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4輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1概述4.2兩側(cè)信息交換原理4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)4.4縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述
4.1.1引言在220kV及以上系統(tǒng)中,為滿足穩(wěn)定性要求,在線路上發(fā)生故障時(shí),要求全線速動(dòng)(即無(wú)時(shí)限切除任意一點(diǎn)故障),快速切除故障,以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。4.1.1引言反響單側(cè)電源電氣量的保護(hù)〔電流、電壓和距離保護(hù)〕無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)!無(wú)法識(shí)別線路末端和下條線路始端的故障,為保證選擇性,就必須延時(shí)。如何保證瞬時(shí)切除高壓輸電線路故障?解決方法:獲取對(duì)側(cè)的電氣量信息,判斷故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)。4.1.1引言采用線路縱聯(lián)保護(hù)!4.1.1引言線路縱聯(lián)保護(hù)是利用某種通信通道將線路兩側(cè)的電氣量〔電流、電流的相位、功率方向等〕縱向聯(lián)系起來(lái),將線路一側(cè)的電氣量信息傳到另一側(cè)去,將兩側(cè)的電氣量同時(shí)比較形成的保護(hù),國(guó)外又稱(chēng)為線路的單元保護(hù)。理論上縱聯(lián)保護(hù)具有線路內(nèi)部短路時(shí)動(dòng)作的絕對(duì)選擇性。一套完整的縱聯(lián)保護(hù)包括兩端繼電保護(hù)裝置、通信設(shè)備和通信通道。4.1.1引言A.按通信通道分:(1)導(dǎo)引線通道需要沿線鋪設(shè)導(dǎo)引線電纜傳送電氣量信息,其投資隨線路的長(zhǎng)度而增加。此外,導(dǎo)引線越長(zhǎng),其自身平安性越低。用于短線路。(2)電力線載波通道利用輸電線路本身作為通信通道,不需專(zhuān)門(mén)架設(shè)通信通道,應(yīng)用廣泛。需注意的問(wèn)題:線路發(fā)生故障時(shí)通道可能遭到破壞。4.1.1引言縱聯(lián)保護(hù)的分類(lèi):A.按通信通道分:(3)微波通道是一種多路通信通道,頻帶寬,可傳送交流電的波形。是理想的通道,但保護(hù)專(zhuān)用微波通道是不經(jīng)濟(jì)的。(4)光纖通道采用光纖作為通信通道,目前超高壓線路在架線時(shí)已同時(shí)架設(shè)光纖通道,所以,已被越來(lái)越多的超高壓線路采用。4.1.1引言B.按保護(hù)動(dòng)作原理分:(1)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)的保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測(cè)量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對(duì)側(cè),每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果,區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。傳送的是邏輯信號(hào),而非電氣量本身。分為方向縱聯(lián)保護(hù)和距離縱聯(lián)保護(hù)。4.1.1引言B.按保護(hù)動(dòng)作原理分:(2)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號(hào)傳送到對(duì)側(cè),兩側(cè)同時(shí)比較后區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障;在每側(cè)直接比較兩側(cè)的電氣量;要求兩側(cè)信息同步采集。分為縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)。4.1.1引言4.1.2輸電線路短路時(shí)的故障特征分析1、兩端電流相量和的故障特征正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí):根據(jù)基爾霍夫定律〔KCL〕,并忽略分布電容和電導(dǎo)的影響,有:區(qū)內(nèi)故障時(shí):4.1.2輸電線路短路時(shí)的故障特征分析2、兩端功率方向的故障特征正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí):遠(yuǎn)故障點(diǎn)的功率方向是從母線流向線路,功率方向?yàn)檎?;近故障點(diǎn)的功率方向是由線路流向母線,功率方向?yàn)樨?fù)。兩端功率方向相反。區(qū)內(nèi)故障時(shí):兩端的功率方向都是從母線流向線路,同為正。4.1.2輸電線路短路時(shí)的故障特征分析3、兩端電流相位特征正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí):兩側(cè)電流相位相差180°。區(qū)內(nèi)故障時(shí):兩側(cè)電流相位相同。假定全系統(tǒng)阻抗角相同,兩側(cè)電勢(shì)角相同。4.1.2輸電線路短路時(shí)的故障特征分析4、兩端測(cè)量阻抗的特征正常運(yùn)行時(shí):兩側(cè)的測(cè)量阻抗都是負(fù)荷阻抗,距離Ⅱ段都不啟動(dòng)區(qū)內(nèi)故障時(shí):兩側(cè)的距離Ⅱ段同時(shí)啟動(dòng)外部故障時(shí):至少有一側(cè)的距離Ⅱ段不啟動(dòng)〔反方向〕4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的根本原理1、縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)根本原理:利用輸電線路兩端電流波形和或電流相量和的特征。根據(jù)前面分析,當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí),線路兩側(cè)的電流相量和為故障電流;在正常運(yùn)行或外部發(fā)生故障時(shí),兩側(cè)的電流相量和為零。