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故障錄波器范文第1篇

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；故障；錄波器

中圖分類號：F470.6 文獻標識碼：A

電力系統(tǒng)故障錄波裝置是常年投入運行監(jiān)視運行狀況的一種自動記錄裝置。它的主要功能在于分析故障狀態(tài)下該保護裝置動作的正確性與否，其作用除了用于檢測繼電器及安全自動裝置的動作行為外，還用于分析系統(tǒng)動態(tài)過程中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計算程序及模型參數(shù)的正確性。我們利用錄波數(shù)據(jù)可以正確評價或驗算繼電保護裝置工作的正確性。

當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電力系統(tǒng)潮流計算、短路電流計算的理論值與實際值的相差很大，繼電保護裝置、自動儀的實際動作情況怎樣，電氣設(shè)備受沖擊的程度怎樣，從理論上很難闡述且又不能通過實驗獲得的瞬時信息，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義，我們借助電力系統(tǒng)故障錄波器就可以獲得這些有用的信息，所以，故障錄波器就好比是電力系統(tǒng)故障時的“黑匣子”，是電力系統(tǒng)十分重要的安全自動裝置。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定：在主力發(fā)電廠、110kV及以上變電站都應(yīng)裝設(shè)故障錄波器。它需要記錄的電網(wǎng)參數(shù)如電壓、電流、開關(guān)量外，還對有關(guān)元件的有功、無功、非周期分量的初始電流及其衰減時間常數(shù)、系統(tǒng)頻率變化及各種參數(shù)變化的準確時間進行記錄。分析電網(wǎng)故障主要是指分析電力系統(tǒng)動態(tài)過程參數(shù)量的變化規(guī)律。故障錄波器必須設(shè)置故障錄波的專用傳輸接口，以便遠傳調(diào)度作進一步數(shù)據(jù)分析處理。

1電力系統(tǒng)故障錄波器的作用

故障錄波儀目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其地位越來越重要，甚至不可替代，作用如下：

1.1 借助故障錄波器，可以正確分析判斷故障原因，為故障處理提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)故障過程波形圖及其有關(guān)數(shù)據(jù)，可以準確反映故障類型、相別、故障電流和電壓等重要數(shù)據(jù)、斷路器跳閘、合閘時間及自動重合閘動作情況等，從而可以分析和確定事故原因，研究有效的對策，為及時處理故障提供可靠的依據(jù)。

1.2 通過分析記錄的故障波形圖，可以看出繼電保護裝置和自動化裝置的缺陷以及一次設(shè)備的存在的問題，可以及時消除事故隱患；可提供轉(zhuǎn)換性故障和非全相運行再故障的信息；還可反映電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的情況等。

1.3 根據(jù)錄取的波形圖和數(shù)據(jù)，結(jié)合短路電流計算結(jié)果，可以較準確地判斷故障地點范圍，便于尋找故障點，加速處理事故進程，減輕尋線人員勞動強度。

1.4 分析研究震蕩規(guī)律，從錄波圖可以清楚反映振蕩發(fā)生、失步、同步震蕩、異步震蕩和再同步全過程以及振蕩周期、振蕩頻率、振蕩電流和振蕩電壓特性等，為研究防止振蕩對策、改進繼電保護和自動化裝置提供依據(jù)。

1.5 根據(jù)錄取的波形圖和數(shù)據(jù)，可以準確評價繼電保護和自動化裝置工作的正確性，特別是在發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障時更是如此。

1.6 借助故障錄波器提供的波形和數(shù)據(jù)，不僅可反映用于核對系統(tǒng)參數(shù)和短路電流計算值，而且還可實測系統(tǒng)參數(shù)，對理論上計算的系統(tǒng)參數(shù)進行必要的修正。所以說故障錄波器對保證電力系統(tǒng)安全運行有十分重要和顯著的作用，同時，還可積累運行經(jīng)驗，提高系統(tǒng)運行水平。故，故障錄波器是電力系統(tǒng)中必不可少的裝置，通過它的廣泛使用，可以保證系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運行，并為不斷改進系統(tǒng)提供了依據(jù)。

2故障錄波圖能夠提供的信息

（1）記錄故障電流和故障電壓以及頻率等量的變化過程

（2）記錄保護動作時間和故障切除時間

（3）顯示出現(xiàn)故障的電氣設(shè)備和故障類型

（4）顯示自動重合閘重合時間以及是否重合成功

（5）顯示直流是否正常，是否接地、短路

（6）詳細的繼電保護動作情況

（7）完成附屬功能

3 分析錄波圖的基本方法

（1）分析判斷系統(tǒng)發(fā)生了何種類型的故障，故障存在的時間。

（2）以故障相電壓或電流的過零點為相位基準，確定故障態(tài)各相電流電壓的相位關(guān)系（注意選取相位基準時應(yīng)躲開故障開始及故障結(jié)束部分，因為這兩個區(qū)間存在非周期分量較大，電壓電流夾角由負荷角轉(zhuǎn)換為線路阻抗角跳躍較大等情況，分析容易出錯）。

（3）以某一相電壓或電流的過零點為相位基準，查看故障前電流電壓相位關(guān)系是否正確，是否為正相序？負荷角是多少度？

（4）繪制向量圖，進行分析。

4國內(nèi)故障錄波器目前的形式

2.1常規(guī)主力發(fā)電廠、110kV及以上變電站裝設(shè)常規(guī)錄波器，故障錄波器的接入量均通過硬電纜線接入錄波器。

2.2在數(shù)字化變電站廣興起時，由于對GOOSE及IEC61850應(yīng)用的不成熟，有一種過渡站，就是模擬量數(shù)字化開關(guān)量還是硬接線，這種變電站是傳統(tǒng)站和數(shù)字化站的一種混合站，而在這中混合站中仍保留了高頻保護，這種站要求錄波器既能提供模擬量的數(shù)字化接口，也能提供開關(guān)量硬節(jié)點的采集以及高頻通道的直流量采集。

