世界電網(wǎng)發(fā)展史上的里程碑
中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員 李立浧
烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱昆柳龍直流工程)于近日投產(chǎn)。中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧難掩內(nèi)心的激動：“這個工程對于中國乃至世界電網(wǎng)發(fā)展有引領示范作用，是世界電網(wǎng)發(fā)展史上的里程碑，代表著更先進的遠距離、大容量輸電技術方向。”
柔性直流與常規(guī)直流的混合，解決常規(guī)直流輸電固有難題，創(chuàng)造19項世界第一，工程的示范意義不言而喻。參與工程籌劃、技術研發(fā)、方案審定及建設全過程的李立浧，如今見證了工程建成投產(chǎn)，感慨頗多。
技術與經(jīng)濟性的最優(yōu)結合
記者：世界首個特高壓混合直流工程，為什么會選擇這種技術方案？
李立浧：這涉及幾方面。首先講特高壓。西電東送國家戰(zhàn)略把西部水電送到用電需求大的廣東、廣西，距離近1500公里。遠距離大容量輸電用特高壓直流最經(jīng)濟高效，而且南方電網(wǎng)公司已經(jīng)建成了多條±800千伏特高壓常規(guī)直流工程，經(jīng)驗和技術積累非常豐富。
但常規(guī)直流工程并網(wǎng)后，其換相失敗現(xiàn)象不能避免等固有特性，會對受端電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定帶來一定沖擊。柔性直流能解決這些問題，而且調(diào)控更加靈活，還能在關鍵時刻支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。因此，送端選常規(guī)直流，受端選柔性直流，這種方案既經(jīng)濟，技術上又先進。
記者：方案經(jīng)過怎樣的研究論證定下的？
李立浧：研究論證過程是科學嚴謹?shù)摹Ｓ懻摲桨高x擇時，有過不同意見，有過爭論，但是最終達成共識，認為柔性直流代表未來直流輸電的方向。南方電網(wǎng)公司最終決定采用柔性直流輸電方案，作出了科學決策。
此前，很多國外的同行提醒我們要非常慎重，“你們的方案很大膽，存在技術風險，在柔性直流很多問題沒弄清楚前，不要輕易實踐?！彼麄兊囊庖娬俏覀兛蒲袌F隊所關注的，也激勵我們下決心做科研攻堅。在這過程中，我們設想了各種問題和風險，絞盡腦汁，對技術方案反復討論打磨，提出了多種應對方案，力求把問題都搞明白。工程建設證明，我們提出的方案是科學合理的?，F(xiàn)在國外同行都表示贊賞，認為南方電網(wǎng)公司為世界電網(wǎng)技術發(fā)展作出了貢獻。
工程核心設備都是國產(chǎn)
記者：19項世界第一，如何創(chuàng)造出來的？
李立浧：19項世界第一不是提前設定的，而是隨著工程的研究推進，我們自然而然地發(fā)現(xiàn)，一些東西是世界上其他工程沒有做過的。比如用軟件系統(tǒng)拓撲結構消除線路故障的思路，打破了傳統(tǒng)安裝斷路器的硬件方法。這個方法開創(chuàng)了柔性直流采用架空線路的先河。以前柔性直流工程都用電纜，如果我們這個工程也采用電纜，大家設想，1500公里的距離，造價得多貴？我們的科研人員從問題出發(fā)，敢于提想法，“大膽設想，認真求證”，成就了19項世界第一。
記者：19項世界第一，也包括關鍵設備創(chuàng)新？
李立浧：是的，工程的順利投產(chǎn)，不僅僅是技術創(chuàng)新的成功，也是設備國產(chǎn)化的成功。在“高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術研究與工程示范應用”這一國家重點研發(fā)計劃項目的支持下，南方電網(wǎng)公司把換流閥、啟動電阻、橋臂電抗器、變壓器這些核心設備納入進來，和制造企業(yè)一起研究攻關。
