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更新時間：2024-07-23 
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摘要：介紹了傳(chuan) 統軌道交通能源管理係統的構成及功能，指出現有能源管理係統在節能工作中的局限，提出能源數據應進行精細化采集，構建多係統協同管控的能源管理大數據平台，建立科學的能耗評價(jia) 指標，製定合理的自動化節能控製策略，實施多係統協同控製，大限度地降低能耗，發展為(wei) 自動控製節能的智慧能源管理係統。
關(guan) 鍵詞：能源管理係統；分類分項分戶；自動節能控製；智慧能源管理係統
0引言
城市軌道交通在中國人民的生產(chan) 、生活中已成為(wei) 無法取代的新型交通方式。截至2019年，中國已有40個(ge) 城市開通城市軌道交通，運營線路208條，運營線路總長度6736.2km。由於(yu) 軌道交通運量巨大，其能源消耗也相當驚人。與(yu) 此同時，中國麵臨(lin) 非常嚴(yan) 峻的能源安全和環境壓力。在2021年的工作報告中，“做好碳達峰、碳中和工作”被列為(wei) 2021年重點任務之一。軌道交通作為(wei) 用能大戶，其節能工作是一項長期、艱巨的任務。城市軌道交通能源消耗種類主要包括電、水、燃氣、油、冷量等，其中，電能消耗大，占總能源消耗的85%～98%。能源消耗種類占比如圖1所示。能耗成本控製是地鐵運營成本控製的重要環節。建立完善的能源管理體(ti) 係既是企業(ye) 減少自身能源消耗、降低生產(chan) 成本的需要，又是響應節能號召和全球減排溫室氣體(ti) 的需要。
1能源管理係統的現狀
能源管理係統在很多城市軌道交通工程中已應用，能源管理係統初設立的目的主要是實現遠程抄表，減少運營人工成本，並用於(yu) 能源數據的采集、統計、報表等。
1.1能源管理係統構成
能源管理係統架構包括能源管理係統、骨幹網及現場數據采集表計。能源管理係統通過全線骨幹網，從(cong) 各車站、場段、主變電所和控製等現場表計自動獲取能源數據，實現對全線能源數據的集中監管。能源管理係統架構圖如圖2所示。
1.1.1能源管理係統
能源管理係統設主備數據服務器、磁盤陣列、交換機、工作站、打印機等設備。主備數據服務器、磁盤陣列用於(yu) 處理、存儲(chu) 全線能源管理係統的曆史數據，能源管理工作站作為(wei) 數據庫服務器的客戶端，在工作站上通過能源管理係統軟件，可實時顯示係統所有智能電、水表等的運行狀態及參數，查詢服務器曆史數據，進行統計、分析，生成各類能耗報表等。
1.1.2骨幹網
將綜合監控係統或通信係統骨幹網作為(wei) 底層設備與(yu) 能源管理的通信通道，將底層表計數據上傳(chuan) 至能源管理係統。
1.1.3現場表計
能源管理係統根據能源的種類配置相應的能源計量表計，如電表、水表等智能表計，采集電能、水能等能源數據，表計應具有通信功能，將數據通過骨幹網上傳(chuan) 至能源管理係統。
1.2能源管理係統功能
能源管理係統對末端設備的能耗與(yu) 能效數據進行采集、存儲(chu) 、統計，並形成報表，為(wei) 地鐵運營管理工作提供了有效的能耗計量工具和能源管理工具。
1.2.1數據采集及存儲(chu) 功能
能源管理係統通過網絡自動采集終端智能表計各類數據，並將采集到的原始數據以一定的間隔周期上傳(chuan) 並存儲(chu) 至數據庫。
1.2.2數據統計及報表功能
能源管理係統對采集的數據進行能源的分類、分項和分戶統計，以報表、柱狀圖、餅圖、趨勢曲線等形式顯示能源數據和信息。各站分戶用電占比如圖3所示。
1.2.3實時監測功能
能源管理係統可以實時監測電表的三相電流/電壓、頻率、有功/無功功率、功率因數、有功電能、電表綜合變比等實時數據。
1.2.4能耗異常監控功能
能源管理係統可查詢係統監控到的電表和用電異常記錄，可新增、修改、刪除設置的被監控電表記錄，查詢設置的電表增量限額。
2能源管理係統在節能工作中的局限性
現有的城市軌道交通能源管理係統多用於(yu) 遠程抄表、能源數據監測、統計等，並沒有在能源管理和節能控製方麵很好地發揮作用。
2.1管理粗放統計粗略
現有的能源管理係統管理粗放，運行參數與(yu) 能耗統計不準確、不精細，缺乏對實際能耗使用細節的關(guan) 注，能耗數據與(yu) 運行參數流於(yu) 形式，存在能耗管理盲區。部分工程采用繼電保護裝置的測量功能采集能耗數據，負載率較低時能耗數據無法顯示。
2.2能源管理與(yu) 節能控製脫節
現有能源管理係統的主要作用是對能源數據進行采集、統計，隻監測不管控，能源管理與(yu) 節能控製脫節。
2.2.1環控設備運行狀態與(yu) 客流量脫節
據統計，大多數城市軌道交通環控係統按大設計值處於(yu) 長期滿負荷運行狀態，無法根據客流量調節設備運行，甚至存在過度供冷等問題。
2.2.2個(ge) 別設備房溫度過低
個(ge) 別設備房機電設備低負荷運行，發熱量遠低於(yu) 額定負荷，而空調係統按額定負荷發熱量運行，造成設備房溫度過低。
2.2.3照明設備全天處於(yu) 高照度狀態
軌道交通列車行車密度在全天運行中存在很大差異，公共區照明全天運行時段均處於(yu) 高照度，而無節能管控措施。
3基於(yu) 大數據平台的智慧能源管理係統
針對能源管理係統在節能工作中存在的問題，應對能源數據進行精細化采集，構建多係統協同管控的能源管理大數據平台，建立科學的能耗評價(jia) 指標，製定合理的自動化節能控製策略。
3.1能源管理係統分類分項分戶模型的建立
能源管理係統分類、分項、分戶模型的建立應從(cong) 便於(yu) 能源的統計、對比分析、節能考核及貿易結算等角度考慮，對采集到的數據按照時段、日、月、年計算分類、分項和分戶能耗數據以及均值（人均、單位麵積均、車均等），為(wei) 節能管控提供決(jue) 策依據。能源管理係統發展路線如圖4所示。
3.1.1能源分類
能源分類主要指能源消耗的種類，包括電力、燃氣、燃油、燃煤、熱力以及水資源等。
3.1.2能源分項
能源分項是指根據各類能源的主要用途劃分進行采集和整理，其目的是區分、管理各類能源消耗，並為(wei) 節能分析提供基礎數據。