2.3智能變電站故障錄波，系統(tǒng)可接入智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的IEC61850-9-1或IEC61850-9-2模擬量采樣值SMV(Sampled Analogue Value)報文和IEC61850-8-1面向變電站事件的通用對象GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)報文，并將GOOSE解析成實際的開關(guān)狀態(tài)，并且系統(tǒng)也支持SMV+GOOSE共網(wǎng)模式，直接從交換機獲取SMV和GOOSE。系統(tǒng)與站控層設(shè)備的通訊采用IEC61850制造報文規(guī)范MMS(Manufacturing Message Specification (ISO 9506))通訊規(guī)約，實現(xiàn)與站控層設(shè)備的互操作.

2.4在智能變電站中網(wǎng)絡(luò)故障或報文異常和變電站繼電保護裝置動作行為存在著復雜的關(guān)聯(lián)性，很多時候需要把故障錄波數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)報文進行關(guān)聯(lián)對比分析，故障錄波和網(wǎng)絡(luò)分析一體化裝置可將兩種裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)進行綜合分析，大大簡化、方便了運行維護，使得兩種數(shù)據(jù)相互分析、互相印證，可通過同一組交換機端口共享SV(采樣值)報文和GOOSE(變電站狀態(tài)事件)報文，有效地簡化了間隔層網(wǎng)絡(luò)連線，節(jié)約了交換機端口資源，縮減了二次設(shè)備裝置組屏數(shù)量。

5.案例分析

某智能化變電站，主變壓器遠景設(shè)計規(guī)模3臺，本期2臺；

220kV出線遠景6回，本期4回，本、終期均為雙母線接線；

110kV出線遠景6回，本期2回，本、終期均為雙母線接線；

10kV出線遠景30回，本期12回，（10回出線間隔，2回預留間隔）；

要求：模擬量采樣值SMV和GOOSE共網(wǎng)，分220kV A、B網(wǎng)（錄入220kV出線及主變220kV部分），110kV A（錄入110kV出線及主變110kV部分）、B網(wǎng)（錄入主變110kV部分）; MMS網(wǎng)為A、B網(wǎng)，配置故障錄波和網(wǎng)絡(luò)分析儀。

5.1 故障錄波和網(wǎng)絡(luò)分析儀單獨配置， 220kV部分需故障錄波2套（A、B網(wǎng)各一套），網(wǎng)絡(luò)分析儀2套（A、B網(wǎng)各一套）；110kV部分需故障錄波2套（A、B網(wǎng)各一套），網(wǎng)絡(luò)分析儀2套（A、B網(wǎng)各一套）

5.2故障錄波和網(wǎng)絡(luò)分析一體化裝置，220kV部分2套（A、B網(wǎng)各一套）；110kV部分2套（A、B網(wǎng)各一套）

第二種方式節(jié)省了設(shè)備及光纜。

故障錄波器范文第2篇

中圖分類號:TN911-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)22-0074-04

Design and Implementation of a New Digital Recorder Based on VxWorks

WANG Da-qian, ZHOU Yu, DU Si-dan

(Nanjing University, Nanjing 210093, China)

Abstract: A new kind of fault recorder is designed and implemented according to the demand of current conventional substation and digital substation. It supports the IEC61850 9-1 standard sample value data packet, the standard IEC61850 8-1 GOOSE message, the traditional 202 sample value data packet and the IEEE1588 precision clock synchronization protocol. It synchronizes and merges sampling value from multiple sources and final generates fault recording and analysis report. The hardware platform of this new kind of fault recorder is based on PowerPC8270 and the software platform is based on embedded real-time operating system VxWorks. This recorder is compatible with the traditional protocol in support of the new national standard, it is in line with the trend of the transition from traditional substation to digital stations. It meets today's demand for substation on the recorder.Keywords: IEC 61850; IEEE1588; digital fault recorder; merge unit; protection control unit

收稿日期:2010-06-18

電力系統(tǒng)故障錄波器是研究現(xiàn)代電網(wǎng)的基礎(chǔ),也是評價繼電保護動作行為及分析設(shè)備故障性質(zhì)和原因的重要依據(jù)。

在傳統(tǒng)變電站中,錄波所采用的方法是將需要采樣的各個節(jié)點通過硬電纜集中的連接到專用的采集板上,采集板對電流電壓值以及開關(guān)量進行A/D轉(zhuǎn)換,再由后臺的錄波設(shè)備進行分析與存儲[1]。近幾年,隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高,特別是光電式互感器、智能化開關(guān)等二次設(shè)備的發(fā)展,對發(fā)電機,電力電纜,斷路器等一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測技術(shù)日趨成熟。結(jié)合當前成熟的高速以太網(wǎng)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,變電站中的數(shù)據(jù)監(jiān)控已可以網(wǎng)絡(luò)化。在IEC61850協(xié)議的框架下,可以通過訂閱的方式實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)對象的自由記錄。數(shù)字化變電站技術(shù)越來越受到人們的重視[2]。

當前,變電站的發(fā)展正處于傳統(tǒng)變電站向數(shù)字化變電站的過渡階段,甚至有的變電站運行于傳統(tǒng)站與數(shù)字站的混和狀態(tài)。對于錄波器制造公司來說,由于傳統(tǒng)站和數(shù)字站同時有錄波需求,需要同時有可用于傳統(tǒng)站和數(shù)字站的兩種設(shè)備,如果單獨設(shè)計兩種獨立的錄波器,將大大增加產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和維護成本。兼容傳統(tǒng)站與數(shù)字站的錄波器正是為了滿足這一需求而設(shè)計。