工程沒有用國外完整的進口產(chǎn)品，核心設備都是國產(chǎn)的，只有部分元器件進口。而且，即便用國外的IGBT半導體器件，我們也同時推進國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)出了這種器件，而且性能也很好，在工程中得到應用。這些器件在后續(xù)工程將會大量應用，基本解決“卡脖子”問題。
有了3端未來就能做4端、5端
記者：今年7月底工程階段性投產(chǎn)，到目前為止運行狀態(tài)如何？
李立浧：階段性投產(chǎn)后，低端400千伏滿負荷試運行，已經(jīng)給廣東送了近50億千瓦時電量，運行狀態(tài)非常好。這很了不起，世界上別說柔性直流，就是常規(guī)直流也沒有先例。直流線路一般都有一年的運行適應期，這個工程一投產(chǎn)運行狀態(tài)就這么好，是奇跡，體現(xiàn)了非常高的技術水準。我感到非常高興和欣慰。工程竣工調(diào)試非常順利，為全面投產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
記者：未來柔性直流輸電技術如何進一步應用提升？
李立浧：這個工程能把柔性直流技術應用到3端，未來就有做4端、5端的可能，主要考量的是實際情況是否需要，以及經(jīng)濟效益能否保障的問題。所以我說，工程對于中國乃至世界電網(wǎng)發(fā)展有引領示范作用，是世界電網(wǎng)發(fā)展史上的里程碑。
現(xiàn)在全球都在進行能源轉型，我國也作出了碳達峰、碳中和的承諾。隨著風電、光伏等可再生能源發(fā)展，這些間歇性、波動性大的能源未來將大規(guī)模接入電網(wǎng)，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定要求更高，柔性直流是解決問題的有效方案。即使這些能源在遠方、分散多處，只要有多端柔性直流電網(wǎng)，就能有效匯集，解決能源傳輸問題。
文/ 南網(wǎng)傳媒全媒體記者 帥泉 圖/ 南網(wǎng)傳媒全媒體記者 李志杰
從無到有，把不可能變成可能
南方電網(wǎng)公司首席技術專家,南網(wǎng)科研院黨委書記、董事長 饒宏
“烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱昆柳龍直流工程)的投產(chǎn)，標志著我國直流輸電工程技術發(fā)展史上的一個重要里程碑，作為世界上首個特高壓多端柔性直流工程，引領柔性直流技術進入特高壓時代。”南方電網(wǎng)公司首席技術專家，南網(wǎng)科研院黨委書記、董事長饒宏說。
饒宏還表示，這些技術創(chuàng)新正在變成標準，把技術通過標準固化下來，使它能夠得到更好的推廣和應用。這是南方電網(wǎng)公司科研人員勇于創(chuàng)新、勇于實踐的結果，他們在直流輸電技術領域的“無人區(qū)”奮力鏖戰(zhàn)，從無到有，把不可能變成可能。
“我們實現(xiàn)了從0到1的原始創(chuàng)新”
記者：在您看來，工程實現(xiàn)了哪些技術創(chuàng)新？
饒宏：特高壓、大容量、架空線、混合直流、多端，這五個關鍵詞可以概況工程最大的技術創(chuàng)新點。從2016年開始，項目團隊依托國家重點研發(fā)計劃——高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術研究與工程示范應用開展聯(lián)合攻關，歷時五年，并結合工程的成套設計，從系統(tǒng)分析、參數(shù)選擇再到設備規(guī)范、控制策略的論證提出，給出了一套完整的技術方案。這些前期的基礎論證、科學研究是工程得以投產(chǎn)重要的基礎。
