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關鍵字:電氣工程;自動化控制;應對措施
當代科學技術(shù)的法發(fā)展是趨于一體化、綜合化,現(xiàn)在計算機技術(shù)等信息技術(shù)的突破性發(fā)展,使得電氣工程與自動化的控制操作比以前更為簡單且靈活。自動化控制不僅降低了由于人為手工操作而導致的事故發(fā)生率,而且提高了工業(yè)技術(shù)的運作效率。我們可以毫不夸張的說,電氣工程與自動化的發(fā)展直接影響現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,它的發(fā)展也很大程度上取決于信息技術(shù)的進步。但是,當前的電氣工程與自動化的發(fā)展存在著一些常見的熱點問題,亟需相應的有效措施來改進。
一、目前電氣工程與自動化的發(fā)展概況
電氣工程自動化控制系統(tǒng)是一個較為龐大的系統(tǒng),它通過集成控制系統(tǒng)來運行,那么集成控制系統(tǒng)的運行快慢、運行效果就直接影響自動化控制效果。在這個集成系統(tǒng)中編程時間的長短制約著電氣工程系統(tǒng)的運作效率,目前該項系統(tǒng)工程的發(fā)展較為順利,但它的穩(wěn)定性、可操作性、維修便捷性及可靠性等都還有待提高。比如說電氣工程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的存儲就是一個問題,系統(tǒng)的不斷改進意味著不斷有數(shù)據(jù)更新和儲存,現(xiàn)在的數(shù)據(jù)存儲問題就直接導致企業(yè)的設備成本費用。隨著控制技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,電氣工程與自動化的改進空間還很大。
二、當前電氣工程與自動化常見的熱點問題
1.電氣工程與自動化系統(tǒng)能源浪費量較大。在這個工程中有很多元器件對于能源的利用高,比如電阻的使用,它需要大量的電能同時釋放了沒有有效利用的熱能,這就導致在實施電氣工程與自動化的過程中效率低。目前,針對不同領域,電氣工程與自動化的建設要滿足各自需求,這樣就增加了設計成本,使得工程在具體的設計、運行和維護的過程變得繁雜無一定的規(guī)律去借鑒,延長了開發(fā)時間并且各個環(huán)節(jié)的費用增加,那么企業(yè)獲得的凈利潤就會減少。
2.不同領域不同企業(yè)對電氣工程與自動化的需求不同,使得這項工程無法形成統(tǒng)一、模塊化的運用系統(tǒng)。電氣工程與自動化的應用遍及各行各業(yè),可以說從家用的一個淋浴頭到航天飛機的設計都離不開它,工業(yè)、農(nóng)業(yè)甚至國防上都有它的身影,它是電氣信息領域的重頭戲。
從高校畢業(yè)的人才可以在電力設計、自動控制和電力公司就業(yè),不同的企業(yè)對電氣工程與自動化的要求不盡相同,大都各取所需,比如一家企業(yè)對于電力的控制使用較為重視而另一家企業(yè)重在利用其自動化應用,那么這兩家企業(yè)所用到的電氣化與自動化控制的具體技術(shù)就不盡相同,因此無法形成統(tǒng)一模塊化的軟件或硬件設備來方便所有企業(yè)使用,這就延緩了這項工程的發(fā)展。
3.電氣工程與自動化在質(zhì)量管理上存在很多的漏洞。在進行行業(yè)生產(chǎn)研究調(diào)查時,會發(fā)現(xiàn)不同領域不同企業(yè)的工程質(zhì)量管理水平參差不齊,在這個高度追求效率的社會,人們將管理的目光僅僅放在工程的結(jié)果上而自動屏蔽和忽略了工程的內(nèi)部質(zhì)量,長此以往不合格質(zhì)量的發(fā)現(xiàn)就會日益增長,這不僅拉低了工程的效率而且浪費了人力物力。疏忽了質(zhì)量管理的問題就會直接影響現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。
4.人才的供應不足。由于它是包含文理、結(jié)合軟件與硬件、對控制理論和電力網(wǎng)理論的高要求交叉型學科,所以對人才的綜合素質(zhì)要求較高。它不僅對人才的基礎理論知識要求嚴,更注重他們的實踐操作能力,由于這些難關,導致這門學科的畢業(yè)生人數(shù)并不多,加上學校教學設備的限制,使得他們的動手能力也無法很好的達到這項工程的質(zhì)量要求,科研跟不上就直接導致電氣工程與自動化工程的進步進程減緩。
三、電氣工程與自動化常見熱點問題的應對措施
1.合理利用資源,選擇低耗能、低成本和安全系數(shù)高的的電力設備。在節(jié)能的基礎上不斷創(chuàng)新技術(shù),采用新方法、新材料等不斷研發(fā)能提高效率并較少能源浪費的產(chǎn)品。比如電路板中電阻的使用就要根據(jù)不同的場所而有不同的選擇。不用調(diào)節(jié)阻值的就用固定電阻就可以了,這樣就可以減少一定的設備成本,而像用于電視音量的音量調(diào)節(jié)的電阻就需要使用可調(diào)電阻,另外有的設備對于電流電壓的要求較嚴謹時就必須使用特種電阻了。這樣,根據(jù)阻值特性的不同選擇不同的電阻就可以在節(jié)約能源及成本的基礎上最大化的實現(xiàn)設備的運作效率。
2.建立集成性較高的電氣自動化系統(tǒng),形成統(tǒng)一化、模塊化的工程系統(tǒng)。雖然有不同的領域的不同企業(yè)運用的設備不盡相同,但是如果可以設計成具備兼容性系統(tǒng)平臺,那就能夠?qū)⒏鞣N已經(jīng)健全和完善的技術(shù)充分運用到這個平臺上。比如說在開機這一操作上,各個領域的不同企業(yè)用的都不一定是同一種技術(shù)操作手段,但是如果去統(tǒng)一規(guī)定一種方式,那么,科研人員們就會相應的做研究,即致力于開發(fā)一種最優(yōu)的開機操作程序,這不僅使得這種開機方式最有效而且便于統(tǒng)一工作模式。