能源分項主要分為(wei) 車輛牽引用電和動力照明用電，動力照明用電又可分為(wei) 通風空調用電、動力用電、設備用電、照明用電、商業(ye) 用電、物業(ye) 用電等小項。通風空調係統設備所消耗的電能約占整個(ge) 車站動力耗電量的50%，存在很大的節能空間，此類需要進行節能分析的用電負荷，應劃分用電細項進行統計。用電分項模型如圖5所示。
3.1.3能源分戶
能源分戶的主要目的是實現能耗統計、節能考核、貿易結算等，能源分戶可按不同能源消耗主體(ti) 如車站、控製、車輛段、停車場及主變電所等進行能耗數據的統計和整理，其中，車輛段及停車場的每一處獨立單體(ti) 可為(wei) 一統計小戶。
為(wei) 了便於(yu) 軌道交通各車站的能源消耗對比分析，車站大戶用電一般指動力照明用電，不包括牽引用電。
3.2建立能源管理係統大數據平台
城市軌道交通應構建線網級能源管理係統，除了根據分類、分項、分戶模型采集各線能源數據外，能源管理係統同時與(yu) AFC（AutomaticFareCollection，自動收費）係統、信號係統、BAS（樓宇自動化係統）等互聯互通，將運營數據（客流、車次）、環控數據、車站數據等納入能源管理係統大數據平台（見圖6），以報表、趨勢圖、柱形圖、餅圖等的形式顯示線路、車站、設備等的能耗趨勢，並計算出單位客運周轉量、單位運營裏程、單位麵積等的能耗數據。
3.3建立能耗評價(jia) 指標
能耗評價(jia) 指標是能耗數據分析工作的直觀體(ti) 現，也是檢驗能源管理工作的重要依據[7]。隻有建立科學的能耗評價(jia) 指標，才能更好地指導節能工作。能耗評價(jia) 指標如表1所示。
3.4智慧能源管理係統
根據科學、合理的能源管理係統評價(jia) 指標，製定合理的節能控製策略，與(yu) 綜合監控係統聯動，對列車運行模式、環控設備、照明設備等進行自動控製，及時、準確地調整設備運行狀態，達到自動控製節能的目的。
a)在非高峰運營時段，適當控製列車運行速度，采用大小交路套跑的行車組織模式控製列車運營，降低單位運營裏程牽引電耗；b)根據客流情況和環控數據自動調整通風、空調設備運行工況，降低單位客運量電耗；c)根據列車車次自動控製公共區照明設備啟停，降低運營線公裏電耗。
4 Acrel-EIOT能源物聯網雲(yun) 平台
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯網開放平台是一套基於(yu) 物聯網數據中台，建立統一的上下行數據標準，為(wei) 互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平台。用戶僅(jin) 需購買(mai) hth下载地址物聯網傳(chuan) 感器，選配網關(guan) ，自行安裝後掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(ye) 數據服務。
該平台提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問。
（2）應用場所
本平台適用於(yu) 公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管係統集成商、小型物業(ye) 、智慧城市、變配電站、建築樓宇、通信基站、工業(ye) 能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
（3）平台結構
（4）平台功能
電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方麵實現供配電監控係統的遙測'、遙信、遙控控製，對係統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方麵，可以顯示或查詢供配電室內(nei) 各設備運行（包括曆史和實時參數，並根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。
變壓器監控
配電圖
能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從(cong) 能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chan) 以及使用的全過程有機結合起來，運用的數據處理與(yu) 分析技術，進行離線生產(chan) 分析與(yu) 管理，實現全廠能源係統的統一調度，優(you) 化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體(ti) 能源管理水平的目的。
能耗概況
預付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看係統日誌等功能；
2）係統配置：對建築、通訊管理機、儀(yi) 表及默認參數進行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、衝(chong) 正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；
6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本係統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
預付費看板
充電樁管理
通過物聯網技術，對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。
充電樁看板
智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內(nei) 照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關(guan) 策略配置及後台遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，並達到一定節能減掛的效果。
監控頁麵
安全用電
