摘 要:配網(wǎng)架空輸電線路因其帶電作業(yè)的特殊性給作業(yè)人員帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,本文提出10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評(píng)估技術(shù)。首先,構(gòu)建帶電作業(yè)安全評(píng)估指標(biāo)體系,從作業(yè)人員體表場(chǎng)強(qiáng)、作業(yè)環(huán)境安全條件、作業(yè)設(shè)備安全性能以及作業(yè)人員安全管理4個(gè)方面進(jìn)行全面分析。其次,采用模糊評(píng)價(jià)法與層次分析法相結(jié)合的方法對(duì)帶電作業(yè)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)估。應(yīng)用結(jié)果表明,采用本文提出的方法評(píng)估的安全等級(jí)與實(shí)際安全等級(jí)一致,證明本文提出的方法能夠準(zhǔn)確對(duì)配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全進(jìn)行評(píng)估,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:10kV配網(wǎng);帶電作業(yè);安全評(píng)估;架空輸電線路
中圖分類號(hào):TM 84" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
10kV配網(wǎng)架空線路不僅是推動(dòng)城市持續(xù)發(fā)展的核心,也是支撐生活日常與工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的能源[1]。其涉及對(duì)線路進(jìn)行設(shè)備更新替換、排查潛在隱患以及精確校驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)等多個(gè)方面,其帶電檢修工作具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。多變的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)人員技能水平的差異、作業(yè)工具的狀態(tài)等因素,都可能使帶電檢修過程中發(fā)生安全事故,對(duì)人員和設(shè)備安全構(gòu)成威脅[3]。因此,對(duì)10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)進(jìn)行安全評(píng)估顯得尤為重要。安全評(píng)估不僅是對(duì)作業(yè)過程中潛在風(fēng)險(xiǎn)的全面識(shí)別和分析,更是對(duì)作業(yè)方案、作業(yè)人員、作業(yè)設(shè)備等多個(gè)方面的綜合考量。通過科學(xué)、系統(tǒng)的安全評(píng)估,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患,為帶電作業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的安全保障。
盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,但在實(shí)際應(yīng)用中,帶電作業(yè)安全評(píng)估仍面臨評(píng)估指標(biāo)體系待完善、評(píng)估方法準(zhǔn)確性較低等挑戰(zhàn)。因此,本文探討10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估技術(shù),通過深入分析帶電作業(yè)的特點(diǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn),構(gòu)建完善的安全評(píng)估指標(biāo)體系,研究科學(xué)、有效的安全評(píng)估方法,為帶電作業(yè)的安全管理提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。
1 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估技術(shù)
1.1 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建
當(dāng)進(jìn)行10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評(píng)估時(shí),構(gòu)建一個(gè)全面、科學(xué)、合理的安全評(píng)估指標(biāo)體系至關(guān)重要。該指標(biāo)體系旨在系統(tǒng)地識(shí)別、評(píng)估和管理帶電作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn),從而確保作業(yè)過程的安全性和可靠性。在10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)評(píng)估體系中,涉及影響作業(yè)安全性的因素眾多,為提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)該遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、預(yù)防性原則[4],并據(jù)此選取合理的安全評(píng)估指標(biāo)。