我們逐一看五大技術創(chuàng)新點。“特高壓”創(chuàng)新，工程在世界上第一次研究設計、建設特高壓混合直流和特高壓柔性直流輸電技術；“大容量”創(chuàng)新，工程的柔性直流達到5000兆瓦，是世界上最大的；“架空線”創(chuàng)新，在這個工程之前，柔性直流主要用電纜，這是第一次采用柔性直流架空線的輸電方式；“混合直流”創(chuàng)新：第一次在送端使用傳統(tǒng)直流，在兩個受端采用柔性直流，這種混合直流技術在世界上是第一次；“多端”創(chuàng)新，這是世界上容量最大的多端直流輸電工程。
記者：這些技術創(chuàng)新，是否意味著我國在特高壓送電領域已經(jīng)實現(xiàn)了“領跑”？
饒宏：工程投產(chǎn)意味著我國在特高壓直流輸電技術實現(xiàn)了“領跑”，這一點答案是肯定的。
我們在超高壓直流輸電技術發(fā)展初期，經(jīng)歷了引進、消化、吸收的過程，到直流特高壓800千伏的時候，我們已經(jīng)實現(xiàn)了消化、吸收、再創(chuàng)新。但是特高壓柔性直流技術在世界上是沒有其他國家提出過的，這次是我們提出了一個新的發(fā)展方向，要把柔性直流電壓等級提升到特高壓，還有就是混合直流。一定程度上說，我們已經(jīng)由之前的“并跑”變成如今的“領跑”，實現(xiàn)了從0到1的原始創(chuàng)造。
有了理論的支撐技術會更科學
記者：在這些技術創(chuàng)新背后，你們做了哪些工作？
饒宏：我們不僅把技術的設想變成了現(xiàn)實，在這個過程中還解決了很多關鍵的科學問題和技術問題，科學問題的解決需要理論性創(chuàng)新，有了理論的支撐，技術會更科學，決策會更有依據(jù)。
在科研攻關的過程中，我們給出了混合直流的定義、基本的電路圖、運行特性曲線等，這些理論問題的解決，為工程的建設打下了堅實的理論基礎。
我們還開展了一系列實驗，從電磁暫態(tài)軟件仿真到全景電網(wǎng)仿真系統(tǒng)進行全過程仿真模擬，還專門搭建物理實驗平臺，通過計算、仿真和試驗結果的相互印證充分掌握了傳統(tǒng)直流與柔性直流構建的混合直流基本特性和基本規(guī)律，檢驗了技術方案的可行性，驗證了成套設計的正確性。最后通過系統(tǒng)調(diào)試，在實際電網(wǎng)運行條件下這些新技術得到充分檢驗。
記者：這些技術創(chuàng)新現(xiàn)在是否正在逐步變成標準？
饒宏：我們提出了柔性直流工程成套設計的國家標準，還有柔性直流換流閥、柔性直流輸電用的變壓器的國家標準……我們把技術通過標準來固化下來，使它們能夠得到更好的推廣和應用。
在國際標準領域，我們已經(jīng)做了兩個重要的工作。
一個是在國際大電網(wǎng)組織，我們發(fā)起成立了混合直流輸電技術工作組，這個工作組一提出就得到了來自10多個國家的專家的熱烈響應。工作組將混合直流技術的研究成果和關鍵技術參數(shù)指標提供給世界各國參考。現(xiàn)在我們的工程建成了，把技術設想變成了工程實踐，這個報告得到有力支撐，分量就更重了。
另一個是，我們牽頭申請了一項IEC標準，提出包括柔性直流和混合直流在內(nèi)的控制保護系統(tǒng)的實驗要求，以實際電網(wǎng)背景條件對控制保護系統(tǒng)的動態(tài)性能和功能加以檢驗，推動將這種工作模式變成國際標準，獲得了國際上同行專家們的認可。
我們的技術和經(jīng)驗“走出去”，就能夠帶動引領這個領域、這個行業(yè)的技術進步和發(fā)展。
柔性直流將成為未來直流發(fā)展方向
記者：柔性直流具有什么特點？
饒宏：柔性直流具有許多技術特點，概括起來有兩個方面的優(yōu)勢：一是提高可再生能源的并網(wǎng)能力；二是改善和提高電網(wǎng)的穩(wěn)定特性。
記者：柔性直流未來發(fā)展的趨勢如何？
饒宏：柔性直流會是未來直流發(fā)展的方向和趨勢。此前這項技術多用于新能源并網(wǎng)，特別是海上風電，南方電網(wǎng)公司的一個重大貢獻就是將柔性直流應用在大電網(wǎng)上，這將成為影響電網(wǎng)發(fā)展格局的關鍵技術。
