很少使用。
SVC是目前應(yīng)用最為廣泛的一類無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。單就字面而言，SVC中的“Static”即靜止，是相對(duì)于調(diào)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)而言，因此除調(diào)相機(jī)和SVG之外，凡是用電感或電容進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置均可稱作SVC。按國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議的定義，SVC可分為以下7類：機(jī)械投切電容器(MSC)、機(jī)械投切電抗器(MSR)、自飽和電抗器(SR)、晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)、自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器(SCC/LCC)。實(shí)際上以上7類仍未能涵蓋全部SVC設(shè)備，例如MCR(Magnetic Control Reactor)——磁閥式可控電抗器設(shè)備以及由以上兩類或幾類技術(shù)混合構(gòu)成的設(shè)備。一般認(rèn)為應(yīng)慎重使用SVC這一名詞，因?yàn)槠渌苤复姆秶^于寬泛。
在種類繁多的SVC設(shè)備中，一般可按控制/投切設(shè)備的種類分為機(jī)械投切型及電力電子型兩大類，通常所稱的SVC設(shè)備也是指這兩類。前者一般包括機(jī)械投切電容器(MSC)、機(jī)械投切電抗器(MSR)等，共同特點(diǎn)是采用機(jī)械投切開關(guān)如接觸器、遙控?cái)嗦菲鞯茸鳛橥肚性O(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是魯棒性較好、不易受諧波干擾等，缺點(diǎn)則是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、一般只能分級(jí)投入不易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)補(bǔ)償?shù)?。后者一般包括晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)等，其優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、控制精度較好、能實(shí)現(xiàn)過零投切、具備動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力等，缺點(diǎn)則是電力電子器件易受諧波干擾。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子型SVC設(shè)備有逐漸取代機(jī)械投切型SVC設(shè)備的趨勢(shì)。
SVG(Static Var Generator)與SVC一樣，也是一種“靜止”設(shè)備，是近年出現(xiàn)的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。SVG以IGBT模塊構(gòu)成的電壓源型逆變器為核心，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流波形，并調(diào)節(jié)橋式整流電路交流側(cè)輸出電流達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的幅值和相位的目的。通過以上調(diào)節(jié)，可以吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。SVG具有響應(yīng)速度快、吸收無(wú)功連續(xù)、產(chǎn)生的高次諧波量小、調(diào)節(jié)范圍廣、耗損與噪音小等突出優(yōu)點(diǎn)。 SVG的主要問題是電壓等級(jí)和容量受IGBT器件性能限制，較難做到較高電壓等級(jí)和較大規(guī)模容量，目前一般在1kV以下電壓等級(jí)應(yīng)用較為廣泛。
未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
隨著國(guó)家“重發(fā)電輕供電”現(xiàn)象的改善，圍繞輸配電的電能質(zhì)量的問題越來(lái)越受到各方關(guān)注。特別是無(wú)功問題，是電力部門和用戶共同關(guān)注的問題。合理選擇無(wú)功補(bǔ)償方案和補(bǔ)償容量，能有效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低有功線損和減少發(fā)電費(fèi)用。
隨著智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的發(fā)展，使得無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)由單一技術(shù)向包含無(wú)功補(bǔ)償、諧波濾波和有償補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量系統(tǒng)工程技術(shù)擴(kuò)展、市場(chǎng)規(guī)模得以迅速壯大起來(lái)，給無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)前所未有的機(jī)遇。
有專家曾指出“當(dāng)下，無(wú)功補(bǔ)償已經(jīng)成為現(xiàn)代配電網(wǎng)工程必不可少的重要組成部分。預(yù)計(jì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以200億元人民幣/年的速度進(jìn)行增長(zhǎng)?！?
而我們應(yīng)該清楚，機(jī)遇往往是與困難并存的，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨這技術(shù)提升和企業(yè)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段國(guó)家和企業(yè)正著力推動(dòng)的解決智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)建設(shè)所面臨的一系列問題，一流配電網(wǎng)的建設(shè)必然是一場(chǎng)曠日持久的“戰(zhàn)場(chǎng)”，如何從中脫穎而出，成為主流企業(yè)、推出主流技術(shù)就成為了企業(yè)將來(lái)所要面臨的問題之一。
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