1.1.1 作業(yè)人員各部位體表場(chǎng)強(qiáng)
當(dāng)電力工作人員進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí),他們身體各個(gè)部位感受到的電場(chǎng)強(qiáng)度(即體表場(chǎng)強(qiáng))是直接影響作業(yè)安全的關(guān)鍵因素。體表場(chǎng)強(qiáng)感受等級(jí)見表1。
為確保作業(yè)安全,工作人員需要穿戴特制的屏蔽服。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6568—2008,屏蔽服內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度需要控制在155kV/m以下,身體外露部分(例如面部)的場(chǎng)強(qiáng)不應(yīng)超過2405kV/m。此外,體表場(chǎng)強(qiáng)受氣象條件和工作人員與輸電線路距離的影響顯著。當(dāng)惡劣氣候或接近輸電線路時(shí),體表場(chǎng)強(qiáng)可能大幅增加,對(duì)作業(yè)安全構(gòu)成威脅。因此,體表場(chǎng)強(qiáng)是帶電作業(yè)安全評(píng)估的重要指標(biāo)。
1.1.2 作業(yè)環(huán)境安全條件指標(biāo)
在配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)中,環(huán)境評(píng)估是確保作業(yè)安全的重要前提。環(huán)境評(píng)估指標(biāo)見表2。
表1 體表場(chǎng)強(qiáng)感受等級(jí)
體表場(chǎng)強(qiáng) 人體感受
10kV/m~15kV/m 人體便可能產(chǎn)生不適感
30kV/m~355kV/m 頭皮可能出現(xiàn)輕微刺痛
gt;405kV/m 頭部、臉部和腿部都可能感到不適
表2 作業(yè)環(huán)境評(píng)估指標(biāo)
一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)指標(biāo)
作業(yè)地質(zhì)條件b1 地貌特征
地形復(fù)雜程度
桿塔的具體位置
作業(yè)線路b2 安全標(biāo)識(shí)完整性
設(shè)備編號(hào)的清晰度
線路接線的復(fù)雜程度
氣象條件b3 風(fēng)力大小
降水概率
雷電活動(dòng)
對(duì)于不利的地質(zhì)條件,需要特別注意其對(duì)作業(yè)操作難度和人員安全的影響。良好的線路條件有助于作業(yè)人員準(zhǔn)確判斷和操作,減少安全風(fēng)險(xiǎn)。惡劣的天氣條件會(huì)增加作業(yè)的難度和危險(xiǎn)系數(shù),因此,當(dāng)氣象條件不利時(shí),應(yīng)適當(dāng)推遲或取消帶電作業(yè)。
1.1.3 作業(yè)設(shè)備安全性能指標(biāo)
帶電作業(yè)設(shè)備是確保作業(yè)人員與高壓設(shè)備直接接觸的關(guān)鍵工具,其技術(shù)先進(jìn)性和安全可靠性對(duì)作業(yè)效率和作業(yè)人員的生命安全具有至關(guān)重要的影響。然而,這些器具的安全性能并非一成不變,隨著時(shí)間推移和頻繁使用,其安全性可能會(huì)因老化等原因逐漸降低。因此,針對(duì)帶電作業(yè)設(shè)備的管理和維護(hù)尤為重要。首先,作業(yè)器具需要完整。如果安全防護(hù)設(shè)備和操作器具配備不齊全,將無法為作業(yè)人員提供全面的保護(hù)。同時(shí),如果攜帶的器具不完備,一旦在作業(yè)過程中發(fā)生意外,作業(yè)人員可能無法在短時(shí)間內(nèi)采取有效措施,這將極大地增加他們的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。其次,作業(yè)器具需要具備安全性。由于設(shè)備在使用過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)損耗和老化現(xiàn)象,因此除了在實(shí)際操作前對(duì)器具進(jìn)行可靠性技術(shù)檢驗(yàn)外,日常也需要對(duì)各項(xiàng)器具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),以確保其安全性能。
1.1.4 作業(yè)人員安全管理指標(biāo)
在帶電作業(yè)中,人為因素起著決定性的作用。由于帶電作業(yè)依賴于人工操作,因此作業(yè)人員的行為直接決定了這項(xiàng)工作的安全水平。針對(duì)帶電作業(yè)人員的安全管理,其評(píng)估指標(biāo)見表3。
表3 作業(yè)人員安全管理評(píng)估指標(biāo)
一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)指標(biāo)
作業(yè)人員的自身狀態(tài) 危險(xiǎn)因素的警覺性
作業(yè)環(huán)境的熟悉程度