由于TA誤差或線路分布電容的影響,正常運(yùn)行或外部發(fā)生故障時(shí)兩側(cè)的電流相量和實(shí)際上不為零。那么動(dòng)作判據(jù)為:Iset——門(mén)檻值4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的根本原理2、方向比較式縱聯(lián)保護(hù)根本原理:利用輸電線路兩側(cè)的功率方向相同或相反的特征。根據(jù)前面分析,當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí),線路兩側(cè)的功率方向同為正;在外部發(fā)生故障時(shí),遠(yuǎn)故障點(diǎn)的功率方向?yàn)檎?,近故障點(diǎn)的功率方向?yàn)樨?fù)??蓸?gòu)成閉鎖式方向縱聯(lián)和允許式方向縱聯(lián)保護(hù)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),兩端保護(hù)的功率方向元件判別流過(guò)本端的功率方向,功率方向?yàn)樨?fù)者發(fā)出閉鎖信號(hào),閉鎖兩端的保護(hù),稱(chēng)為閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)。功率方向?yàn)檎甙l(fā)出允許信號(hào),允許兩端保護(hù)跳閘,稱(chēng)為允許式方向縱聯(lián)保護(hù)。4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的根本原理3、電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)根本原理:利用輸電線路兩側(cè)的電流相位特征。兩側(cè)保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位并利于傳送的信號(hào),送往對(duì)端,同時(shí)接收對(duì)端送來(lái)的電流相位信號(hào)用于比較。根據(jù)前面分析,當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí),線路兩側(cè)的電流相位差為0°;在外部發(fā)生故障時(shí),電流兩側(cè)的相位差為180°。
考慮互感器誤差及輸電線路分布電容的影響后:4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的根本原理4、距離縱聯(lián)保護(hù)根本原理:利用輸電線路兩側(cè)距離元件的特征。與方向比較式縱聯(lián)保護(hù)根本原理類(lèi)似,只是用阻抗元件代替功率方向元件。相比方向比較式縱聯(lián)保護(hù),優(yōu)點(diǎn)在于:故障發(fā)生在II段范圍內(nèi)時(shí)相應(yīng)的方向阻抗元件才起動(dòng),其他情況下不起動(dòng),減少了方向元件起動(dòng)次數(shù),從而提高了保護(hù)的可靠性。
4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護(hù)需要通過(guò)通信設(shè)備和通信通道快速地進(jìn)行信息傳遞。目前常用的通信方式有:導(dǎo)引線通信電力線載波通信微波通信光纖通信
4.2.1導(dǎo)引線通信利用鋪設(shè)在輸電線路兩端變電站之間的二次電纜傳遞被保護(hù)線路各側(cè)信息的通信方式稱(chēng)之為導(dǎo)引線通信,以導(dǎo)引線為通道的縱聯(lián)保護(hù)稱(chēng)為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)。優(yōu)點(diǎn):不受系統(tǒng)振蕩的影響,不受非全相的影響,簡(jiǎn)單可靠缺點(diǎn):導(dǎo)引線不能太長(zhǎng)電力線載波通信將線路兩端的電流相位〔或功率方向〕信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào),經(jīng)過(guò)高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)加載到輸電線路上,輸電線路本身作為高頻信號(hào)的通道將高頻載波信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)側(cè),對(duì)端再經(jīng)過(guò)高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)接收,以實(shí)現(xiàn)各端電流相位〔或功率方向〕的比較,稱(chēng)為高頻保護(hù)。
電力線載波通信根據(jù)通道的構(gòu)成,電力線載波通信分為:“相-相〞式連接在兩相導(dǎo)線之間“相-地〞式連接在輸電線一相導(dǎo)線和大地之間
4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(1)阻波器:阻波器是由一電感線圈與可變電容器并聯(lián)組成的回路。當(dāng)并聯(lián)諧振時(shí),它所呈現(xiàn)的阻抗最大〔1000Ω以上〕,利用這一特性,使其諧振頻率為所用的載波頻率。這樣的高頻信號(hào)就被限制在被保護(hù)輸電線路的范圍以?xún)?nèi),而不能穿越到相鄰線路上去。但對(duì)工頻電流而言,阻波器僅呈現(xiàn)電感線圈的阻抗,數(shù)值很小〔約為0.04Ω左右〕,并不影響它的傳輸。
4.2.2電力線載波通信4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(2)耦合電容器〔濾波、隔工頻〕
耦合電容器與連接濾波器共同配合,將載波信號(hào)傳遞至輸電線路,同時(shí)使高頻收發(fā)信機(jī)與工頻高壓線路絕緣。由于耦合電容器對(duì)于工頻電流呈現(xiàn)極大的阻抗,故由它所導(dǎo)致的工頻泄漏電流極小。4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(3)連接濾波器
連接濾波器由一個(gè)可調(diào)節(jié)的空心變壓器及連接至高頻電纜一側(cè)的電容器組成。耦合電容器與連接濾波器共同組成一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)的“帶通濾波器〞,使所需頻帶的高頻電流能夠通過(guò)??招淖儔浩鬟M(jìn)一步使收、發(fā)信機(jī)與輸電線路高壓局部隔離,提高了平安性。