3.建立通用的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是必不可少的提高快捷性操作的手段。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,原來凌亂繁雜的數(shù)據(jù)管理模式已經(jīng)無法適應新的時代工業(yè)要求,要想快捷高效的實現(xiàn)各個管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的交換建立通用的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是最好的處理方法。同時在自動化數(shù)據(jù)管理上協(xié)調(diào)好各項數(shù)據(jù)才可以實現(xiàn)電氣工程與自動化工程的高效率。
4.注重電氣工程與自動化的質(zhì)量管理和安全管理。首先建材的選擇是電氣工程與自動化的基礎,它直接決定工程質(zhì)量的好壞,企業(yè)應該使用的經(jīng)過權(quán)威鑒定的正規(guī)廠家生產(chǎn)的工程材料,從基礎上保證電氣工程與自動化的質(zhì)量。其次,企業(yè)要完善安全管理環(huán)節(jié),所謂安全管理就是要嚴格按照安全工作流程工作,比如在工作場地謹記設備對地電壓高于250V為高電壓但人體的安全接受電壓是36V一下,另外在雷雨天氣工作人員必須外出檢查室外高壓設備時,應盡量遠離避雷針和接地裝置并且穿上絕緣靴以保證人身安全。
5.提高電氣工程的建設團隊的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。新時代最缺少最需要的是專業(yè)型人才,屬于三大產(chǎn)業(yè)之一的工業(yè)對人才的要求更高也更重要,電氣工程與自動化工程應在人才參與進去工程之前,認真積極的對他們進行系統(tǒng)的專業(yè)技能培訓和實踐考核,這樣才能打造一支具有扎實理論知識和熟練時間操作能力的技術(shù)人員。因此,作為專業(yè)人才輸出的學校更應該做的就是培養(yǎng)出適應生產(chǎn)建設的高技能素質(zhì)人員,在提供必要的實驗環(huán)境和設備的同時,還要考慮到在學生學習的必要階段去安排他們進入社會的實際工作場所中去,這樣將知識和技能完備的結(jié)合在一起時才會提高電氣工程與自動化的工作效率。另外還應注重技術(shù)人員的創(chuàng)新,只有不斷的實踐不斷的創(chuàng)新才能使工程最大化的實現(xiàn)它的用途。
總之,人們對于工業(yè)的要求越來越高,對電氣工程與自動化的發(fā)展要求日益增高,電氣工程需要在克服一些存在的問題時更加完備它的發(fā)展,這樣才能推動工業(yè)發(fā)展進程。
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關鍵詞:電氣工程;電氣自動化技術(shù);應用;發(fā)展中圖分類號:TM73文獻標識碼:A
作者簡介:龍玉隆(1982-),男,貴州省黔西南州人,本科,助理工程師,主要從事電氣工程及其自動化工作
電氣自動化是多種科技相融合的新興技術(shù),能夠應用到各個領域中。電氣工程中電氣自動化技術(shù)有控制和自動檢測兩種裝置,能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)實現(xiàn)遠程控制管理或就地控制等,保證了其安全經(jīng)濟的運行,保證了供電質(zhì)量。
1電氣工程中電氣自動化技術(shù)的應用
1.1電網(wǎng)調(diào)度自動化
電網(wǎng)調(diào)度自動化是運用電氣自動化技術(shù)來調(diào)節(jié)電網(wǎng)調(diào)度,其中包含主站系統(tǒng)和遠動裝置的調(diào)度。電網(wǎng)調(diào)度自動化能夠確保電網(wǎng)發(fā)電供電的安全性、經(jīng)濟性和優(yōu)質(zhì)性,大幅度提高電網(wǎng)調(diào)度的運行水平。運用電網(wǎng)調(diào)度自動化包括三個功能:(1)安全分析和提出對策:其基于對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析和對電網(wǎng)狀態(tài)的估計,能夠?qū)λ陌踩龀黾皶r的分析。(2)安全監(jiān)控和采集數(shù)據(jù):其能夠通過信息系統(tǒng)采集和處理信息,使用模擬屏對電網(wǎng)實行監(jiān)測,實時了解其運行情況,使用遠東系統(tǒng)和網(wǎng)絡來給電網(wǎng)的設備進行遙控。(3)經(jīng)濟調(diào)度和自動化發(fā)電控制:其是電氣自動化技術(shù)的重要功能,它的功能體現(xiàn)在閉環(huán)控制功能,還體現(xiàn)在電網(wǎng)經(jīng)濟安全性。它還可以調(diào)整電網(wǎng)頻率,實現(xiàn)經(jīng)濟性的調(diào)度控制等,使系統(tǒng)對電網(wǎng)的控制更簡單方便。
1.2配電自動化
傳統(tǒng)的觀念重視發(fā)電忽略到配電的重要性,使配電網(wǎng)技術(shù)非常落后。隨著電氣自動化技術(shù)的發(fā)展,配電自動化得到廣泛的應用,改善了現(xiàn)在的配電網(wǎng)絡。配電自動化的優(yōu)點是它能夠監(jiān)視自動化、控制配電網(wǎng)。其功能包括電網(wǎng)分析、配電等。它包括配電主站、配電子站、通信通道和系統(tǒng)終端。配電自動化降低了電網(wǎng)損耗能力,提高了供電能力,降低了停電率,減輕了人力,減少了維護設備的費用。配電自動化可以確保供電質(zhì)量,在高峰或者低估期,保證不會產(chǎn)生不良影響。
1.3發(fā)電廠自動化
發(fā)電廠自動化包括AVC自動電壓、AGC自動發(fā)電量和冬季機械等三種控制系統(tǒng)。我國目前發(fā)電廠主要以水電廠、火電廠為主,其中水電廠要比火電廠的自動化技術(shù)要高。
1.3.1水電廠的自動化
水電廠的自動化主要是通過控制水電廠的設備來實現(xiàn),比如水輪發(fā)電機的勵磁裝置、水輪機和調(diào)速器設備。通過對水電廠設備的自動控制、監(jiān)視、調(diào)節(jié)和管理四種功能,對水電廠運作的安全性、經(jīng)濟性有很大提高。水電廠自動化包括單機、綜合和公用設備的自動化。
1.3.2火電廠自動化
火電廠自動化有很多種自動化應用,比如:計算機監(jiān)視、采集數(shù)據(jù)、發(fā)電機控制等主控制系統(tǒng)。它具有信息處理和管理、自動保護、自我檢測和順序控制等方面的功能。