作業(yè)人員專業(yè)知識(shí) 安全操作規(guī)程的掌握
專業(yè)技能的掌握
作業(yè)人員的心理素質(zhì) 情緒穩(wěn)定性
安全意識(shí)
團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
作業(yè)人員的身體素質(zhì) 健康狀況
體能與耐力
身體協(xié)調(diào)性
基于上述帶電作業(yè)安全評(píng)估指標(biāo),構(gòu)建10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估指標(biāo)體系,如圖1所示。
1.2 10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估方法
在10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)的安全評(píng)估中,采用模糊評(píng)價(jià)法與層次分析法相結(jié)合的方法對(duì)各帶電作業(yè)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。這種方法結(jié)合了層次分析法的層次結(jié)構(gòu)[5]和模糊評(píng)價(jià)法的模糊處理特性,使權(quán)重計(jì)算既考慮了專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷,又能夠處理評(píng)估過程中的模糊性和不確定性。權(quán)重設(shè)計(jì)直接體現(xiàn)各單項(xiàng)指標(biāo)的重要性。在帶電作業(yè)安全評(píng)估中,各指標(biāo)對(duì)安全性能影響各異。合理分配權(quán)重能更精準(zhǔn)地反映它們?cè)谠u(píng)估中的相對(duì)重要性。具體過程如下。
1.2.1 構(gòu)建判斷矩陣
構(gòu)造判斷矩陣B,判斷每個(gè)層次的每個(gè)指標(biāo)兩兩相對(duì)重要性,并用數(shù)值表示,如公式(1)所示。
(1)
式中:bij為bi對(duì)bj相對(duì)重要性,數(shù)值范圍為1~9,每個(gè)數(shù)值所代表含義見表4。
表4 九級(jí)標(biāo)度法
指標(biāo) 賦值
極端重要 9
強(qiáng)烈重要 7
明顯重要 5
稍微重要 3
同等重要 1
注:2、4、6和8表示重要性介于上述相鄰兩標(biāo)度值之間。
1.2.2 確定評(píng)價(jià)對(duì)象權(quán)重
判斷矩陣的每一列進(jìn)行歸一化處理,如公式(2)所示。
(2)
將每一列經(jīng)過歸一化后的判斷矩陣元素按行相加,得到向量。
對(duì)其進(jìn)行歸一化得到特征向量,如公式(3)所示。
(3)
計(jì)算判斷矩陣的最大特征根,如公式(4)所示。
(4)
由于事物間客觀條件和復(fù)雜程度不同,因此人為的評(píng)估決策具有一定主觀性,為度量不同層次指標(biāo)與判斷矩陣是否符合客觀規(guī)律,確保權(quán)重計(jì)算結(jié)果的合理性,引入平均隨機(jī)一致性評(píng)價(jià)指標(biāo)RI對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣一致性比率CR如公式(5)所示,一致性指標(biāo)CI如公式(6)所示。
(5)
(6)
式中:n為矩陣階數(shù)。
RI的取值見表5。
表5 RI取值
階數(shù)n RI
1 0.00
2 0,00
3 0.52
4 0.89
5 1.12
6 1.26
7 1.36
8 1.41
9 1.46
其中,最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量即為判斷矩陣的權(quán)重。
確定指標(biāo)體系各層權(quán)重后,確定總目標(biāo)還需要進(jìn)行指標(biāo)的逐層合成。模糊綜合評(píng)價(jià)[6]方法能夠利用模糊集理論實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜多因素指標(biāo)體系的綜合評(píng)判,給出模糊評(píng)判結(jié)果。利用層次分析法得到的各層次指標(biāo)權(quán)重,結(jié)合研究對(duì)象的隸屬度等級(jí)狀況,模糊綜合評(píng)價(jià)能夠快速、簡(jiǎn)便地計(jì)算最終的評(píng)判結(jié)果。實(shí)現(xiàn)模糊綜合評(píng)價(jià)的步驟如下。
步驟一:確定綜合評(píng)判因素集U,將各項(xiàng)評(píng)價(jià)因素或評(píng)價(jià)內(nèi)容所構(gòu)成的集合稱為評(píng)判因素集。
步驟二:確定評(píng)語等級(jí)集V,評(píng)價(jià)結(jié)果的不同狀態(tài)等級(jí)所構(gòu)成的集合稱為評(píng)語等級(jí)集。
步驟三:確定各層隸屬度,隸屬度表示數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。采用隸屬度函數(shù)法來建立從多元指標(biāo)集到評(píng)語集的模糊映射關(guān)系。這種方法以一種非線性的方式捕捉數(shù)據(jù)特征之間的復(fù)雜關(guān)系,并據(jù)此進(jìn)行評(píng)判。隸屬度函數(shù)如公式(7)所示。
(7)