4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(4)保護(hù)間隙:高頻通道的輔助設(shè)備,用它保護(hù)高頻收發(fā)信機(jī)和高頻電纜免受過(guò)電壓的沖擊。(5)接地開(kāi)關(guān):也是高頻通道的輔助設(shè)備,在調(diào)整或維修高頻收發(fā)信機(jī)和連接濾波器時(shí),將它接地,以保證人身平安。4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(6)高頻電纜:將位于主控室的高頻收發(fā)信機(jī)與戶(hù)外變電站的連接濾波器連接起來(lái)。4.2.2電力線載波通信1、電力線載波通信的構(gòu)成(7)高頻收、發(fā)信機(jī)
發(fā)信機(jī)局部系由繼電保護(hù)來(lái)控制,通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),保護(hù)局部啟動(dòng)之后它才發(fā)出信號(hào)。由發(fā)信機(jī)發(fā)出的信號(hào),通過(guò)高頻通道送到對(duì)端的收信機(jī)中,也為自己的收信機(jī)所接收。高頻收信機(jī)接收本端和對(duì)端所發(fā)送的高頻信號(hào),經(jīng)過(guò)比較判斷之后,再動(dòng)作于繼電保護(hù),使之跳閘或?qū)⑺]鎖。4.2.2電力線載波通信2.電力線載波通道的特點(diǎn)通道傳輸?shù)男盘?hào)頻率范圍:50~400kHz。1)無(wú)中繼通信距離長(zhǎng)〔幾百公里〕;2)經(jīng)濟(jì)、使用方便;3)工程施工比較簡(jiǎn)單;4)高壓輸電線路的電暈、短路、開(kāi)關(guān)操作都會(huì)對(duì)載波通信造成干擾。一般用于傳遞狀態(tài)信號(hào),常用于構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。4.2.2電力線載波通信3.電力線載波通道的工作方式三種:正常無(wú)高頻、正常有高頻、移頻方式?!?〕正常時(shí)無(wú)高頻電流方式〔短時(shí)發(fā)信〕在正常條件下發(fā)信機(jī)不工作,通道中沒(méi)有高頻電流,只在電力系統(tǒng)發(fā)生故障期間才由起動(dòng)元件起動(dòng)發(fā)信。需定期檢查高頻通道是否完好:手動(dòng)或自動(dòng)4.2.2電力線載波通信〔2〕正常時(shí)有高頻電流方式〔長(zhǎng)時(shí)發(fā)信〕在正常工作條件下發(fā)信機(jī)始終處于發(fā)信狀態(tài),沿高頻通道傳送高頻電流。優(yōu)點(diǎn):高頻通道局部經(jīng)常處于監(jiān)視的狀態(tài),可靠性高;且無(wú)需收、發(fā)信機(jī)啟動(dòng)元件,簡(jiǎn)化裝置。缺點(diǎn):經(jīng)常處于發(fā)信狀態(tài),增加了對(duì)其他通信設(shè)備的干擾時(shí)間;也易受外界高頻信號(hào)干擾,應(yīng)具有更高的抗干擾能力。4.2.2電力線載波通信〔3〕移頻方式在正常工作條件下,發(fā)信機(jī)向?qū)?cè)傳送頻率為f1的高頻電流;當(dāng)發(fā)生故障時(shí),繼電保護(hù)裝置控制發(fā)信機(jī)移頻,停止發(fā)送頻率為f1的高頻電流,而發(fā)出頻率為f2的高頻電流。優(yōu)點(diǎn):能監(jiān)視通道工作情況,提高可靠性,抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn):占用的頻帶寬,通道利用率低。4.2.2電力線載波通信3.電力線載波通道的工作方式我國(guó)常用正常無(wú)高頻電流方式。4.2.2電力線載波通信4.高頻電流頻率分為單頻制和雙頻制。
單頻制:應(yīng)用于閉鎖式保護(hù)雙頻制:應(yīng)用于允許式保護(hù)4.2.2電力線載波通信5.電力線載波信號(hào)的種類(lèi)按高頻載波通道在縱聯(lián)保護(hù)中的作用,將載波信號(hào)分為閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)、跳閘信號(hào)。4.2.2電力線載波通信5.電力線載波信號(hào)的種類(lèi)閉鎖信號(hào):收到高頻信號(hào)時(shí),阻止本端保護(hù)動(dòng)作于跳閘,即沒(méi)有收到高頻電流信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。4.2.2電力線載波通信5.電力線載波信號(hào)的種類(lèi)允許信號(hào):收到高頻信號(hào)時(shí),允許本端保護(hù)動(dòng)作于跳閘,即收到高頻電流信號(hào)是本端保護(hù)作用于跳閘的必要條件。4.2.2電力線載波通信5.電力線載波信號(hào)的種類(lèi)跳閘信號(hào):收到高頻信號(hào)時(shí),可直接動(dòng)作于跳閘。在不知對(duì)端信息的情況下即可跳閘,那么本側(cè)和對(duì)側(cè)的保護(hù)元件必須具有區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的能力,如距離I段、零序電流I段等。只有在兩端保護(hù)的I段有重疊區(qū)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。4.2.3微波通信頻段為300~30000MHz,超短波的無(wú)線電波,頻帶寬,信息傳輸容量大,傳輸距離不超過(guò)40~60km;距離較遠(yuǎn)時(shí),要裝設(shè)微波中繼站,以增強(qiáng)和傳遞微波信號(hào)。通信速率快,可用于縱聯(lián)電流差動(dòng)原理的保護(hù)。4.2.4光纖通信1.光纖通信的構(gòu)成光發(fā)射機(jī)、光纖、中繼器和光接收機(jī)。2.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大、節(jié)約大量金屬材料、抗干擾性能好等。4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)常以輸電線載波做為通信通道,因此又稱(chēng)為高頻保護(hù)。方向比較式縱聯(lián)保護(hù)比較的是線路兩端的功率方向,又稱(chēng)為方向高頻保護(hù)。距離縱聯(lián)保護(hù)比較的是線路兩端距離元件的動(dòng)作情況,又稱(chēng)為距離高頻保護(hù)??v聯(lián)方向保護(hù)既可構(gòu)成閉鎖式保護(hù)也能構(gòu)成允許式保護(hù)。對(duì)方向元件的要求1)正確反映所有類(lèi)型故障時(shí)故障點(diǎn)的方向且無(wú)死區(qū)。