1 總體結(jié)構(gòu)

1.1 變電站的結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站在物理結(jié)構(gòu)上分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;而在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為3個層次,根據(jù)IEC61850 協(xié)議定義,分別為過程層、間隔層、站控層(或變電站層)[3]。各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信,整個系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)可以分為:站控層和間隔層之間的間隔層通信網(wǎng)、以及間隔層和過程層之間的過程層通信網(wǎng)。間隔層在站內(nèi)按間隔分布式布置,各間隔設(shè)備之間相對獨立;間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸光纖以太網(wǎng),在標準中稱為過程總線。如圖1所示。

1.2 故障錄波器系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)字化故障錄波器使用分層的系統(tǒng)設(shè)計,包括前端的協(xié)議轉(zhuǎn)換器部分以及后端的故障判斷與錄波設(shè)備兩部分。協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用PowerPC8270處理器結(jié)構(gòu)和VxWorks操作系統(tǒng)[4],其中包括IEC61850 協(xié)議處理模塊、數(shù)據(jù)同步模塊、傳統(tǒng)站數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和時間同步模塊。如圖2所示。

圖1 故障錄波器在整個變電站的地位位置

圖2 邏輯結(jié)構(gòu)

IEC61850 模塊負責接收和解析模擬合并單元發(fā)送的IEC61850 9-1 報文,提取模擬采樣值數(shù)據(jù); 以及接收和解析保護控制單元發(fā)送的面向通用對象的變電站事件( GOOSE) 報文,提取開關(guān)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)同步模塊根據(jù)同步采樣合并策略,實現(xiàn)開關(guān)量數(shù)據(jù)和采樣值數(shù)據(jù)的同步。數(shù)據(jù)通信模塊負責與故障判斷與錄波設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。時間同步模塊則負責IEEE1588校時協(xié)議的處理和同步本地時鐘。

2 VxWorks下的IEC61850報文的接收實現(xiàn)

2.1 IEC61850 9-1與GOOSE報文的傳輸

IEC61850 標準針對變電站所有功能定義了比較詳盡的邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)對象,并提供了完整的描述數(shù)據(jù)對象模型的方法和面向?qū)ο蟮姆?wù)。其中的9-1協(xié)議和GOOSE協(xié)議都采用了不經(jīng)TCP/IP 協(xié)議,直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層,即傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層均空的方式。以避免通信堆棧造成傳輸延遲,從而保證報文傳輸、處理的快速性[5]。

2.2 VxWorks下對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理流程

在VxWokrs下處理數(shù)據(jù)鏈路層的報文,需要關(guān)注它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。VxWokrs網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧(scalable enhanced network stack,SENS)為可裁減增強網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。它與傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧相比,最大的特點是在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層之間多了MUX層。當網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動向協(xié)議層發(fā)送數(shù)據(jù)時,驅(qū)動程序會調(diào)用一個MUX層提供的函數(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)議層。MUX的主要目的是把網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動層和協(xié)議層分開,使得二者彼此保持獨立[6]。

在此,為了實現(xiàn)對9-1和GOOSE協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層報文的處理,利用了VxWorks網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的MUX接口,如圖3所示。

圖3 VxWorks MUX接口結(jié)構(gòu)

當網(wǎng)卡收到一個報文時,網(wǎng)卡驅(qū)動中實現(xiàn)的網(wǎng)卡中斷服務(wù)函數(shù)將被調(diào)用。中斷服務(wù)只負責最簡單的底層操作,然后中斷調(diào)用netJobAdd(),將接下來的工作排隊加入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)隊列,tNetTask任務(wù)將會從此隊列中讀出,完成任務(wù)級別的網(wǎng)絡(luò)處理工作。其具體的處理方法根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型有所不同,開發(fā)人員可以通過MUX接口綁定對新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理方法。

2.3 IEEE1588精密時鐘同步協(xié)議

為了在后方的故障錄波和常態(tài)錄波下都能有精確的時間,采用IEEE1588精密時鐘同步協(xié)議(PTP)。它是一種網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議。

IEEE1588協(xié)議通過硬件和軟件配合獲得更精確的定時同步。它采用分層的主-從式(master-slave)模式,主要定義了4種時鐘報文類型:同步報文(Sync)、跟隨報文(Fellow-up)、延時要求報文(Delay-Req)、回應(yīng)報文(Delay-Resp)。PTP系統(tǒng)中的從時鐘就是通過與主時鐘交換上述的4種報文來同步時間[7]。

3 硬件設(shè)計

前端故障錄波器協(xié)議轉(zhuǎn)換器部分的硬件選擇Freescale MPC8270 處理器,其CPU主頻為450 MHz,通信處理器(CPM)主頻300 MHz,并且其自身具有3個快速以太網(wǎng)控制器(FCC)。在該本應(yīng)用中使用了交換芯片進行擴展。后端的故障判斷與錄波設(shè)備采用Intel Core 2雙核E4300 1.8 GHz。