式中:a、b分別為隸屬度函數(shù)的上、下限。
步驟四:通過隸屬度計(jì)算可得各層級(jí)之間的單因素判斷矩陣R,將其與AHP賦權(quán)矩陣結(jié)合,得到各方案的等級(jí)綜合評(píng)估,如公式(8)所示。
A=W×R (8)
式中:W為評(píng)價(jià)體系中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重所構(gòu)成的集合,W={w1,w2,w3,...,wn}。
將評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為表6中的4個(gè)安全等級(jí)。
表6 帶電作業(yè)安全等級(jí)劃分
安全等級(jí) 加權(quán)值 評(píng)分值
安全 90 80~100
比較安全 70 60~80
比較危險(xiǎn) 50 40~60
危險(xiǎn) 30 lt;40
2 實(shí)例應(yīng)用
在本文構(gòu)建的10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)價(jià)體系中,將作業(yè)環(huán)境安全條件指標(biāo)、作業(yè)設(shè)備安全性能指標(biāo)、作業(yè)人員安全管理指標(biāo)、作業(yè)人員體表場(chǎng)強(qiáng)設(shè)置為評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)某市某天10kV配網(wǎng)架空輸電線路的帶電作業(yè)安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)估,該作業(yè)內(nèi)容包括對(duì)線路進(jìn)行巡檢和維修。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。該地區(qū)10kV配網(wǎng)架空輸電線路以PQ-15T絕緣子為主,耐張桿為雙片式絕緣子,線路排列方式緊湊,線路檔距差別大、交叉跨度多。對(duì)該輸電線路16#桿塔進(jìn)行安全性評(píng)估。16#桿塔全高80.5m,呼稱高74m,大氣壓強(qiáng)69.28kPa,溫度24.7℃,相對(duì)濕度45.2%,風(fēng)速1.0m/s。試驗(yàn)環(huán)境如圖2所示。
為確保作業(yè)安全,采用本文提出的安全評(píng)估方法進(jìn)行安全等級(jí)劃分。該配網(wǎng)架空輸電線路的帶電作業(yè)安全等級(jí)評(píng)估結(jié)果見表7。
表7 帶電作業(yè)安全等級(jí)評(píng)估結(jié)果
評(píng)價(jià)指標(biāo) 權(quán)重 評(píng)估安全等級(jí) 實(shí)際安全等級(jí)
作業(yè)設(shè)備 0.056 安全 安全
作業(yè)人員手部場(chǎng)強(qiáng) 0.327 比較危險(xiǎn) 比較危險(xiǎn)
作業(yè)人員安全管理 0.030 比較安全 比較安全
帶電作業(yè)氣象條件 0.417 危險(xiǎn) 危險(xiǎn)
作業(yè)地質(zhì)條件 0.212 安全 安全
由表7可知,采用本文提出的10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估技術(shù)評(píng)估安全等級(jí)與實(shí)際安全等級(jí)一致,說明本文提出的方法能夠有效評(píng)估帶電作業(yè)的安全性,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)價(jià)體系在不同環(huán)境條件下的適用性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行仿真試驗(yàn),使用仿真軟件MATLAB來模擬10kV配網(wǎng)架空輸電線路的作業(yè)環(huán)境,分別設(shè)計(jì)5個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景。
場(chǎng)景1:正常氣象條件,設(shè)備狀態(tài)良好,作業(yè)人員安全管理到位。
場(chǎng)景2:惡劣氣象條件(例如大風(fēng)、雷暴),設(shè)備狀態(tài)良好,作業(yè)人員安全管理到位。
場(chǎng)景3:正常氣象條件,設(shè)備狀態(tài)較差,作業(yè)人員安全管理到位。
場(chǎng)景4:正常氣象條件,設(shè)備狀態(tài)良好,作業(yè)人員安全管理不足。
場(chǎng)景5:惡劣氣象條件,設(shè)備狀態(tài)較差,作業(yè)人員安全管理不足。
使用安全評(píng)價(jià)體系對(duì)每個(gè)場(chǎng)景下的作業(yè)安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。記錄評(píng)估結(jié)果,包括各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和安全等級(jí)。安全評(píng)估結(jié)果見表8。
表8 安全等級(jí)評(píng)估結(jié)果
場(chǎng)景 作業(yè)設(shè)備權(quán)重 作業(yè)人員權(quán)重 氣象條件權(quán)重 安全等級(jí) 評(píng)分
1 0.5 0.3 0.2 安全 90