1.4變電站綜合自動化
變電站的綜合自動化需要在應用信息處理和傳輸、自動控制技術(shù)的基礎上進行,運用計算機的硬件系統(tǒng)和其他裝置,能夠代替人工作業(yè),大幅度提高變電站的運行管理水平。信息技術(shù)近年來革新速度加快,引進微機檢測技術(shù),變電站開始進入綜合自動化的方向。目前,變電站的遠程控制再被不斷的推廣。
2電氣自動化技術(shù)的發(fā)展
2.1熱點技術(shù)
20世紀80年代單片機的應用,使電力工程中的電氣自動化設備進入新的階段。電氣自動化技術(shù)以工業(yè)計算機、PC機的技術(shù)為基礎。90年代后,信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展和應用,電氣自動化技術(shù)依賴于IT技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。
2.1.1光電式電力互感器
電力互感器是輸電線路中不可或缺的裝置。當電壓的等級到了一定的高度,信號就會縮小范圍,產(chǎn)生飽和現(xiàn)象,或者無法與其他設備接口通信,這是電力互感器的一個缺點。針對這樣的問題,光電式的電力互感器已經(jīng)在發(fā)達國家研制出來,并公布了其標準。在我國的研究項目中也取得一些成果,目前最關鍵的是其穩(wěn)定性,輸出信號小于傳統(tǒng)的互感器,輸出信號要通過轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
2.1.2以GPS全球定位為基礎的動態(tài)安全監(jiān)控
電力系統(tǒng)中的監(jiān)測手段為SCADA,它是對采集數(shù)據(jù)和其穩(wěn)定運行的監(jiān)視控制。還有一種儀器是故障錄波,它主要是記錄電磁過程。這兩種監(jiān)測手段都有其優(yōu)缺點,但是都沒有準確的時間標記,對系統(tǒng)的動態(tài)行為不好進行分析。以GPS為基礎的將安全監(jiān)測是SCADA和其他監(jiān)測的結(jié)合,通過GPS定位獲取精確的時間地點。
2.1.3在線狀態(tài)檢測
該檢測是對系統(tǒng)內(nèi)設備在線狀態(tài)的運行檢測,通過監(jiān)測能夠掌握它的運行狀態(tài),還能夠通過監(jiān)測分析其運行參數(shù),以此來判斷是否存在隱患和故障問題。這樣能夠提高設備的利用率,延長保修周期,將定期檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r檢測能夠減少不必要的遺漏現(xiàn)象。
2.1.4對電力系統(tǒng)實施智能控制
智能系統(tǒng)可以說是新時期的控制領域的新階段,對一些非常規(guī)性的控制問題能夠得到很好地解決,一些復雜性的系統(tǒng)問題應該采取智能控制來解決。就目前形式而言,智能化系統(tǒng)有極好的前景,應用廣泛。
2.2自動化發(fā)展趨勢
人們的生活品質(zhì)越來越高,對電力有更高的標準,要有可靠性、安全性、優(yōu)質(zhì)性和經(jīng)濟性,因此電氣工程中電氣自動化也要不斷的發(fā)展。20世紀60年代,開始研制電氣自動化技術(shù),70年代初期研究出一體裝置,80年代運用自動化和計算機監(jiān)測系統(tǒng)。電氣自動化發(fā)展趨勢:(1)遠程通信、電力電子器件、微機已經(jīng)應用到控制手段中;(2)理論多樣化,借助很多控制理論;(3)控制策略已經(jīng)趨向協(xié)調(diào)化、智能化、最優(yōu)化和自適應化的方向;(4)多級系統(tǒng)的處方法增加到設計分析中;(5)提高輸電和配電自動化的發(fā)展。
2.3熱點技術(shù)的運用
2.3.1管控一體化技術(shù)
管控一體化是一種現(xiàn)代自動化技術(shù)手段,是環(huán)節(jié)和自動化技術(shù)的集成和整合。集成和管理系統(tǒng)可以構(gòu)成統(tǒng)一信息網(wǎng)絡,將ERP和MES互聯(lián),這樣能夠確保獲取正確信息,也可以使用控制管理系統(tǒng)對檢修數(shù)據(jù)和其他信息來監(jiān)控,實現(xiàn)無縫連接。
2.3.2狀態(tài)檢修技術(shù)
狀態(tài)檢修技術(shù)通過AMS系統(tǒng)使用其監(jiān)視和診斷功能,根據(jù)設備的信息數(shù)據(jù),來進行電氣設備的判斷和預判,將故障檢修轉(zhuǎn)變成狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修技術(shù)可以使電氣設備的安全性和可用性有效提高,能夠克服定期檢修的缺陷、遺留。
2.3.3應用先進的管理控制軟件
控制系統(tǒng)在電氣工程中有了廣泛的引用,并且促進了電氣自動化技術(shù)的發(fā)展。不過此時計算機控制系統(tǒng)并不夠完善,應該吸收先進的技術(shù)手段,充分開發(fā)出電氣工程的先進控制和管理水平,能夠充分發(fā)揮出控制系統(tǒng)的功能。目前有兩種管理控制軟件:注重實時控制功能軟件和注重管理軟件,在研發(fā)中要根據(jù)實際情況來選擇研發(fā)運用。
3電氣工程中電氣自動化運用的表現(xiàn)形式
3.1電力調(diào)度自動化技術(shù)
電力系統(tǒng)的應用的關鍵是電力調(diào)度自動化,它能夠保證系統(tǒng)供電的安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟性能。應當加強對電氣工程現(xiàn)代化的管理,實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。電氣工程中的電力調(diào)度自動化技術(shù)分為調(diào)度主站系統(tǒng)和運動裝置系統(tǒng),它主要具備的功能包括:應用電力調(diào)度自動化,保證監(jiān)控指標的準確性和可靠性,使得到的數(shù)據(jù)規(guī)范;作為電網(wǎng)系統(tǒng)的保障,能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的經(jīng)濟性目標,能夠控制或減少能源問題,還能夠滿足供電發(fā)電的要求;有效處理技術(shù)性的事故分析,進行合理和科學的判斷。