圖4 硬件結(jié)構(gòu)圖

4 軟件設(shè)計

軟件基于VxWorks操作系統(tǒng),VxWorks具有良好的可靠性,高性能的內(nèi)核以及很好的實時性。

4.1 IEC61850報文處理模塊

IEC61850 9-1標準與GOOSE為了保證通信的實時性,都采用了數(shù)據(jù)鏈路層直接傳輸報文。在此利用VxWorks的MUX層接口實現(xiàn)從數(shù)據(jù)鏈路層將IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸給應(yīng)用層程序。由于在IEC61850協(xié)議中規(guī)定幀結(jié)構(gòu)中含有虛擬局域網(wǎng)標記TPID和TCI,在幀經(jīng)過交換機時可能會被去掉也可能保留。因而在MUX層綁定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型處理函數(shù)時需要對9-1協(xié)議(ethertype 0x88b8),GOOSE協(xié)議(ethertype 0x88ba),以及虛擬局域網(wǎng)標記(0x8100)都進行綁定,并在后續(xù)的處理中對類型為0x8100的報文特別處理,判斷其真實的協(xié)議類型,以免誤判。

9-1是一個點對點的協(xié)議。在故障錄波器的應(yīng)用場景中,由于必須監(jiān)控全站的大量線路,前端需要集中器將9-1數(shù)據(jù)合并[8],而合并后的數(shù)據(jù)格式目前并沒有統(tǒng)一的標準。在此對于9-1協(xié)議解析進行了模塊化設(shè)計,將報文的解析獨立出來,使其很容易增加對其他類型9-1擴展協(xié)議的支持。

4.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)報文模塊

該應(yīng)用中對于傳統(tǒng)站,將由前方的采集設(shè)備采樣模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù),通過TCP協(xié)議發(fā)送到錄波器。錄波器將對其解析后封裝為與IEC61850相兼容的數(shù)據(jù)格式,以便后方設(shè)備進行啟動判斷與存儲。

4.3 同步模塊

9-1數(shù)據(jù)來自合并單元,而開關(guān)量采樣數(shù)據(jù)來自保護控制單元,兩者的數(shù)據(jù)源不同,發(fā)送的報文格式也不同。IEC-61850 中定義的GOOSE報文,每幀報文中含有詳細的絕對時間,但報文只有在開關(guān)量發(fā)生變位時才發(fā)送,在開關(guān)量變位后,則建議按指數(shù)遞增的時間間隔發(fā)送,因而接受到GOOSE報文的時刻是不定的。在某些實際應(yīng)用中,甚至可能發(fā)生保護裝置未進行同步,造成GOOSE報文中的時間戳不準的情況。另一方面,故障錄波需要全站的大量開關(guān)量數(shù)據(jù),而單一保護控制單元發(fā)送的GOOSE報文只包含其中的一部分[9],需要將不同來源的GOOSE報文進行同步和組合。包含模擬量采樣值的9-1報文通過合并單元后雖然具有錄波所需要的全部模擬采樣值數(shù)據(jù),也按照固定的采樣頻率均勻發(fā)送,但其中僅含有秒的等分序號,而沒有絕對的時間信息。因此必須要將不同源的開關(guān)量之間、以及開關(guān)量和模擬量之間進行同步合并,對數(shù)據(jù)整體加入絕對時刻。

在設(shè)計同步方案時,充分考慮到開關(guān)量的數(shù)據(jù)更新頻率遠遠小于開關(guān)量數(shù)據(jù)讀取頻率,即絕大多數(shù)的同步工作都是將保存的開關(guān)量與當前收到的模擬量采樣值進行合并,只在低頻率的GOOSE報文來臨時才需要更新保存的開關(guān)量值。

在該設(shè)計中,高頻率的模擬量數(shù)據(jù)到需要和開關(guān)量合并時,保存開關(guān)量的堆棧中將只含有最近的一次或之前少數(shù)幾次開關(guān)量狀態(tài),模擬量數(shù)據(jù)將以極大的概率直接與最近的開關(guān)量時間匹配,維護此堆棧的空間開銷和時間開銷都很小。具體流程圖如圖5所示。

圖5 報文解析與同步的流程圖

4.4 數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計

該模塊將同步好的全站模擬量采樣值與開關(guān)量加入時間戳,通過TCP連接發(fā)送給啟動判斷與存儲設(shè)備,保證數(shù)據(jù)及時間的正確性并簡化后端的實現(xiàn)。

4.5 時間同步模塊

按照IEEE1588的規(guī)定,首先由主時鐘節(jié)點向從時鐘節(jié)點發(fā)送帶主時鐘時間戳的同步報文(Sync),同時主時鐘節(jié)點記錄下同步報文實際發(fā)送的時間戳,并在隨后的跟進報文(Fellow-Up)中傳送該精確時間戳t0。從時鐘節(jié)點在收到上述報文后記下同步報文的接收時刻t1。然后從時鐘節(jié)點向主時鐘節(jié)點發(fā)送一個延遲請求報文(delay-request),同時記錄下該報文的實際發(fā)送時間作為精確的發(fā)送時間戳t2,而主時鐘接收到該報文時也記下接收時刻的精確時間戳t3,并將該事件戳在隨后的延遲響應(yīng)報文。中發(fā)送給從時鐘節(jié)點。如圖6所示。

圖6 IEEE1588報文發(fā)送示意圖

圖7 啟動判斷與存儲的流程圖

主、從時鐘偏差(offset)以及網(wǎng)絡(luò)延遲(delay)可表示為:

A=t1-t0=delay+offset,

B=t3-t2=delay-offset;

delay=(A+B)/2, offset=(A-B)/2

4.6 故障錄波啟動判斷及記錄模塊

因協(xié)議轉(zhuǎn)換器已對數(shù)據(jù)加入時間戳并進行合并,故障錄波啟動判斷及記錄模塊存在實時性的問題,設(shè)計時注重更大的系統(tǒng)容量,因此硬件平臺選擇Intel CPU,軟件基于Linux操作系統(tǒng)。它通過額外的算法判斷同步的模擬量采樣數(shù)據(jù)與開關(guān)量數(shù)據(jù)的瞬時值或有效值來判斷當前電網(wǎng)中是否發(fā)生故障,需要高速存儲并生成故障報告[10]。同時可在正常狀態(tài)下存儲常態(tài)錄波。