安全用電采用的剩餘(yu) 電流互感器、溫度傳(chuan) 感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩餘(yu) 電流）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，並將發現的各種隱患信息及時推送給企業(ye) 管理人員，指導企業(ye) 實現一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患於(yu) 未然”的目的。
智慧消防
通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。補了原先針對“九小場所”和危化品生產(chan) 企業(ye) 無法有效監控的空白，適應於(yu) 所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“係統化”、用電管理“精細化”的實際需求。
（5）係統硬件配置
| 類型 | 型號 | 外觀 | 產(chan) 品功能 |
| 能源物聯網雲(yun) 平台 | Acrel-EIOT |
| 提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問 |
| 智能網關(guan) | AWT100-4G |
| 1路下行485，上行可選配4G、WIFI、網口 |
| ANet-1E2S1-4G |
| 上行：以太網、4G 下行：RS485 | |
| 物聯網電表 | ARTU係列 |
| 可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。 通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網 |
| 無線測溫 | ARTM-Pn |
| 可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個(ge) 無線溫度傳(chuan) 感器溫度 |
| ATC600 |
| ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個(ge) 無線溫度傳(chuan) 感器溫度 | |
| 光伏監控 | AGF |
| 光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關(guan) 量狀態監測，用於(yu) 采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳(chuan) 感器，隔離測量大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓高DC1500V |
| 電力監控 | AEM96 |
| 三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、複費率、大需量、曆史電能統計、開關(guan) 量事件記錄、曆史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關(guan) 量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 |
| AEM72 |
| 三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、複費率、大需量、曆史電能統計、開關(guan) 量事件記錄、曆史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關(guan) 量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ACR係列 |
| 三相所有電力參數、大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。 通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網 | |
| APM係列 |
| 全電量測量，四象限電能，複費率電能，儀(yi) 表內(nei) 部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈衝(chong) 輸出、秒脈衝(chong) 等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網 | |
| 物聯網電表 | DDS |
| 有功、無功電能計量，電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD顯示，RS485通訊，MODBUS-RTU和DL/T645協議 |
| 物聯網電表 | DDSD |
| 電能計量：總電能計量（反向計入正向），3個(ge) 月曆史電能數據凍結存儲(chu) 電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F測量LCD顯示：8位段式LCD顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、複費率和通訊協議。 脈衝(chong) 輸出：L有功電能脈衝(chong) 輸出複費率：4個(ge) 時區、2個(ge) 時段表、14個(ge) 日時段、4個(ge) 費率通訊：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07協議、紅外通訊 |
| 物聯網電表 | DTSD |
| 電能計量：有功電能計量（正、反向）、無功電能計量（正、反向）、A、B、C分相正向有功電能電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F諧波測量：2~31次諧波電壓電流LCD顯示：8位段式LCD顯示、背光顯示按鍵編程：4按鍵可編程通信、變比等參數脈衝(chong) 輸出：有功脈衝(chong) 輸出、無功脈衝(chong) 輸出、時鍾脈衝(chong) 輸出LED報警：失壓、過壓報警複費率及附帶功能：有源開關(guan) 量輸入、3開關(guan) 量輸出、支持4個(ge) 時區、2個(ge) 時段表、14個(ge) 日時段、4個(ge) 費率、大需量及發生時間、上48月、上90日曆史凍結數據、日期、時間 通訊：紅外通訊、RS485接口、同時支持Modbus、DL/T645測溫：支持3外置NTC測溫 |