2)不受負(fù)荷的影響,在正常負(fù)荷狀態(tài)下不啟動(dòng)。3)不受系統(tǒng)振蕩影響。4)在兩相運(yùn)行中又發(fā)生短路時(shí)仍能正確判定故障點(diǎn)的方向。保護(hù)正方向短路時(shí),反方向短路時(shí),一、工頻故障分量的方向元件判據(jù)為:保護(hù)正方向短路時(shí),反方向短路時(shí),對(duì)于負(fù)序和零序分量方向元件的判據(jù)為:保護(hù)正方向短路時(shí),反方向短路時(shí),其中,為元件中的模擬阻抗,其相角分別與電源的負(fù)序及零序阻抗角相等可見(jiàn),工頻故障分量的方向元件的特點(diǎn)1)不受負(fù)荷狀態(tài)的影響;2)不受故障點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響;3)正、反方向短路時(shí),方向性明確;4)無(wú)電壓死區(qū);5)不受系統(tǒng)振蕩影響。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)1、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的工作原理以高頻通道經(jīng)常無(wú)電流而在外部故障時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)的方式構(gòu)成,由短路功率方向?yàn)樨?fù)的一端發(fā)出,這個(gè)信號(hào)被兩端的收信機(jī)所接收,而把保護(hù)閉鎖,故又稱(chēng)為高頻閉鎖方向保護(hù)。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)1、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的工作原理
當(dāng)區(qū)外故障時(shí),被保護(hù)線路近短路點(diǎn)一側(cè)為功率方向?yàn)樨?fù),2和5發(fā)出閉鎖信號(hào),兩側(cè)收信機(jī)收到閉鎖信號(hào)后將各自保護(hù)閉鎖。
當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí),線路兩端的短路功率方向均為正,發(fā)信機(jī)均不向線路發(fā)送閉鎖信號(hào),保護(hù)的起動(dòng)元件不被閉鎖,瞬時(shí)跳開(kāi)兩側(cè)斷路器。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)1、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的工作原理
當(dāng)區(qū)內(nèi)故障并伴有通道破壞時(shí),保護(hù)是否會(huì)正確動(dòng)作?對(duì)于故障線路,兩側(cè)的功率方向均為正,都不會(huì)發(fā)信號(hào),因此,此時(shí)通道破壞,兩端的保護(hù)仍能正確跳閘。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)2、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成KW+:功率正方向元件KA2:高定值電流啟動(dòng)停信元件KA1:低定值電流啟動(dòng)發(fā)信元件t1:瞬時(shí)動(dòng)作延時(shí)返回元件t2:延時(shí)動(dòng)作瞬時(shí)返回元件4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(1)區(qū)外短路K點(diǎn)故障,對(duì)線路AB來(lái)說(shuō)是區(qū)外短路保護(hù)1的KA1動(dòng)作,啟動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號(hào),隨之,KA2和KW+動(dòng)作,Y1有輸出,立即停信。經(jīng)t2延時(shí)后,Y2的一個(gè)條件滿足,假設(shè)收不到對(duì)端的閉信號(hào)那么出口跳閘。保護(hù)2的KA1動(dòng)作,啟動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號(hào),KW+不動(dòng)作,Y1沒(méi)有輸出,不會(huì)停信。Y2的兩個(gè)條件都不滿足,不會(huì)跳閘。對(duì)于A端來(lái)說(shuō),對(duì)端的閉鎖信號(hào)需要一定的時(shí)間到達(dá),所以有延時(shí)t2〔4~16ms〕,保證不會(huì)誤跳閘。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(1)區(qū)外短路K點(diǎn)故障,對(duì)線路AB來(lái)說(shuō)是區(qū)外短路外部故障切除以后:A端的KA2和KW+立即返回,A、B兩端的KA1立即返回,但是B端要經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)t1(一般為100ms)才停止發(fā)信,這樣保證即使A端的動(dòng)作元件返回的慢些,也能保證不誤動(dòng)作。對(duì)于A端來(lái)說(shuō),由于保護(hù)2一直發(fā)閉鎖信號(hào),那么Y2元件不動(dòng)作,A端保護(hù)不跳閘。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(2)兩端供電線路區(qū)內(nèi)短路K點(diǎn)故障,對(duì)線路BC來(lái)說(shuō)是區(qū)內(nèi)短路B端保護(hù)的KA1動(dòng)作,啟動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號(hào),隨之,KA2和KW+動(dòng)作,Y1有輸出,立即停信。C端保護(hù)的動(dòng)作情況與B端相同。兩側(cè)都接收不到閉鎖信號(hào),經(jīng)t2延時(shí)后跳閘。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(3)單端供電線路區(qū)內(nèi)短路如果D母線停運(yùn),那么變?yōu)閱味斯╇娋€路。K點(diǎn)故障,對(duì)線路BC來(lái)說(shuō)是區(qū)內(nèi)短路B端保護(hù)3的KA1動(dòng)作,啟動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號(hào),隨之,KA2和KW+動(dòng)作,Y1有輸出,立即停信。