3.2發(fā)電廠自動化技術(shù)的應用
發(fā)電自動化技術(shù)分為三方面,自動電壓控制、自動發(fā)電量控制、動力機械自動控制三種系統(tǒng)。它具體表現(xiàn)在兩方面:火電廠對此技術(shù)的運用,水電廠對此技術(shù)的應用。
4結(jié)束語
總而言之,隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,科學技術(shù)的進步,電氣工程中電氣自動化技術(shù)得到了更好的發(fā)展,并且應用在很多領域中。我們也應當學習國外先進的自動化技術(shù)優(yōu)勢,結(jié)合中國的實際,運用新理論新技術(shù),為我國電氣工程中的自動化發(fā)展做貢獻。
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關鍵詞:電氣自動化 節(jié)能設計 變壓器 功率因數(shù)
中圖分類號:TP29 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)01-0144-01
伴隨著新時代到來的是能源的大量消耗,以及不合理的浪費,能源短缺已經(jīng)成為一個世界級的問題。電力資源同樣如此,電能耗費和合理的電力設計已經(jīng)成為人們普遍關注的問題,在追求各種生活場所、住宅樓辦公樓舒適辦公的個性化服務的同時,對于電氣自動化工程的節(jié)能設計,也開始了研究。電力設計是電力工程的核心部分,如何做到合理并兼顧節(jié)能技術(shù)的設計,是擺在眾多企業(yè)面前一個重要問題。本文從變壓器的節(jié)能設計、功率因數(shù)的管控以及輸配電線路的電力電纜合理選擇等方面,論述了電氣自動化工程中的節(jié)能設計技術(shù)。
1 變壓器的節(jié)能設計技術(shù)
作為電力自動化工程中的重要設備,變壓器負責電壓、電流和功率的轉(zhuǎn)換工作,它需要消耗大量的能源,即使是空載運行狀態(tài),變壓器的運行也會造成低壓系統(tǒng)的大量能耗。所以如何做好變壓器的節(jié)能設計,是電氣自動化工程節(jié)能設計的首要關鍵問題。一般來說,變壓器的節(jié)能設計主要涉及以下幾個方面:
(1)避免變壓器型材帶來的大量能耗。變壓器的制備材料需要優(yōu)化設計組合在一起才能真正實現(xiàn)節(jié)能,硅鋼片、銅片以及絕緣材料等如果設計不合理的話,就會造成很多不必要的能耗。應該秉承節(jié)約的理念,滿足變壓器工作的前提下,選擇最為合理的材料和運行介質(zhì),既能減少電氣自動化工程的成本,又能實現(xiàn)變壓器節(jié)能的目的。
(2)銅材是一種優(yōu)秀的材料,為變壓器配備的電柜和電線可以采用銅質(zhì)材料,并用換位導線措施。降低磁密并采用高質(zhì)量、較薄的冷軋硅鋼片,可以有效降低空載運行時變壓器的能耗,實現(xiàn)節(jié)能的目標。
(3)現(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了專門為節(jié)能設計的變壓器,在電器工程中應該優(yōu)先考慮這樣的變壓器。比如S11和S10等型號,它們除了具備傳統(tǒng)變壓器的有點,從長遠看也具有很好的節(jié)能效果。有了節(jié)能變壓器,其之間的接線方式也很重要,除此之外應該杜絕變壓器長期過度運行的現(xiàn)象出現(xiàn),這樣不僅會過度磨損變壓器,而且也會消耗更多的電力資源。
(4)在工廠或者大型寫字樓等建筑中,作為電力系統(tǒng)的關鍵部分,變壓器應該被放置在電力消耗的中間位置,和其他的輔助設備放在一起,不僅便于管理,還能減少電纜的長度,節(jié)約成本和資源,降低電壓降和多長電纜造成的能耗,提高供電功率和質(zhì)量。
(5)合理選擇變壓器的容量和使用臺數(shù)。所選變壓器的額定容量應該根據(jù)實際所需電量來確定。如果變壓器的容量太小,會讓變壓器長期處于過度運行狀態(tài),加速其老化,減少使用壽命;但是如果所選變壓器的容量太大的話,也會使其長期處于輕載狀態(tài),過低功率會極度浪費電力資源和變壓器使用效率。綜合考慮,在選擇變壓器的時候應該留出大約百分之二十的冗余空間,過多過少都不可取。關于變壓器臺數(shù)的選擇,應綜合考慮擴容和可能出現(xiàn)的過度耗損情況,不能用過多的變壓器臺數(shù),那是一種資源浪費。如果使用的變壓器臺數(shù)在2臺或者2臺以上的話,應該采取并聯(lián)措施,這樣不僅可以提高其安全可靠性能,還能增加電力系統(tǒng)的功率因數(shù),實現(xiàn)真正的節(jié)能設計。
2 功率因數(shù)的管控措施
功率因數(shù)是和電氣設備節(jié)能緊緊相關的一個物理量,提高功率因數(shù),也會提高電力系統(tǒng)的無功功率,進而提高系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)化效率。提高功率因數(shù)的方法一般有以下幾點:一是對用戶的負載率進行提高處理。比如可以在滿足需要的前提下,選擇極數(shù)少的電動機。少極數(shù)的電動機在轉(zhuǎn)動的時候,具有比較大的轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生的電流也大,能夠用最短的時間進行正常的運行,提高效率,減少能耗,實現(xiàn)節(jié)能的目的。當然變頻自動控制也可以實現(xiàn)較高功率因數(shù)的獲取。二是在低壓動力系統(tǒng)中安置具有自動補償無功功率的電容柜,所補償無功功率的額度一般選擇為變壓器的三分之一左右,這樣既可以維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定,也可以實現(xiàn)節(jié)能。
3 選擇合適的電力電纜