柔性直流是電壓源型直流，可以對新能源并網(wǎng)起到“穩(wěn)壓器”的作用，從而使可再生能源很平穩(wěn)地并入電網(wǎng)，減小波動性。柔性直流的特點是不存在換相失敗，電網(wǎng)發(fā)生故障的時候可以實現(xiàn)完全穿越而不閉鎖，還可以給電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐，利用柔性直流快速靈活調(diào)節(jié)的技術優(yōu)勢對于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性具有重要意義。
文/ 南網(wǎng)傳媒全媒體記者 韓曉彤 通訊員 周慧 圖/ 南網(wǎng)傳媒全媒體記者 賴增鵬
為未來能源轉型提供支撐
中國工程院院士、南瑞繼保公司董事長 沈國榮
烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱“昆柳龍直流工程”)的投產(chǎn)，開啟了我國特高壓直流輸電發(fā)展的新篇章。
近日，記者采訪了中國工程院院士、南瑞繼保公司董事長沈國榮。沈國榮對昆柳龍直流工程取得的成就給予了積極評價：“工程聯(lián)結了云南、廣西、廣東3個省級電網(wǎng)，充分利用柔性直流輸電靈活可控的突出特性，實現(xiàn)省級電網(wǎng)間互濟，提升了我們利用電力電子技術控制電網(wǎng)的能力。”
沈國榮認為，南方電網(wǎng)下決心建設世界上第一個常規(guī)直流和柔性直流混合的多端特高壓直流輸電工程，推動了我們國家柔性直流輸電技術保持國際領先的地位，通過“需求拉動”，促進了能源電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)及各方創(chuàng)新能力的快速提升。
千錘百煉 換流閥模塊性能超國外產(chǎn)品
昆柳龍直流工程作為世界上第一個常規(guī)直流和柔性直流混合的多端特高壓直流輸電工程，沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒，工程建設過程面臨的技術瓶頸都需要自主突破。
因此，昆柳龍直流工程的每一個關鍵方案從提出到應用，都必須經(jīng)過成百上千次的試驗，才能最終付諸實施。沈國榮說：“在確認全橋和半橋混合比例時，我們利用實際裝置進行實時仿真，開展了200多種運行方式中不同比例的組合、上萬次的仿真迭代，驗證換流閥子模塊的電壓情況，最終推薦了適當?shù)谋壤桨浮！?/p>
為了保證設備質(zhì)量和工程實施效率，沈國榮指揮團隊將現(xiàn)場使用的900多面屏柜連接在一起，進行了耗時超過一年的詳盡工廠試驗。沈國榮分析了試驗過程中面臨的難題：“由于電網(wǎng)運行結構是不斷變化的，在各種工況下滿足性能非常困難。我們通過根據(jù)電網(wǎng)實時結構動態(tài)調(diào)整參數(shù)，最終實現(xiàn)了全工況下的性能要求。”
在設備制造方面，昆柳龍直流工程提出了換流閥模塊即使遇到電源有問題也不能影響運行的高要求目標，這在之前的工程并無先例可循。要突破這個技術上的難點，就要進行具有一定風險的試驗。
面對挑戰(zhàn)，沈國榮帶領團隊迎難而上，“我們?yōu)榇俗隽舜罅课ｋU性較高的破壞性試驗，最終通過多級旁路保護措施實現(xiàn)了目標?！?/p>
經(jīng)過艱苦的技術攻堅，南瑞繼保研制的控制保護延時與以往工程相比大幅提升；自主研制的換流閥模塊，可靠性超過國外產(chǎn)品，大幅提升了柔性直流輸電的性能。
柔性互聯(lián) 保障三省電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行
在實現(xiàn)遠距離、大容量輸電的同時，如何保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定是輸電環(huán)節(jié)的重中之重。據(jù)沈國榮分析，昆柳龍直流工程采用柔性直流輸電技術，避免了廣東電網(wǎng)繼續(xù)采用傳統(tǒng)直流輸電技術的多直流同時換相失敗問題，提升了廣東電網(wǎng)整體的安全性。