5 結(jié) 語

新型故障錄波器采用兩層設(shè)計,對傳統(tǒng)站與數(shù)字站進行了統(tǒng)一的封裝,使得單一型號的錄波器產(chǎn)品可以滿足傳統(tǒng)站,數(shù)字站以及傳統(tǒng)數(shù)字混合站的要求,解決了當前過渡時期的多種要求,大大降低了錄波設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)和維護成本。同時,它同時支持大容量,高采樣率的暫態(tài)故障錄波需求和常態(tài)錄波。在96路模擬量,192路開關(guān)量的容量下,對于傳統(tǒng)站可以支持達到10 kHz的采樣率,對于數(shù)字站可以支持4.8 kHz的采樣率。它是一種高性能,實用性良好的新型故障錄波器。

參考文獻

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故障錄波器范文第3篇

關(guān)鍵詞：IEC61850標準;錄波裝置；通信模塊；數(shù)據(jù)分析模塊；CPU選擇

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

數(shù)字化錄波裝置是伴隨著變電站自動化進程的不斷推進而產(chǎn)生的，是數(shù)字化變電站的產(chǎn)物。數(shù)字化變電站在邏輯結(jié)構(gòu)上分為3個層次，根據(jù)變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議的定義，3個層次分別稱為過程層、間隔層、變電站層，3個層次的關(guān)系如圖1所示。

圖1 變電站自動化系統(tǒng)接口模型

合并單元和數(shù)字錄波裝置分別處于數(shù)字化變電站的過程層與間隔層。過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，主要完成開關(guān)量輸入/輸出，模擬量采集和控制命令發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能。

IEC61850標準要求過程層的電子式互感器將一次側(cè)的電壓、電流等模擬量直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至間隔層；數(shù)字式執(zhí)行器能執(zhí)行由通信網(wǎng)絡(luò)傳送的命令。間隔層設(shè)備主要實現(xiàn)控制和保護功能，并實現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級信息的人機交互功能，間隔層設(shè)備可通過間隔層通信實現(xiàn)設(shè)備間相互對話機制。變電站層完成對站內(nèi)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備的控制及與遠方控制中心、工程師站及人機界面通信的功能。

適應(yīng)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化變電站已成為變電站自動化技術(shù)的發(fā)展方向。在過程層、間隔層及站控層上，按照IEC61850《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》標準，實現(xiàn)變電站內(nèi)部以及變電站與集控站間的信息共享和互操作。目前國內(nèi)已經(jīng)有多個數(shù)字化變電站投入運行或開工建設(shè)，做為數(shù)字化變電站核心技術(shù)的光電電壓互感器和光電電流互感器陸續(xù)開始運行，高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)逐漸為國內(nèi)主流二次設(shè)備廠家成熟掌握。過程層的合并單元，間隔層的二次保護、測量、控制單元，站控層的后臺軟件也日益開發(fā)完善。

傳統(tǒng)的電力故障錄波裝置對模擬量和開關(guān)量的采集需要通過硬電纜接入裝置，當系統(tǒng)需要擴容或需要改變采集的對象時往往很不靈活。而數(shù)字化變電站遵循IEC61850標準，一次設(shè)備電纜被數(shù)字光纖取代，即模擬量和開關(guān)量已經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)字化變電站實現(xiàn)了過程層設(shè)備數(shù)字化，間隔層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，因此涌現(xiàn)出了數(shù)字化錄波裝置，它能滿足數(shù)字化變電站對錄波裝置提出的要求，是數(shù)字化變電站和錄波裝置不斷發(fā)展的共同產(chǎn)物。

為了更好的理解數(shù)字化錄波裝置的重要作用，先給出數(shù)字錄波裝置在智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的位置，如下圖2所示。

圖2 數(shù)字錄波裝置在智能變電站中的位置

一、數(shù)字錄波裝置硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)字故障錄波裝置的硬件系統(tǒng)比傳統(tǒng)的故障錄波裝置要相對簡單。因為不再需要采集和數(shù)據(jù)變換，二次設(shè)備與設(shè)備之間通過高速通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)和信息交互，為變電站全站錄波帶來了極大的方便，節(jié)省了大量二次互感器電纜的投資。結(jié)合數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)采集對象，硬件系統(tǒng)由故障記錄模塊和故障數(shù)據(jù)分析模塊組成，總體框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 錄波裝置硬件基本結(jié)構(gòu)

（1）故障通信記錄模塊硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)字錄波裝置的故障通信記錄模塊是整個裝置的核心，其硬件結(jié)構(gòu)如下圖4所示，它將接收和解析由合并單元發(fā)送來的IEC61850-9-2報文和由保護控制單元的面向通用對象的變電站事件（GOOSE）報文，分別提取采樣值數(shù)據(jù)和開關(guān)量數(shù)據(jù)；在故障通信記錄模塊具有數(shù)據(jù)同步、故障錄波啟動判別、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)通信功能。

圖4 錄波裝置故障通信記錄模塊硬件框圖

故障通信記錄模塊主要由錄波分析主機、網(wǎng)絡(luò)存儲器、打印機、液晶顯示器、鍵盤、鼠標等組成。錄波分析主機中包含千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡等。