作為輸配電系統(tǒng)中不可或缺的部分,電力電纜占據(jù)了電氣工程投資成本的較大部分,尤其是因長期維護電力線路而產(chǎn)生的費用。故而在選擇電力電纜的時候應該謹慎為之,通常按照相對經(jīng)濟的電流密度曲線和可以通過的電流強度來選擇電力電纜的截面,對于電力電纜材質(zhì)的選擇,主要有銅材和鋁材兩種。從成本的角度來看,較之銅電纜,鋁電纜較為便宜,所以很多電氣工程都選擇鋁電纜,但是從安全和節(jié)能的方面,鋁電纜雖然較為便宜,但是這兩項性能卻落后于銅電纜。只是截面越粗,銅電纜比鋁電纜要貴重很多,因此這種情況下可以選擇鋁電纜,而其他情況下,從安全和節(jié)能方面考慮的話,推薦銅電纜。
4 結(jié)語
綜上所述,電氣工程的節(jié)能設計已經(jīng)成為當下普遍關注的熱點問題,相關部門和單位應該從變壓器的選擇、功率因數(shù)的管控以及輸配電線路中電力電纜的節(jié)能設計等方面,來做好節(jié)能設計,盡可能減少能耗。通過選取合適的變壓器,變壓器之間的優(yōu)化組合,處理好功率因數(shù)和無功功率之間的關系,按照實際線路需要,選擇合適的電力電纜等等方面的優(yōu)化設計,相信電氣自動化工程的節(jié)能設計將不再是空談。
參考文獻
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關鍵詞:教學改革;電氣工程概論;互動式教學法;教學效果
作者簡介:韓楊(1982-),男,四川成都人,電子科技大學機電學院,講師。(四川 成都 611731)
基金項目:本文系電子科技大學中央高?;究蒲许椖浚椖烤幪枺?672011ZYGX2011J093)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)10-0057-02
“電氣工程概論”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課。課程圍繞電氣工程領域的幾個主要分支——電機電器及其控制、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術(shù)、電力電子與電力傳動、電工新技術(shù)等方面進行全面系統(tǒng)的介紹。通過該課程的學習,學生對電氣學科的發(fā)展歷史和應用現(xiàn)狀有全景式的了解,對進一步深入電氣工程學科類專業(yè)學習起到導航作用,并逐步培養(yǎng)對電氣科學與工程的崇尚與追求的專業(yè)精神以及創(chuàng)新意識。[1,2]
實踐表明,學生總是習慣于知識的“定量”化灌輸模式,而對于這樣一門以“定性”介紹為主、沒有公式講解和詳細專業(yè)理論分析的課程,最初還有些不適應。如何激發(fā)學生對電氣專業(yè)的興趣,引導學生通過網(wǎng)絡搜索和圖書館資料查詢等手段,去主動了解和掌握一些專業(yè)知識背景,是課堂教學中需要著重思考和實踐的課題。[3-5]筆者經(jīng)過兩三年的電氣工程概論教學后,在重點講述電力系統(tǒng)自動化、電力電子與電力傳動等的基礎上,把互動式教學方法成功應用到教學實踐中。課堂教學表明,這對于提升學生學習興趣和培養(yǎng)學生自主學習能力方面是非常有效的。
一、 采用互動式教學方法,探索改革教學模式
“電氣工程概論”課程涵蓋內(nèi)容多,采用傳統(tǒng)滿堂灌式教學方法,效果不佳。筆者通過教學實踐,摸索出一套有效的方法,教學安排按照如下順序:教師理論講解—多媒體PPT展示—視頻演示—給學生布置課后調(diào)研題目—學生自主學習、分組研討、制作PPT—學生課堂專題演講—同學問答互動、教師總結(jié)—教師提出整改意見—學生課后再次收集資料、完成研究報告。這種互動式方法培養(yǎng)了學生對課程的興趣,使他們在PPT演講、書面表達、創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面都起到積極作用。
二、調(diào)整更新教學內(nèi)容,提升課堂教學質(zhì)量
1.課程緒論
(1)主要內(nèi)容:電氣工程在國民經(jīng)濟中的地位;電氣科學與工程的發(fā)展簡史、前景、理論基礎和常用計算機程序,譬如EMTP、MATLAB、BPA、EMTDC、PSPICE等。應達要求:了解電氣科學與工程的產(chǎn)生過程;了解電氣工程及其自動化專業(yè)的二級學科分布;了解電氣工程學科的發(fā)展前景和在國民經(jīng)濟中的主要應用和作用。
(2)教學設計:圍繞使學生對本課程的專業(yè)背景、主要應用前景有一個清晰的認識和激發(fā)其對本專業(yè)的熱愛這一目標來展開。在講授過程中,補充智能電網(wǎng)、新能源的開發(fā)利用技術(shù)等當前國內(nèi)外的研究熱點,擴展學生的專業(yè)視野。
2.電機電器及其控制技術(shù)
(1)主要內(nèi)容:電機的作用及其發(fā)展簡史;電機的分類與結(jié)構(gòu)、應用領域、選用與運行控制;電機學的研究內(nèi)容概要;電器的發(fā)展歷史和分類。應達要求:了解電機的基本作用、發(fā)展簡史、電器的發(fā)展歷史;理解電機在國民經(jīng)濟中的應用領域;掌握電機的可逆原理;理解電機學的主要研究內(nèi)容、高壓電器與低壓電器的基本結(jié)構(gòu)與作用;掌握電機分類方法和不同類別的電機特點。
(2)教學設計:介紹電機與電器學科的概況、發(fā)展簡史,使學生對電機學等后續(xù)專業(yè)基礎課程以及電機的微機控制技術(shù)等專業(yè)課程的學習建立初步的感性認識。通過FLASH制作的同步電機勵磁過程和旋轉(zhuǎn)磁場模擬動畫來加強學生對電機學理論知識的理解。對于電器部分,通過圖片的形式向?qū)W生展示各種電器,增強學生的感性認識;對于高壓電器部分,由于裝置體積龐大,采用視頻錄相講解的方法,拉近學生對高壓電器的感性距離。
3.電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)
(1)主要內(nèi)容:電力系統(tǒng)發(fā)展簡史;電力系統(tǒng)簡介;發(fā)電廠、電網(wǎng)概述;電力市場簡介;電力新技術(shù)與發(fā)展趨勢。應達要求:了解電力系統(tǒng)的發(fā)展簡史和我國電力工業(yè)的發(fā)展概況、交直流輸電技術(shù)的發(fā)展過程、各種類型的能源發(fā)電原理及其特點;了解電力市場的概念、電力新技術(shù)的發(fā)展趨勢;理解電力系統(tǒng)的功能與作用、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點和運行過程。