三個省級電網(wǎng)連在一起后，電網(wǎng)穩(wěn)定問題也變得復雜了。為了給電網(wǎng)互聯(lián)加上堅實可靠的“保險”，沈國榮帶領團隊通過提供穩(wěn)控系統(tǒng)，設計了多端直流功率提升、功率回降、頻率控制，以及功率速降協(xié)調(diào)等安全穩(wěn)定控制策略，有效保障三端直流連接的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
沈國榮認為，柔性直流輸電容易實現(xiàn)多端連接和組網(wǎng)運行，利用該優(yōu)勢可實現(xiàn)省級電網(wǎng)的互聯(lián)。柔性直流輸電控制能力強，用來進行區(qū)域電網(wǎng)柔性互聯(lián)，可實現(xiàn)互供互濟而又相互隔離故障。廣東背靠背工程利用這個特性實現(xiàn)了短路電流限制和互供互濟、緊急支援。
前景廣闊 柔性直流輸電將支撐能源轉型
目前，盡管柔性直流輸電技術具備了遠距離大容量輸電及電網(wǎng)安全互聯(lián)等優(yōu)勢，但仍需解決成本高和損耗高的問題。“受現(xiàn)階段全控器件條件的限制，柔性直流成本和損耗較常規(guī)直流都要高，但也在隨著技術的發(fā)展正在逐漸降低?！鄙驀鴺s認為我國柔性直流可控器件發(fā)展的步伐將會加快，“我們國家在自主可控器件研制上正在加緊追趕，我們已經(jīng)配合國產(chǎn)器件廠家開展了充分的研究工作，實現(xiàn)柔性直流技術全面自主化完全可行?！?/p>
談到柔性直流輸電未來的發(fā)展，沈國榮指出，未來新一代器件，如碳化硅、氮化鎵器件一旦條件成熟，柔性直流輸電在降低損耗、減小體積、提升可靠性等方面必將取得長足進步。
近年來，可再生能源發(fā)展十分迅猛，部分地區(qū)如何消納多余的可再生能源發(fā)電成為能源轉型的關鍵一環(huán)。沈國榮表示，為實現(xiàn)中國承諾的“2030年前碳排放要達到峰值，2060年前要實現(xiàn)碳中和”目標，新能源占比必將大幅增加。
他認為，柔性直流在新能源并網(wǎng)，特別是高比例甚至純新能源、分布式新能源、遠海風電等難以使用傳統(tǒng)輸電技術方案的領域大有可為，前景廣闊。柔性直流輸電技術與能源轉型將會相互促進，在能源轉型過程中既起到支撐作用，也受能源轉型大方向的影響而不斷優(yōu)化提升。
圖片由受訪者提供
南網(wǎng)傳媒全媒體記者 江濤
開啟特高壓柔性直流輸電新時代
浙江大學教授、國際電氣電子工程師學會(IEEE)會士 徐政
烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱“昆柳龍直流工程”)全面投產(chǎn)，是直流輸電發(fā)展進程中的里程碑。近日，記者采訪了浙江大學教授、國際電氣電子工程師學會(IEEE)會士徐政。徐政表示，昆柳龍直流工程調(diào)試成功并投入運行，具有重大意義。
開路先鋒 落點由一到多
“昆柳龍直流工程是一個開路的工程?！毙煺硎?，工程的成功與否對我國未來遠距離大容量輸電工程的技術方向選擇至關重要。在工程調(diào)試取得成功后，徐政認為，“未來的遠距離大容量輸電都會優(yōu)先考慮柔性直流輸電技術，已有的傳統(tǒng)直流輸電工程在合適的時機，也會改造成柔性直流輸電工程?！币驗槲覈h距離大容量輸電工程大多落點在同一個較小的區(qū)域內(nèi)，如珠三角區(qū)域、長三角區(qū)域，一個區(qū)域內(nèi)接受傳統(tǒng)直流輸電落點的數(shù)目在技術上是有限制的，但接受柔性直流輸電落點的數(shù)目在技術上是沒有限制的。