LAN1主要采集模擬量數(shù)據(jù)；LAN2主要采集開關(guān)量數(shù)據(jù)；LAN3主要完成時鐘對時；LAN4主要完成與其他監(jiān)控管理系統(tǒng)的通信；LAN5主要完成NAS網(wǎng)絡(luò)存儲器(Network Attached Storage)的交互。

（2）故障數(shù)據(jù)分析模塊硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)字錄波裝置的故障數(shù)據(jù)分析模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。它主要完成故障啟動定值交互管理，故障數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，故障錄波波形分析及數(shù)據(jù)通信等功能。這里的數(shù)據(jù)通信與故障記錄通信模塊中數(shù)據(jù)通信呼應(yīng)，可利用以太網(wǎng)通信技術(shù)完成。

圖5 故障數(shù)據(jù)分析單元模塊結(jié)構(gòu)

二、數(shù)字錄波裝置CPU的選擇

本文裝置通信記錄模塊選用的PowerPC8270處理器芯片為摩托羅拉的一款基于基于摩托羅拉MPC82xx 處理器的嵌入式開發(fā)平臺，MPC82xx 集成PowerPC 處理器適用于那些對成本、空間、功耗和性能都有很高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，能完全滿足數(shù)字錄波各方面的需求。選用該芯片的原因有以下幾點：

（1）該芯片價格較低，目前市場價格每片只有兩千多元，而且存貨充足。

（2）該器件有較高的集成度，降低了功耗和加快了開發(fā)調(diào)試時間。這種低成本多用途的集成處理器的設(shè)計目標是使用PCI 接口的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、電訊和其它嵌入式應(yīng)用。它可用于路由器、接線器、網(wǎng)絡(luò)存儲應(yīng)用和圖像顯示系統(tǒng)。

（3）具有700MHz主頻的浮點DSP處理能力，可配置3個10Mbit/s或100Mbit/s自適應(yīng)以太網(wǎng)口，2個10Mbit/s以太網(wǎng)口。

（4）使用ARM芯片的HPI接口，可以訪問內(nèi)部的雙口RAM，從而實現(xiàn)芯片間快速、有效互聯(lián)。

DSP的快速數(shù)據(jù)計算能力，再加上ARM的通信能力保證了數(shù)據(jù)處理的實時性，也提高了系統(tǒng)的易操作、可擴展性。為實現(xiàn)數(shù)字錄波提供了良好的實用平臺。下面給出PowerPC8270處理器與整個錄波裝置的硬件關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖6。

SDRAM為同步動態(tài)存儲器；CPLD為復雜可編程邏輯器件

圖6 處理器與整個裝置硬件關(guān)聯(lián)圖

PowerPC嵌入式處理器具有強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力和數(shù)據(jù)處理能力，豐富的設(shè)備接口，伸縮性強，使用靈活，能很好的滿足錄波裝置要通信能力強的要求。

故障數(shù)據(jù)分析單元采用嵌入式Intel Pentium II處理器結(jié)構(gòu)，處理器主要完成故障啟動定值交互管理，故障錄波波形分析以及與故障通信記錄模塊通信上的交互。

三、結(jié)論

數(shù)字化故障錄波裝置是以后錄波裝置研究的熱點，本文研究的智能變電站數(shù)字錄波裝置滿足數(shù)字化變電站發(fā)展要求，適應(yīng)未來智能電網(wǎng)的需要，雖然所作的工作只是整個錄波裝置研制的一些前瞻性工作，具仍有一定的工程參考價值。

參考文獻

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故障錄波器范文第4篇

【關(guān)鍵詞】故障錄波 關(guān)鍵技術(shù)

電力系統(tǒng)故障錄波器是研究現(xiàn)代電網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是評價繼電保護動作行為及分析設(shè)備故障性質(zhì)和原因的重要依據(jù)。性能優(yōu)良的故障錄波器裝置對于保證電力系統(tǒng)安全運行及提高電能質(zhì)量有重要的作用。故障錄波信息數(shù)據(jù)是對事故進行分析和研究對電網(wǎng)的運行情況進行研究的主要依據(jù)和關(guān)鍵性的研究基礎(chǔ)。在經(jīng)濟和科技高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會中，要建立起科學的先進的電網(wǎng)故障錄波分析系統(tǒng)，能夠快速的進行分析處理，保證電網(wǎng)的正常安全運行工作，提高工作效率。

1 裝置基本構(gòu)成和功能分析

1.1 故障錄波裝置的構(gòu)成

故障錄波裝置由管理單元、記錄單元、采集單元三部分。該設(shè)備接入一個網(wǎng)絡(luò)：接入過程層網(wǎng)絡(luò)，接收合并單元提供的采樣值數(shù)據(jù)，接收智能終端的斷路器狀態(tài)和保護裝置發(fā)出的各類跳閘和告警信號。

1.2 故障錄波裝置各功能分析

1.2.1 管理單元功能

管理單元對應(yīng)于故障錄波器的報文分析模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的人機接口，管理多臺記錄單元，管理單元既可以使用Windows操作系統(tǒng)，又可以使用Linux操作系統(tǒng)，基于安全的考慮，越來越多的變電站選擇Linux操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。主要包括：

（1）系統(tǒng)的組態(tài)及參數(shù)配置模塊。

（2）系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊，實時監(jiān)視SV控制塊、GOOSE控制塊、PTP報文及其他網(wǎng)絡(luò)報文等的總流量、斷鏈、異常等統(tǒng)計信息，當滿足設(shè)定條件的異常情況時，給出相應(yīng)的告警條目。