(2)教學設計:主要講授電力系統(tǒng)的概況、基本概念,內(nèi)容涉及發(fā)、輸、供、配、用幾大部分,按發(fā)電部分、電網(wǎng)運行與調(diào)度、電力應用三個環(huán)節(jié)順序介紹。教學過程中首先從系統(tǒng)的角度對電力系統(tǒng)進行介紹,使學生建立對電力系統(tǒng)整體功能及結(jié)構(gòu)的認識,在此基礎上,進一步對各個組成部分分別闡述。在講述電力系統(tǒng)發(fā)展前沿技術(shù)的時候,本著自動化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展主線,將智能電網(wǎng)的概念引入課堂。
4.電力電子技術(shù)與電力傳動
(1)主要內(nèi)容:電力電子技術(shù)的作用與發(fā)展簡史;電力電子技術(shù)的特點和研究內(nèi)容、應用領域;電力電子技術(shù)的地位、發(fā)展方向和電力傳動概況。應達要求:了解電力電子技術(shù)的作用、發(fā)展歷史;了解電力電子技術(shù)的主要應用領域和新技術(shù)的發(fā)展趨勢;了解電力傳動的主要應用領域;理解電力電子技術(shù)的概念與特點和直流電機、交流電機傳動的基本原理。
(2)教學設計:介紹電力電子技術(shù)的作用、歷史、主要特點及其發(fā)展趨勢。電力電子技術(shù)是我院電氣專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。對半導體變流技術(shù)的發(fā)展歷程進行講授,讓學生明確電力電子技術(shù)的本質(zhì)和重要意義;將實驗室電力電子器件作為道具,在課堂上實物演示,讓學生建立感性認識。在講述電力傳動部分時,結(jié)合工程實踐進行案例教學,使學生明確電力傳動在工業(yè)中的應用概況;結(jié)合科研課題,將典型案例通過PPT向?qū)W生展示。
5.高電壓與絕緣技術(shù)
(1)主要內(nèi)容:高電壓與絕緣技術(shù)發(fā)展簡史及主要內(nèi)容;高電壓新技術(shù)及其在各領域的應用。應達要求:了解高電壓與絕緣技術(shù)的作用;了解高電壓的產(chǎn)生原理和試驗設備;了解高電壓新技術(shù)及其在各領域的應用;理解基本的高電壓及絕緣試驗操作。
(2)教學設計:介紹高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展歷程、應用領域及其試驗技術(shù)。本章具有很強的專業(yè)背景,因此在教學時,采用了PPT講授和視頻演示相結(jié)合的教學手段,突出高電壓技術(shù)的產(chǎn)生背景、發(fā)展歷程、試驗條件和環(huán)境等,達到讓學生建立一個感性認識的目的。
6.電工新技術(shù)
(1)主要內(nèi)容:電工新技術(shù)發(fā)展趨勢、超導電工技術(shù)、聚變電工技術(shù)、磁流體技術(shù)、可再生能源技術(shù)、磁懸浮列車技術(shù)、燃料電池技術(shù)、飛輪儲能技術(shù)和微機電系統(tǒng)。應達要求:了解電工新技術(shù)的發(fā)展趨勢、超導電工技術(shù)、磁聚變電工技術(shù)的基本原理及應用,磁流體發(fā)電和推進技術(shù)、磁懸浮列車技術(shù)、燃料電池技術(shù)及應用,飛輪儲能技術(shù)及應用和微機電系統(tǒng)的基本概念。
(2)教學設計:主要以PPT講授為主。對超導電工、聚變電工、可再生能源發(fā)電、燃料電池技術(shù)和微機電系統(tǒng)等前沿技術(shù)進行專題概述。
三、改革教學方法,創(chuàng)新互動式教學模式
1.注重課堂引導,激發(fā)學生學習興趣
在教學過程中,借助網(wǎng)絡資源,向?qū)W生介紹電氣行業(yè)的應用情況和相關企業(yè)的產(chǎn)品和市場情況,譬如給學生介紹聯(lián)合證卷行業(yè)深度分析“電力電子,我們可以看得更遠”,重點介紹電力電子變頻器、整流設備、無功補償設備SVG、開關電源、直流輸電裝備等技術(shù)的實際工程應用,介紹相關企業(yè)和上市公司產(chǎn)品和市場概況,激發(fā)了學生的學習興趣。
2.加強課堂互動,調(diào)動學生積極性
為了加強課堂互動,采用了PPT講解和視頻教學相結(jié)合的方法,進行多個專題介紹。譬如:核裂變之歷史回顧、中廣核集團介紹、日本核事故回顧、歐洲核聚變裝置、中國托克馬克聚變裝置、日本新干線與中國高速鐵路、國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)公司宣傳片;汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機安裝視頻和三峽發(fā)電廠簡介。學生觀看完視頻后,進行提問:裂變和聚變的區(qū)別是什么?日本核泄漏事故的原因是什么?避免核事故的方法有哪些?日本新干線和中國高鐵的技術(shù)要點有哪些?汽輪機和水輪機的原理是什么等等。鼓勵學生回答問題,凡是舉手回答問題的學生,在平時成績上加2分,調(diào)動了學生的積極性。隨后,教師進行總結(jié)評論。
3.推行專題報告,活躍課堂氣氛
采用學生專題演講方法,激發(fā)自主學習興趣和收集整理資料的能力。學生3人一組,分工協(xié)作完成資料收集、PPT制作和課后研究報告撰寫。學生報告題目有:智能電網(wǎng)概述、電氣化鐵路接觸網(wǎng)介紹、電能存儲技術(shù)的發(fā)展概況、地熱發(fā)電的現(xiàn)狀與技術(shù)要點、PLC的原理與應用、國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢、柔性太陽能電池、國內(nèi)外高壓直流輸電工程簡介、電力系統(tǒng)柔性輸配電技術(shù)、城市軌道交通供電系統(tǒng)和電動汽車電源系統(tǒng)等等。學生報告后,其他學生提3~5個問題,報告者首先作答,教師隨后總結(jié),并對相關技術(shù)問題進行詳細講解。對提問的同學,在平時成績上加2分。這樣課堂氣氛非?;钴S,學生爭先恐后舉手發(fā)言。
四、結(jié)束語