昆柳龍直流工程創(chuàng)造了19項世界第一，突破了一個又一個的技術瓶頸。談到本次工程面臨的最大困難，徐政認為，在遠距離大容量輸電過程中，當架空線路發(fā)生暫時性短路故障時如何快速清除故障并快速恢復送電成為了柔性直流技術面臨的根本性瓶頸，也是本次工程面臨的最大技術挑戰(zhàn)之一。
為了克服這個技術障礙，工程選擇了借助換流器本身實現(xiàn)故障自清除這一技術途徑，目前世界范圍內(nèi)采用這一技術途徑的實際工程只有昆柳龍直流工程。昆柳龍直流工程的成功投產(chǎn)，標志著這一途徑完全可行，為應用于遠距離大容量輸電的特高壓柔性直流輸電技術開辟了一條道路，是昆柳龍直流工程在柔性直流輸電技術方面的一個根本性突破。
萬事開頭難，從0到1的道路總是布滿荊棘。徐政說：“昆柳龍直流工程的諸多技術都沒有可借鑒的先例和問題解決方案，必須通過大量的研究和試驗，才能應用到工程項目中?！?/p>
“為了找到可行的工程實施方案，我們必須進行大量的努力，在這個工程中，大家團結一心，集思廣益，腳踏實地地攻克每一個難題，才使得我們最終可以突破瓶頸，取得成功。”徐政說。
迅猛發(fā)展 我國柔性直流輸電已領跑世界
與傳統(tǒng)直流輸電技術的發(fā)展不同，我國柔性直流輸電技術的發(fā)展走出了一條完全自主化的道路。“我國發(fā)展傳統(tǒng)直流輸電技術時有一個引進、消化、再創(chuàng)造的過程，但柔性直流輸電從起步發(fā)展到現(xiàn)在，所用的技術都是我們自己開發(fā)研究的成果?！毙煺Υ烁械椒浅Ｗ院?。
在柔性直流技術發(fā)展的過程中，我國不僅實現(xiàn)了技術自主化，而且走上了高速發(fā)展的快車道。徐政介紹說：“我國在基于模塊化多電平換流器技術的柔性直流輸電領域，幾乎是與國外同時發(fā)展的。但在近10年的時間里，我國已經(jīng)發(fā)展到了±800千伏、500萬千瓦的技術水平，目前我國在柔性直流輸電領域已處于世界領先的地位。”
堅實保障 異步分割提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平
隨著昆柳龍直流工程的投產(chǎn)，柔性直流在遠距離大容量輸電領域扮演越來越重要角色的同時，也為該工程聯(lián)接的三個省級電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了堅實保障。對此，徐政做了詳細的解析：“由于柔性直流輸電技術用于大區(qū)電網(wǎng)之間的異步互聯(lián)，起到了‘防火墻’的作用，使得在一個大區(qū)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生的故障不會傳遞到與其異步相聯(lián)的其他大區(qū)電網(wǎng)中，從而大大降低了國外已經(jīng)歷過的大面積停電事故發(fā)生的可能性。”徐政介紹說，由于這一特點，柔性直流技術將大量應用于背靠背聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)大同步電網(wǎng)的異步分割，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。
在突破了多項技術瓶頸之后，柔性直流輸電技術也迎來了更加光明的未來。作為長期研究直流輸電的專家，徐政也一直關注著柔性直流輸電的應用前景。他認為，柔性直流輸電技術已經(jīng)積累了相當?shù)慕?jīng)驗，目前開始大規(guī)模應用已沒有技術上的困難。
對于柔性直流輸電技術的發(fā)展趨勢，徐政指出，柔性直流輸電技術將向特高壓、大容量方向發(fā)展，應用于遠距離大容量輸電，比如我國的藏電外送、西部清潔能源外送等。同時，向海底柔性直流輸電方向發(fā)展，大量應用于遠海風電場的接入工程，在能源轉型及消納多余可再生能源方面將可以大展身手。
圖片由受訪者提供
南網(wǎng)傳媒全媒體記者 江濤
本期報紙圖片統(tǒng)籌：李志杰
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