| 物聯網電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個(ge) 月曆史電能數據凍結存儲(chu) ；8位段式LCD顯示；有功電能脈衝(chong) 輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。 |
| ACR10R |
| 三相電流/電壓/頻率/功率因數，有功/無功/視在功率，四象限電能計量，大需量，複費率電能計量，總諧波含量、分次諧波（2-63次），事件記錄和報警功能。電能精度0.5級。 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ADL10-E |
| 有功、無功電能計量，電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD顯示，RS485通訊，MODBUS-RTU和DL/T645協議 | |
| ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。 | |
| ADW200 |
| 4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；大需量及上十二月曆史需量記錄；事件記錄、複費率、四象限電能及曆史電能記錄；支持12路開關(guan) 量輸入4路開關(guan) 量輸出；支持12路測溫4路剩餘(yu) 電流測量；有功電能精度1級。 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ADW210 |
| 4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；大需量及上十二月曆史需量記錄；事件記錄、複費率、四象限電能及曆史電能記錄；支持12路開關(guan) 量輸入4路開關(guan) 量輸出；支持12路測溫4路剩餘(yu) 電流測量；有功電能精度1級。 | |
| ADW300-4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；大需量及上十二月曆史需量記錄；事件記錄、複費率、四象限電能及曆史電能記錄；支持4路開關(guan) 量輸入、2路開關(guan) 量輸出；支持4路測溫；支持1路剩餘(yu) 電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。 通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊 | |
| 預付費電表 | DDSY-4G |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個(ge) 時區、2個(ge) 時段表、14個(ge) 日時段、4個(ge) 費率大需量及發生時間，實時需量，曆史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈衝(chong) 輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。 |
| DTSY-4G |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個(ge) 時區、2個(ge) 時段表、14個(ge) 日時段、4個(ge) 費率大需量及發生時間，實時需量，曆史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈衝(chong) 輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。 | |
| 直流電能表 | DJSF1352 |
| 1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用於(yu) 霍爾傳(chuan) 感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。 |
| 電氣安全 | ARCM300-Z |
| 三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩餘(yu) 電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2 路開關(guan) 量輸入，支持斷電報警上傳(chuan) |
| AAFD-DU |
| 監測故障電弧、漏電、溫度 兩(liang) 路無源幹接點（開關(guan) 量）輸入 兩(liang) 路無源常開觸點（開關(guan) 量）輸出 | |
| 充電樁 | ACX係列 |
| 充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電， |
| AEV_AC007 |
| 額定功率7kW,單相三線製，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍牙、Wifi | |
| 智慧照明 | ASL200 |
| 遙控輸出 兩(liang) 路無源幹接點（開關(guan) 量）輸入 兩(liang) 路無源常開觸點（開關(guan) 量）輸出 |
5結論
雲(yun) 平台的發展和應用為(wei) 城市軌道交通的綜合承載和數據共享提供了有力的技術支撐，具備建立能源管理係統大數據平台的條件。但基於(yu) 能源管理大數據平台的節能控製策略尚不完善，需要多係統協同做進一步研究。
城軌交通，智慧先行。《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》指出智能能源係統體(ti) 係是智慧城軌建設藍圖的目標之一。未來能源管理係統的發展方向必將是相關(guan) 係統互聯互通，製定合理的自動化控製策略，實施多係統協同控製，發揮能源管理係統在節能工作中的巨大潛力，使能源管理係統發展成為(wei) 自動控製節能的智慧能源管理係統。
參考文獻：
［6］ 王文格，胡偉(wei) 然，羅 蘭(lan) ，朱雨婷.城市軌道交通智慧能源管理係統
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