（3）暫態(tài)數(shù)據(jù)檢索及分析模塊。

（4）網(wǎng)絡(luò)報文在線檢測模塊。

（5）網(wǎng)絡(luò)報文檢索及分析模塊。

1.2.2 記錄單元功能

記錄單元對應(yīng)于故障錄波裝置的報文記錄模塊，記錄單元實現(xiàn)在線解析、文件管理、MMS通信服務(wù)，時鐘同步功能，是整套系統(tǒng)的核心單元。該單元與分析管理單元通信，將實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析結(jié)果等傳送至分析管理單元進行展示，記錄單元一般采用嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)，目前主要用于Linux系統(tǒng)。包括：

（1）網(wǎng)絡(luò)報文統(tǒng)計及記錄模塊；

（2）文件管理模塊；

（3）實時通信服務(wù)模塊；

（4）裝置自檢模塊；

（5）參數(shù)在線整定模塊；

（6）對時及守時模塊；

（7）故障錄波模塊。

1.2.3 采集單元功能

采集單元對應(yīng)于故障錄波裝置的報文接收模塊，采集單元提供采集通信接口，采集輸入裝置的SV、GOOSE、MMS鏡像網(wǎng)絡(luò)報文等，。采集單元一般利用DSP等CPU愛實現(xiàn)，不使用嵌入式操作系統(tǒng)。采集控制模塊接收外部發(fā)送來的SV、GOOSE、PTP等網(wǎng)絡(luò)報文，實時報文的高速高精度捕捉。

2 故障錄波裝置工作原理

錄波數(shù)據(jù)記錄方式分為連續(xù)數(shù)據(jù)記錄和觸發(fā)數(shù)據(jù)記錄。連續(xù)數(shù)據(jù)的記錄采用非故障啟動的連續(xù)記錄方式，對電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率等電氣量自裝置投入運行后進行連續(xù)記錄。觸發(fā)數(shù)據(jù)記錄是當電網(wǎng)或機組有大擾動時，裝置自動啟動，進入暫態(tài)記錄過程。

錄波啟動判據(jù)包括：突變量啟動元件、越線啟動元件、慢變化啟動元件、序分量啟動元件、頻率限值啟動元件、頻率變化率元件、諧波電壓啟動、觸點量變化啟動元件、手動和遠方啟動元件。

錄波波形分析是故障濾波器的重要組成部分，通過分析軟件能查看波形，支持通道選擇、波形放大縮小等基本功能，同時進行常規(guī)分析、線路分析和發(fā)電機分析。

錄波數(shù)據(jù)遠傳，故障錄波裝置設(shè)有工業(yè)以太網(wǎng)口，直接支持基于TCP/IP的聯(lián)網(wǎng)，即節(jié)省了投資，又方便了分布式的廠站監(jiān)控系統(tǒng)的集中管理，錄波數(shù)據(jù)采用FTP服務(wù)器的型式遠傳至保護故障信息系統(tǒng)或技術(shù)管理部門，也可接入MIS網(wǎng)。通信采用斷點續(xù)傳技術(shù)，解決了龐大錄波數(shù)據(jù)的傳輸問題。錄波裝置亦可采用103規(guī)約IEC61850規(guī)約，由以太網(wǎng)接口與監(jiān)控系統(tǒng)相連。

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

在智能變電站中，站控層、間隔層、過程層的通信網(wǎng)絡(luò)中，充斥著SV、GOOSE、MMS、1588及其他規(guī)約或不能識別的報文，這些報文都要接入到網(wǎng)絡(luò)報文分析記錄裝置中，由網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置完整準確地記錄這些報文并進行分析處理。特別是在網(wǎng)絡(luò)壓力較大時要保證不丟包、不跳變。完整準確的原始報文是網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。對于網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置，應(yīng)具備 MU數(shù)量不低于24個，GOOSE控制塊個數(shù)不低于256個，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量不低于400Mbit/s的接收及處理能力。應(yīng)具備連續(xù)SV記錄24h以上，連續(xù)GOOSE記錄14天以上、異常報文記錄10000條以上的數(shù)據(jù)存儲能力。針對這樣的處理要求，網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置的軟件硬件設(shè)計上主要采取的技術(shù)措施包括：

（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集分布式設(shè)計。裝置采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元獨立設(shè)計，解決了額網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)深度處理硬件一體化設(shè)計商的電磁兼容、協(xié)調(diào)調(diào)度、散熱等問題，使裝置工作更穩(wěn)定可靠。

（2）記錄單元雙核全嵌入式設(shè)計。記錄單元采用全嵌入式設(shè)計方法，采用源碼開放的Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)，告訴雙核CPU協(xié)調(diào)運算處理系統(tǒng)，極大提供了記錄單元的數(shù)據(jù)吐吞能力，處理實時性和動態(tài)相應(yīng)特性。

（3）數(shù)據(jù)壓縮存儲技術(shù)。采用先進的數(shù)據(jù)壓縮存儲技術(shù)，最大壓縮可達到20倍，常規(guī)運行時壓縮比在9倍左右。

（4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元全嵌入式設(shè)計，無操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)度，保證數(shù)據(jù)處理能力及實時性，以及運行穩(wěn)定可靠和抗干擾能力。

采取這些措施后，裝置運行穩(wěn)定性良好。當記錄功能投入時，模擬量通道和開關(guān)量通道最大化配置，所以元件啟動投入，裝置啟動并在大規(guī)模寫入文件時，裝置的CPU使用率控制在60%之內(nèi)。

4 結(jié)束語

在智能變電站中，SV、GOOSE、報文取代了傳統(tǒng)的交流量電纜，SV、GOOSE報文的異常有可能引起保護的誤動或拒動，甚至電流系統(tǒng)的崩潰。SV、GOOSE報文的重要性可見一斑。對于故障錄波器，不僅要求能夠完整記錄SV、GOOSE的原始報文，而且能夠識別異常情況，給出報警，預防電力系統(tǒng)事故的發(fā)生。