通過和學生的溝通發(fā)現(xiàn),學生非常喜愛這種互動式教學方法,感覺課堂不再枯燥,而是充滿活力,在知識獲取和創(chuàng)新、演講能力和書面表達方面都得到全面的鍛煉,收獲頗豐。學生的積極性被充分調(diào)動起來了,課堂氣氛活躍,學生學習中找到了快樂,對電氣工程專業(yè)提升了興趣。教學實踐表明,互動式教學方法在電氣工程概論課程的應用是成功的。
參考文獻:
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關鍵詞:電氣工程;自動化技術(shù);研究方向
中圖分類號:TU755.2
0概述
隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,綜合自動化技術(shù)也得到迅速發(fā)展。電氣工程及其自動化涉及電力電子技術(shù),計算機技術(shù),電機電器技術(shù)信息與網(wǎng)絡控制技術(shù),機電一體化技術(shù)等諸多領域,是一門綜合性較強的學科,其主要特點是強弱電結(jié)合,機電結(jié)合,軟硬件結(jié)合。該專業(yè)培養(yǎng)具有工程技術(shù)基礎知識和相應的電氣工程專業(yè)知識,受過電工電子,系統(tǒng)控制及計算機技術(shù)方面的基本訓練,具有解決電氣工程技術(shù)分析與控制問題基本能力的高級工程技術(shù)人才。
1電力系統(tǒng)自動化技術(shù)
1.1電網(wǎng)調(diào)度自動化
現(xiàn)代的電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)是以計算機為核心的控制系統(tǒng),包括實時信息收集和顯示系統(tǒng),以及供實時計算、分析、控制用的軟件系統(tǒng)。信息收集和顯示系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、屏幕顯示、安全檢測、運行工況計算分析和實時控制的功能。在發(fā)電廠和變電站的收集信息部分稱為遠動端,位于調(diào)度中心的部分稱為調(diào)度端。軟件系統(tǒng)由靜態(tài)狀態(tài)估計、自動發(fā)電控制、最優(yōu)潮流、自動電壓與無功控制、負荷預測、最優(yōu)機組開停計劃、安全監(jiān)視與安全分析、緊急控制和電路恢復等程序組成。
1.2變電站自動化
電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的主要環(huán)節(jié)。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作,提高工作效率,擴大對變電站的監(jiān)控功能,提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設備進行全方位的監(jiān)視和有效控制,其特點是全微機化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設備;二次設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化,盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化;運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動化不可分割的重要組成部分,是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。
1.3發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)(DCS)
發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)一般采用分層分布式結(jié)構(gòu),由過程控制單元(PCU)、運行員工作站(OS)、工程師工作站(ES)和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(以太網(wǎng))組成。
過程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能I/O模件組成。MCU 模件通過冗余的 I/O 總線與智能 I/O 模件通訊。PCU 直接面向生產(chǎn)過程,接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關量、脈沖量等信號,經(jīng)運算處理后進行運行參數(shù)、設備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu),完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。
運行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令,為運行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段,工程師工作站為維護工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設置和修改、系統(tǒng)診斷和維護等手段。
2 電力系統(tǒng)自動化的研究方向
2.1 智能保護與變電站綜合自動化
對電力系統(tǒng)電保護的新原理進行了研究,將國內(nèi)外最新的人工智能、模糊理論、綜合自動控制理論、自適應理論、網(wǎng)絡通信、微機新技術(shù)等應用于新型繼電保護裝置中,使得新型繼電保護裝置具有智能控制的特點,大大提高電力系統(tǒng)的安全水平。對變電站自動化系統(tǒng)進行了多年研究,研制的分層分布式變電站綜合自動化裝置能夠適用于 35~500 kV 各種電壓等級變電站。微機保護領域的研究處于國際領先水平,變電站綜合自動化領域的研究已達到國際先進水平。
2.2 配電網(wǎng)自動化