C端保護(hù)4不啟動(dòng),不發(fā)出閉鎖信號(hào)。B側(cè)保護(hù)接收不到閉鎖信號(hào),經(jīng)t2延時(shí)后跳閘,切除故障。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)由于被保護(hù)線路兩側(cè)的TA有誤差〔最大達(dá)10%〕和兩側(cè)電流啟動(dòng)元件的動(dòng)作電流可能有士5%的誤差。如果只用一個(gè)電流啟動(dòng)元件,那么在外部短路時(shí),可能出現(xiàn)近短路側(cè)的電流元件拒動(dòng)、而遠(yuǎn)離短路側(cè)的啟動(dòng)元件動(dòng)作的情況。于是,近短路側(cè)的發(fā)信機(jī)不發(fā)信,遠(yuǎn)離短路側(cè)的收信機(jī)收不到高頻閉鎖信號(hào),從而會(huì)使該側(cè)斷路器誤跳閘。采用兩個(gè)靈敏度不同的電流啟動(dòng)元件的原因:采用兩個(gè)動(dòng)作電流不等的電流啟動(dòng)元件;用較小的電流啟動(dòng)元件去啟動(dòng)發(fā)信機(jī),較大的準(zhǔn)備跳閘。這樣就可保證在外部短路一側(cè)的KA1動(dòng)作時(shí),對(duì)側(cè)的KA1也一定動(dòng)作,從而可保證發(fā)信機(jī)發(fā)信,防止上述的誤動(dòng)作。問(wèn)題的解決:4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(1)相電壓、相電流組成的功率方向元件方向元件分析:當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí),振蕩中心位于被保護(hù)線路上時(shí),會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)。(2)方向阻抗元件等組成的方向元件振蕩中心位于被保護(hù)線路上時(shí),也會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(3)負(fù)序方向元件、零序方向元件方向元件分析:負(fù)序方向元件、零序方向元件不受系統(tǒng)振蕩的影響,可以反響各種不對(duì)稱(chēng)短路或接地短路。三相短路一般在短路開(kāi)始瞬間,總有負(fù)序或零序分量,因此對(duì)三相短路也能反響。根本不受短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。受非全相運(yùn)行的影響較大,在系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)可能誤動(dòng)。解決方法:在非全相運(yùn)行期間退出負(fù)序方向元件、零序方向元件。4.3.2閉鎖式方向比較式縱聯(lián)保護(hù)(4)工頻突變量方向元件方向元件分析:工頻突變量方向元件能正確反響所有類(lèi)型的故障,方向性明確,無(wú)動(dòng)作死區(qū)。不受負(fù)荷電流、系統(tǒng)振蕩和短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。突變量只能在故障初期有效!4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)全線速動(dòng),但不能作為變電站母線和下級(jí)線路的后備。距離保護(hù)可以作為變電站母線和下級(jí)線路的后備,而且其中的主要元件(啟動(dòng)元件、方向阻抗元件等)也可作為實(shí)現(xiàn)閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的元件,但距離保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。能不能把兩者結(jié)合起來(lái),取兩者的優(yōu)點(diǎn)?可以。做成閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)(又稱(chēng)為高頻閉鎖距離保護(hù)),使得內(nèi)部故障時(shí)能夠瞬時(shí)動(dòng)作,而在外部故障時(shí)具有不同的時(shí)限特性,起到后備保護(hù)的作用。
4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)構(gòu)成:兩端完整的三段式距離保護(hù)+高頻通信局部距離I段:作為兩端各自的獨(dú)立跳閘段距離III段:作為啟動(dòng)發(fā)信元件,靈敏度高距離II段:作為方向判別和停信元件4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)距離三段整定計(jì)算方法相同。區(qū)別:距離II段增加了瞬時(shí)動(dòng)作的與門(mén)元件。當(dāng)本端II段動(dòng)作且收不到閉鎖信號(hào)時(shí),立即跳閘。注意:距離III段作為啟動(dòng)元件,其保護(hù)范圍應(yīng)超過(guò)正、反方向相鄰線末端母線,一般無(wú)方向性。四、影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)正確工作的因素及應(yīng)對(duì)措施1、非全相運(yùn)行對(duì)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施假設(shè)TV接在線路上,M側(cè)方向元件采用
假設(shè)TV接在母線上,M側(cè)方向元件采用不能采用母線電壓,要使用線路電壓。4-3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)2、功率倒向?qū)Ψ较虮容^式縱聯(lián)保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施QF3跳閘前,線路L2中功率方向?yàn)閺腘側(cè)流向M側(cè),QF3跳閘后QF4跳閘前,線路L2中功率方向?yàn)閺腗側(cè)流向N側(cè),M側(cè)功率方向由負(fù)變?yōu)檎?,停止發(fā)信并準(zhǔn)備跳閘,N側(cè)功率方向由正變?yōu)樨?fù),方向元件應(yīng)返回,但假設(shè)返回慢,有一段時(shí)間兩側(cè)方向元件均處于動(dòng)作狀態(tài),M側(cè)沒(méi)有閉鎖信號(hào),線路兩端保護(hù)誤動(dòng)??蓞⒓友訒r(shí)返回元件t1。3、分布電容對(duì)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施TV接在線路上,在空載合閘一側(cè)方向元件會(huì)誤動(dòng);接于母線時(shí),負(fù)序電壓幾乎為零,負(fù)序方向元件不動(dòng)。4.4縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)