參考文獻

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作者簡介

韓東升（1980-），男，河南省鄢陵縣人?，F(xiàn)為河南立新監(jiān)理咨詢有限公司助理工程師，從事電力工程監(jiān)理工作。

李峰瑞（1985-），男，河北省邢臺市人?，F(xiàn)為河南立新監(jiān)理咨詢有限公司助理工程師，從事電力工程監(jiān)理工作。

故障錄波器范文第5篇

關(guān)鍵詞：行波 測距 裝置

經(jīng)過了國內(nèi)外近二十年的運行，行波故障測距裝置應(yīng)對現(xiàn)場復雜情況的經(jīng)驗也積累得越來越多。為行波測距技術(shù)的不斷進步和行波理論研究的不斷深入提供了大量的寶貴資料，對行波故障測距技術(shù)逐步走向完善起到了至關(guān)重要的作用。

下面對比較典型現(xiàn)代行波測距裝置和系統(tǒng)做一簡單的介紹。

1.測距裝置國內(nèi)外現(xiàn)狀

（1）Hathaway行波測距裝置

1992年，哈德威儀器公司（Hathaway Instruments Ltd， UK）研制的利用電流暫態(tài)分量的現(xiàn)代行波故障測距裝置原型樣機，在蘇格蘭電網(wǎng)進行了為期一年的試運行。1993年，該公司推出由行波采集單元和行波分析系統(tǒng)組成的正式的行波測距系統(tǒng)，并且集成了A、D、E三種行波測距原理?，F(xiàn)場運行表明，該系統(tǒng)的故障測距誤差 300m。

（2）B.C.Hydro行波測距系統(tǒng)

1993年，加拿大的不列顛哥倫比亞水電公司（British Colombia Hydro， CA）研制出雙端法中的D型行波測距系統(tǒng)安裝于不列顛哥倫比亞省的多個500kV變電所，覆蓋線路總長度 5300km，缺點沒有錄波功能。實際運行表明，與哈德威儀器公司研制的行波測距裝置的測距精度相似，該系統(tǒng)的故障定位精度 300m以內(nèi)。

（3）科匯行波測距系統(tǒng)

1995 年， 山東科匯電氣股份有限公司等單位聯(lián)合研制出利用暫態(tài)電流的 XC-11型輸電線路行波故障測距裝置，2000年科匯電氣有限公司又研制出XC-2000行波測距系統(tǒng)，在2008年，科匯電氣有限公司再次推出的GX-2000電力為用戶提供完整的動態(tài)故障記錄及線路故障精確定位解決方案，故障測距誤差小于500米。

（4）中國電力科學研究院WFL-2010輸電線路故障測距系統(tǒng)

2002年，中國電力科學研究院研制的WLF-2010輸電線路故障測距系統(tǒng)，基于D型行波測距原理，利用小波分析技術(shù)及模量分析方法對輸電線路故障行波信號進行分析。該系統(tǒng)的測距精度在500m以內(nèi)。

（5）山東山大電力SDL-7002行波測距系統(tǒng)

2009年，山東山大電力公司研制了SDL-7002行波故障測距裝置。該裝置在單端、雙端這兩種行波故障測距原理基礎(chǔ)之上，通過小波變換技術(shù)和模量分析等其他行波分析方法，結(jié)合了多種行波故障測距優(yōu)化算法。該系統(tǒng)已在聊城、嘮山等站投入運行，目前運行狀況比較良好。

2.裝置總體設(shè)計

針對以上測距裝置效率不高以及運營成本大的缺點，我們自行研究了一套行波測距裝置，主要包括三個部分：高壓脈沖信號源裝置、高頻行波傳感器和高速采集模塊。高壓脈沖信號源裝置對故障線路發(fā)出高壓脈沖信號，經(jīng)高頻行波傳感器采集到模擬行波電壓信號，然后傳輸給高速采集模塊進行記錄、存取故障點行波信號，最后通過算法軟件對數(shù)據(jù)進行處理以判定故障性質(zhì)和故障點位置。

3.測距裝置各部分介紹

測距裝置由三部分組成，高壓脈沖發(fā)生器，首先利用直流高壓發(fā)生器對脈沖電容器進行充電，在牽引網(wǎng)線路發(fā)生故障跳閘后，閉合戶外真空斷路器，此時，脈沖電容器通過真空斷路器對線路放電，在線路上產(chǎn)生高壓脈沖。

第二部分由傳感器組成高頻行波傳感器的檢測原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。當行波過電壓在導線上傳播時，脈沖電流產(chǎn)生脈沖磁場，以 TEM 形式在導線中傳播，磁力線為同心圓形式，沿磁力線的垂直方向放置感應(yīng)線圈，使磁力線穿過該線圈，則脈沖磁場能夠在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢在線圈兩端引起電壓 U。高頻行波傳感器等效電路原理圖如圖1。

圖1 高頻行波傳感器等效電路原理圖

第三部分由數(shù)據(jù)采集卡組成，用來存儲和數(shù)據(jù)的采集。接觸網(wǎng)故障判定裝置使用高速數(shù)據(jù)采集模塊采集記錄、存取故障點行波信號。高速數(shù)據(jù)采集模塊為多通道獨立采樣，設(shè)有多種觸發(fā)方式；采樣頻率為100MHz；數(shù)據(jù)的采集深度為64Kbit；采樣精度為12Bit。

本文針對以往接觸網(wǎng)故障測距裝置的優(yōu)缺點，進行了改進，提高了效率同時減小了生產(chǎn)成本。

參考文獻：

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