2 0.3 0.2 0.5 較危險(xiǎn) 50
3 0.4 0.3 0.3 較安全 70
4 0.4 0.4 0.2 較安全 70
5 0.3 0.2 0.5 危險(xiǎn) 30
由表8可知,場(chǎng)景1作業(yè)設(shè)備權(quán)重最高為0.5,表明設(shè)備狀態(tài)對(duì)安全影響最大。作業(yè)人員權(quán)重次之,氣象條件權(quán)重最低,說明在安全管理和氣象條件良好的情況下,設(shè)備狀態(tài)是決定安全等級(jí)的關(guān)鍵因素。安全等級(jí)被評(píng)為安全,評(píng)分為90,是所有場(chǎng)景中最高的,這符合預(yù)期,因?yàn)樗袟l件都是最佳的。場(chǎng)景2氣象條件權(quán)重最高為0.5,表明惡劣天氣對(duì)作業(yè)安全的影響最大。盡管設(shè)備和人員管理良好,但惡劣天氣條件導(dǎo)致安全等級(jí)降至較危險(xiǎn),評(píng)分為50。這說明氣象條件在帶電作業(yè)中的重要性,即便設(shè)備和人員管理得當(dāng),惡劣天氣仍然可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。場(chǎng)景3設(shè)備狀態(tài)權(quán)重最高為0.4,表明設(shè)備狀態(tài)不佳對(duì)安全的影響較大。盡管氣象條件和人員管理都是良好的,但設(shè)備狀態(tài)不佳導(dǎo)致安全等級(jí)降至較安全,評(píng)分為70。這表明設(shè)備狀態(tài)是帶電作業(yè)安全的重要考慮因素。場(chǎng)景4作業(yè)人員權(quán)重最高為0.4,與設(shè)備狀態(tài)權(quán)重相同,氣象條件權(quán)重最低。盡管設(shè)備和天氣條件良好,由于作業(yè)人員安全管理不足,安全等級(jí)也降至較安全,評(píng)分為70。這強(qiáng)調(diào)了作業(yè)人員安全管理在帶電作業(yè)中的重要性。場(chǎng)景5氣象條件和設(shè)備狀態(tài)權(quán)重均為最高(0.3),而作業(yè)人員權(quán)重最低為0.2。惡劣的天氣條件、設(shè)備狀態(tài)不佳以及作業(yè)人員安全管理不足共同導(dǎo)致安全等級(jí)被評(píng)為危險(xiǎn),評(píng)分為所有場(chǎng)景中最低的30。這說明在多個(gè)不利因素疊加的情況下,安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著增加。
通過對(duì)比仿真數(shù)據(jù)與安全等級(jí)結(jié)果,對(duì)安全情況進(jìn)行評(píng)分,驗(yàn)證了10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)價(jià)體系在不同環(huán)境條件下具有較高的準(zhǔn)確性和適用性,能夠較準(zhǔn)確地反映不同場(chǎng)景下作業(yè)的安全等級(jí)。該體系能夠根據(jù)不同的環(huán)境和作業(yè)條件,合理評(píng)估安全風(fēng)險(xiǎn),為實(shí)際作業(yè)提供了科學(xué)的安全評(píng)估依據(jù)。同時(shí),仿真試驗(yàn)也揭示了各種因素對(duì)作業(yè)安全的影響程度,為制定針對(duì)性的安全措施提供了重要信息。該安全評(píng)價(jià)體系為10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)提供了有效的安全評(píng)估工具,有助于在實(shí)際作業(yè)中識(shí)別潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施。
3 結(jié)語
通過研究10kV配網(wǎng)架空輸電線路帶電作業(yè)安全評(píng)估技術(shù),本文構(gòu)建了一個(gè)全面、科學(xué)的評(píng)估指標(biāo)體系,該體系著重考量了工作人員身體承受的電場(chǎng)強(qiáng)度、實(shí)際作業(yè)環(huán)境的安全性、使用設(shè)備的安全效能以及作業(yè)團(tuán)隊(duì)的管理質(zhì)量,通過融合模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法,對(duì)這些關(guān)鍵要素進(jìn)行量化評(píng)估,進(jìn)而提升了帶電作業(yè)的整體安全性和效率。這一研究為帶電作業(yè)的安全管理提供了有效的技術(shù)支持,減少安全事故的發(fā)生。在實(shí)際應(yīng)用中,相關(guān)單位可以根據(jù)本文的研究成果,結(jié)合自身的實(shí)際情況,制定具體的帶電作業(yè)安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和措施,確保帶電作業(yè)的安全性和高效性。同時(shí),隨著電力技術(shù)不斷發(fā)展和更新,帶電作業(yè)安全評(píng)估技術(shù)也需要不斷完善和創(chuàng)新,今后繼續(xù)深入研究帶電作業(yè)安全評(píng)估方法,以適應(yīng)新的需求和挑戰(zhàn)。
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