4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)1、縱差動(dòng)保護(hù)的根本原理縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理是建立在基爾霍夫定律根底之上的線路正常運(yùn)行和外部故障(k2)時(shí):
線路內(nèi)部故障(k1)時(shí):
4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)線路正常運(yùn)行和外部故障(k2)時(shí):
線路內(nèi)部故障(k1)時(shí):
流入差動(dòng)繼電器的電流:
4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)1、縱差動(dòng)保護(hù)的根本原理由于兩側(cè)電流互感器勵(lì)磁特性不完全相同,所以在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)流入到差動(dòng)繼電器的電流不等于零,此電流稱(chēng)為不平衡電流
4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)1、縱差動(dòng)保護(hù)的根本原理繼電器的差動(dòng)電流應(yīng)該躲過(guò)正常運(yùn)行及外部短路的最大不平衡電流:理論上最大不平衡電流的穩(wěn)態(tài)值采用TA的10%誤差曲線計(jì)算:Kst為T(mén)A的同型系數(shù),當(dāng)兩TA的型號(hào)、容量相同時(shí)取0.5,不同時(shí)取1;Knp為非周期分量系數(shù);Ik.max為外部短路時(shí)穿過(guò)兩個(gè)TA的最大短路電流。按躲過(guò)最大平衡電流動(dòng)作的差動(dòng)繼電器由于定值比較高,內(nèi)部故障時(shí)靈敏度不高。4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)改進(jìn):帶制動(dòng)特性的縱差動(dòng)保護(hù)!為了提高內(nèi)部故障的靈敏度,差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流不應(yīng)是一個(gè)固定值,而是隨著實(shí)際短路電流Ik產(chǎn)生的不平衡電流而改變,只要在任何時(shí)刻都高于當(dāng)時(shí)的實(shí)際不平衡電流就可以了。4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)實(shí)際不平衡電流可以表示為:Ires稱(chēng)為制動(dòng)電流,差動(dòng)電流Ir稱(chēng)為動(dòng)作電流,那么動(dòng)作方程為:Kres稱(chēng)為制動(dòng)系數(shù)。根據(jù)差動(dòng)保護(hù)原理應(yīng)用于不同的被保護(hù)元件〔線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等〕Kres和Ires取不同的值。區(qū)外故障及正常運(yùn)行時(shí),(1)和(2)制動(dòng)效果相同,但在雙側(cè)電源內(nèi)部短路時(shí),(1)有更高的靈敏度。在單電源內(nèi)部短路時(shí),中有一個(gè)為0,(3)靈敏度最高。(1)、(2)統(tǒng)稱(chēng)為比率制動(dòng)方式,(3)為標(biāo)積制動(dòng)方式。共同點(diǎn):區(qū)外故障時(shí)可以可靠不動(dòng)作。不同點(diǎn):區(qū)內(nèi)故障時(shí)靈敏度不同。
4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流的比較:不帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器特性動(dòng)作方程為:4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)2、輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的特性分析Krel為可靠系數(shù),取1.2~1.3;Knp為非周期分量系數(shù),當(dāng)差動(dòng)回路采用速飽和變流器時(shí),取1;差動(dòng)回路采用串聯(lián)電阻降低不平衡電流時(shí),取1.5~2;Ker為T(mén)A的10%誤差系數(shù),為0.1;Kst為T(mén)A的同型系數(shù),取0.5或1;Ik.max為外部短路時(shí)穿過(guò)兩個(gè)TA的最大短路電流二次值。Iset為差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流整定值,按以下兩個(gè)條件選擇:A.躲開(kāi)外部短路時(shí)的最大不平衡電流4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)不帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器特性動(dòng)作方程為:2、輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的特性分析Krel為可靠系數(shù),取1.2~1.3;IL.max為線路正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流二次值。B.躲開(kāi)最大負(fù)荷電流取A.B兩種情況較大的一個(gè)作為差動(dòng)繼電器整定值。保護(hù)應(yīng)滿足單側(cè)電源運(yùn)行發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)有足夠的靈敏度:4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)(2)帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性動(dòng)作方程:Kres為制動(dòng)系數(shù),取0~1Iop為制動(dòng)門(mén)檻這種動(dòng)作電流不是定值而是隨著制動(dòng)電流變化的特性稱(chēng)為制動(dòng)特性,提高了內(nèi)部短路時(shí)的靈敏性。