在中低壓網(wǎng)絡數(shù)字電子載波 ndlc、配網(wǎng)的模型及高級應用軟件 pas、地理信息與配網(wǎng) scada 一體化方面取得了重大技術(shù)突破。其中,ndlc 采用了 dsp 數(shù)字信號處理技術(shù),提高了載波接收靈敏度,解決了載波正在配電網(wǎng)上應用的衰耗、干擾、路由等技術(shù)難題;高級應用軟件 pas 將輸電網(wǎng) ems 的理論算法與配網(wǎng)實際結(jié)合起來,采用了最新國際標準 IEC61850、IEC61970CIM公共信息模型;采用配網(wǎng)遞歸虛擬流算法進行潮流計算;應用人工智能灰色神經(jīng)元算法進行負荷預測。
2.3 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用
開展了電力電子裝置控制理論和控制算法、各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的行為和作用、靈活交流輸電系統(tǒng)、直流輸電的微機控制技術(shù)、動態(tài)無功補償技術(shù)、有源電力濾波技術(shù)、大容量交流電機變頻調(diào)速技術(shù)和新型儲能技術(shù)等方面的研究。
2.4 電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)
通過將傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及模式識別技術(shù)等結(jié)合起來,針對電氣設備絕緣監(jiān)測方法和故障診斷的機理進行了詳細的基礎研究,開發(fā)了發(fā)電機、變壓器、開關設備、電容型設備和直流系統(tǒng)等主要電氣設備的監(jiān)控系統(tǒng),全面提高電氣設備和電力系統(tǒng)的安全運行水平。
3當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點技術(shù)
當前電力系統(tǒng)自動化依賴于電子技術(shù)、計算機技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點有:①電力一次設備智能化;②電力一次設備在線狀態(tài)檢測;③光電式電力互感器;④適應光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置;⑤特高壓電網(wǎng)中的二次設備開發(fā)。
3.1電力一次設備智能化
常規(guī)電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離,互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接,而電力一次設備智能化是指一次設備結(jié)構(gòu)設計時考慮將常規(guī)二次設備的部分或全部功能就地實現(xiàn),省卻大量電力信號電纜和控制電纜,通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的“智能化開關”、“智能化開關柜”、“智能化箱式變電站”等。
電力一次設備智能化主要問題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾,關鍵技術(shù)是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標準等技術(shù)問題。
3.2光電式電力互感器
電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備,其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標準數(shù)值,以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大,設備體積和質(zhì)量也越大;信號動態(tài)范圍小,導致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器,國際電工協(xié)會已了電子式電壓、電流互感器的標準。國內(nèi)也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關鍵技術(shù)是,光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多,一般是毫安級水平,不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置,需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出,模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進行一體化設計。在這里,電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點之一。
3.3適應光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置
電力系統(tǒng)采用光電互感器技術(shù)后,與之相關的二次設備,如測控設備,繼電保等裝置的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內(nèi)部的隔離互感器、A/D 轉(zhuǎn)換電路及部分信號處理電路,從而提高了裝置的響應速度。但需要解決的重要關鍵技術(shù)是為滿足數(shù)值計算需要對相關的來自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實現(xiàn)同步采樣,其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設計。
4結(jié)束語
電氣自動化技術(shù)的應用越來越廣泛而深入,這也使電力管理方式產(chǎn)生翻天覆地的變化。新技術(shù)、新理論的應用使一些概念不斷被更新和修正,傳統(tǒng)的技術(shù)界線逐漸模糊,各種原來看似不相關聯(lián)的技術(shù)會彼此融合和滲透,這必將推動著電力自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展和變化。
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