兩折線動(dòng)作特性4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)3、對(duì)縱差動(dòng)保護(hù)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn):原理簡(jiǎn)單,全線速動(dòng),有天然的選相能力,不受過(guò)負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響,靈敏度較高。缺點(diǎn):要求沿線鋪設(shè)通信線路,而且縱差動(dòng)保護(hù)比較的是相量之間的關(guān)系,要求兩側(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)格同步!應(yīng)用:目前分相電流差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)之一已廣泛應(yīng)用于超高壓線路當(dāng)中,還可以用于發(fā)電機(jī)、變壓器、母線上!由于差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作依賴(lài)于通信通道,因此不能做為唯一的主保護(hù),必須有其他不依賴(lài)于通信通道的保護(hù)(如距離保護(hù))作為補(bǔ)充。4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:兩側(cè)電流同步問(wèn)題導(dǎo)引線差動(dòng):不存在同步問(wèn)題!微波差動(dòng)或光纖差動(dòng):應(yīng)采用同步技術(shù)對(duì)兩側(cè)電流量進(jìn)行同步!常用同步方法:基于數(shù)據(jù)通道的同步方法基于全球定位系統(tǒng)GPS同步時(shí)鐘的同步方法1)基于數(shù)據(jù)通道的同步方法〔以采樣時(shí)刻調(diào)整法為例〕線路兩側(cè)的保護(hù)中,任意規(guī)定一側(cè)為主站,另一側(cè)為從站。兩側(cè)的固有采樣頻率相同,采樣間隔為T(mén)s,由晶振控制。主站采樣時(shí)刻點(diǎn):tm1,tm2,……,tmj
從站采樣時(shí)刻點(diǎn):ts1,ts2,……,tsi4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量A.主站:在tm1時(shí)刻向從站發(fā)一幀信息〔包含主站當(dāng)前時(shí)標(biāo)和計(jì)算通道延時(shí)td的命令〕;B.從站:收到命令后延時(shí)tm將從站當(dāng)前時(shí)標(biāo)和延時(shí)時(shí)間tm回送給主站;C.主站:收到返回信息的時(shí)刻為tr2,那么可計(jì)算通道延時(shí)td:i.通道延時(shí)的測(cè)定4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量D.主站:再延時(shí)tm′將計(jì)算結(jié)果td及延時(shí)tm′向從站發(fā)送;E.從站:按同樣方法計(jì)算出通道延時(shí)td′,并與td進(jìn)行比較,假設(shè)一致那么表示通信過(guò)程正確、通道延時(shí)計(jì)算無(wú)誤,那么開(kāi)始采樣,否那么自動(dòng)重復(fù)上述過(guò)程。i.通道延時(shí)的測(cè)定4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量?jī)煞N方法:以主站的時(shí)標(biāo)為兩側(cè)時(shí)標(biāo)方式〔從站根據(jù)主站時(shí)標(biāo)修改自己的時(shí)標(biāo),與主站相同〕兩側(cè)采用各自時(shí)標(biāo)方式〔只記憶兩側(cè)時(shí)標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系〕ii.時(shí)標(biāo)核對(duì)4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量主站:在當(dāng)前本側(cè)采樣時(shí)刻tmj將包括通道延時(shí)td和采樣調(diào)整命令在內(nèi)的一幀信息發(fā)給從站;從站:根據(jù)收到信息的時(shí)刻tr3及td首先確定tmj對(duì)應(yīng)于本側(cè)的時(shí)刻tsi〔即與tmj最靠近的從站采樣時(shí)刻〕,然后計(jì)算出主、從站采樣時(shí)刻間的誤差△t:iii.采樣時(shí)刻的調(diào)整假定采用以主站的時(shí)標(biāo)為兩側(cè)時(shí)標(biāo)方式
從站調(diào)整采樣時(shí)刻:
通過(guò)逐步調(diào)整,兩側(cè)穩(wěn)定同步后,即可向?qū)?cè)傳送采樣數(shù)據(jù)。4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量2)基于GPS同步時(shí)鐘的同步方法全球定位系統(tǒng)〔GlobalPositioningSystem〕是美國(guó)1993年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。由24顆衛(wèi)星組成,具有全球覆蓋、全天候工作、24h連續(xù)實(shí)時(shí)為地面上無(wú)限個(gè)用戶(hù)提供高精度位置和時(shí)間信息的能力。GPS傳遞的時(shí)間能在全球范圍內(nèi)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘〔UTC〕保持高精度同步,是迄今為止最理想的全球共享無(wú)線電時(shí)鐘信號(hào)源。4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量2)基于GPS同步時(shí)鐘的同步方法專(zhuān)用定時(shí)型GPS接收機(jī)在任意時(shí)刻能同時(shí)接收4~8顆衛(wèi)星的信息,并提取出兩種時(shí)間信號(hào):秒脈沖信號(hào)1PPS經(jīng)串行口輸出與1PPS對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間〔年、月、日、時(shí)、分、秒〕代碼,使兩端保護(hù)具有相同時(shí)標(biāo)4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量2)基于GPS同步時(shí)鐘的同步方法線路兩端的保護(hù)裝置中由高穩(wěn)定性晶振構(gòu)成的采樣時(shí)鐘每隔1s被1PPS信號(hào)同步一次,可保證線路兩端采樣時(shí)鐘給出的采樣脈沖之間具有不超過(guò)2μs的相對(duì)誤差,實(shí)現(xiàn)了兩端采樣的嚴(yán)格同步。4.4.2縱聯(lián)電流差動(dòng)兩側(cè)電流的同步測(cè)量4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)1、縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的根本原理比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流的相位,即利用高頻信號(hào)將電流的相位傳送到對(duì)側(cè)去進(jìn)行比較來(lái)確定跳閘與否,這種保護(hù)又稱(chēng)為相差高頻保護(hù)。區(qū)內(nèi)故障:兩側(cè)電流同相位,發(fā)出跳閘脈沖;區(qū)外故障:兩側(cè)電流相位相差180°,保護(hù)不動(dòng)作。4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)1、縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的根本原理為了滿足以上要求,采用高頻通道正常時(shí)無(wú)信號(hào),而在外部故障時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)的方式來(lái)構(gòu)成保護(hù)。實(shí)際上,當(dāng)短路電流在正半周時(shí),高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出信號(hào);而在負(fù)半周時(shí),高頻發(fā)信機(jī)不發(fā)出信號(hào)。4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)1、縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的根本原理當(dāng)被保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)。由于兩側(cè)電流相位相同,兩側(cè)高頻發(fā)信機(jī)同時(shí)工作,發(fā)出高頻信號(hào),也同時(shí)停止發(fā)信。這樣,在兩側(cè)收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是間斷的,即正半周有高頻信號(hào),負(fù)半周無(wú)高頻信號(hào)。4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)1、縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的根本原理當(dāng)被保護(hù)范圍外部故障時(shí),由于兩側(cè)電流相位相差180°,線路兩側(cè)的發(fā)信機(jī)交替工作,收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連續(xù)的高頻信號(hào)。由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中幅值有衰耗,因此送到對(duì)側(cè)的信號(hào)幅值就要小一些。4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)高頻信號(hào)不連續(xù),有很長(zhǎng)間斷高頻信號(hào)連續(xù)外部故障內(nèi)部故障對(duì)側(cè)發(fā)來(lái)的信號(hào)填滿本端高頻脈沖的間隙未收到填滿本端高頻信號(hào)間隙的脈沖閉鎖信號(hào):填滿本端高頻脈沖間隙的對(duì)側(cè)高頻脈沖4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成低定值負(fù)序電流元件-----反響不對(duì)稱(chēng)短路低定值相電流元件-----反響對(duì)稱(chēng)短路兩元件相“或〞,正常時(shí)不啟動(dòng),故障時(shí)才起動(dòng)。1)故障起動(dòng)發(fā)信元件
----區(qū)分正常運(yùn)行與故障4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成高定值負(fù)序電流元件-----反響不對(duì)稱(chēng)短路高定值相電流元件-----反響對(duì)稱(chēng)短路可啟動(dòng)本側(cè)跳閘回路,只待收信機(jī)輸出滿足跳閘條件后即可跳閘。2)啟動(dòng)跳閘元件4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成可反響各種故障;K取6~8;比較兩側(cè)的復(fù)合電流相位,可實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)、外故障的區(qū)分。3)發(fā)信機(jī)操作元件a.復(fù)合電流過(guò)濾器形成比相的電流相量4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成3)發(fā)信機(jī)操作元件b.操作互感器CH將復(fù)合電流相量變成方波電壓去操作發(fā)信機(jī):正半波發(fā)高頻信號(hào),負(fù)半波不發(fā)信號(hào)??v聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成4)收信比較時(shí)間元件t3收信機(jī)同時(shí)收到本側(cè)和對(duì)側(cè)的高頻電流區(qū)內(nèi)短路時(shí),理論收到間隔10ms的高頻電流;區(qū)外短路時(shí),理論收到無(wú)間斷的電流。時(shí)間元件t3對(duì)收到的高頻電流進(jìn)行整流后延時(shí)t3后輸出,并展寬t4時(shí)間。區(qū)外短路時(shí),連續(xù)收到高頻電流的時(shí)間長(zhǎng),大于t3,有閉鎖信號(hào)輸出,閉鎖保護(hù)出口;區(qū)內(nèi)短路時(shí),高頻電流有較大間隔,那么連續(xù)收到高頻電流的時(shí)間短,小于t3,無(wú)閉鎖信號(hào)輸出,可使保護(hù)跳閘。4.4.3
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