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變電站無人值守網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的應用
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著計算機網(wǎng)絡技術不斷完善，多個行業(yè)都將互聯(lián)網(wǎng)技術運用到生產(chǎn)管理中。在變電站中，管理人員往往需要安排大量的人手以確保對電力系統(tǒng)的有*監(jiān)控，企業(yè)的人力成本提高同時監(jiān)控工作效率低下。計算機網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)給了生產(chǎn)管理新思路，在當下一些變電站建設電力系統(tǒng)自動化，以實現(xiàn)對于電力系統(tǒng)的無人值守。無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)應用多項技術實現(xiàn)對變電站進行無人遙控、監(jiān)視、消防等值守工作。
關鍵詞：無人值守變電站；網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理
0 引言
在過去，變電站受科技的限制，監(jiān)控系統(tǒng)的技術較為落后功能比較單一。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時其報警信息的傳輸流程較為簡單，超出系統(tǒng)范圍將無法傳輸視頻的信號，難以實現(xiàn)遠距離控制。在這種情況下值班人員必*值守避免突發(fā)情況造成企業(yè)損失。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性都較低，企業(yè)不得不在此基礎上增加值守人員。計算機網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)局面限制，電力企業(yè)應采用無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對變電站的實施、遠程、高*監(jiān)控，及時處理突發(fā)狀況提高生產(chǎn)效率。
1 無人值守變電站的發(fā)展歷史
影響變電站生產(chǎn)、運行效率的原因之一是監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，變電站難以實現(xiàn)對電網(wǎng)的遠程控制，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低，導致技術人員不能及時檢測電氣設備運行狀態(tài)，在故障出現(xiàn)時難以有*排除。由于穩(wěn)定性較差，監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤發(fā)信號和通訊中斷等現(xiàn)象。值班人員不能及時獲知電網(wǎng)的狀態(tài)。在變電站電力系統(tǒng)實際運行中，系統(tǒng)出現(xiàn)通訊中斷，現(xiàn)場一旦出現(xiàn)設備異常或跳閘事故，技術人員將不能及時獲取事故的報文信息，造成電力系統(tǒng)不能安全穩(wěn)定運行。隨著電力企業(yè)的飛速發(fā)展，社會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了更高的要求。在社會大眾的嚴格要求下，電網(wǎng)的生產(chǎn)、運行、管理、分配的高*性與穩(wěn)定性都需要無人值守系統(tǒng)實現(xiàn)。該系統(tǒng)利用網(wǎng)絡在線監(jiān)測對電力設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，實施獲取電網(wǎng)的運行參數(shù)并對參數(shù)進行檢測與自診斷，通過通訊網(wǎng)絡及時將異常信息與數(shù)據(jù)傳輸至電力主管部門系統(tǒng)。無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)避免了終端設備出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象，當發(fā)生跳閘事故，系統(tǒng)將及時把報文信息傳輸于電力主管部門系統(tǒng)，技術人員能及時對故障進行判斷，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了設備間通訊速率之間的匹配，確保網(wǎng)絡數(shù)據(jù)儲存器緩存不被逐步占據(jù)，避免進網(wǎng)絡數(shù)據(jù)發(fā)送失敗的風險。控制交換機在系統(tǒng)中的升溫范圍，避免過熱保護重啟引發(fā)的網(wǎng)絡通訊中斷。可以看出無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)不但能實現(xiàn)對電網(wǎng)的實施遠程控制，還避免了設備故障引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，因此在變電站的值守中將運用這一系統(tǒng)可提高管理工作的效率，降低電網(wǎng)安全事故帶來的損失。
2 采取無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的必要性
無人值守變電站網(wǎng)絡系統(tǒng)由電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡信息傳輸系統(tǒng)、管理中*軟件系統(tǒng)及遠程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。通過對路由器、交換機及多個監(jiān)控設備的連接，將監(jiān)控圖像由交換機和路由器上傳至遠程監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證遠程監(jiān)控的有*性，監(jiān)控系統(tǒng)可支持手機端登錄，以保證監(jiān)控工作能打破地點限制。通過SNMP協(xié)議對網(wǎng)絡監(jiān)控管理終端進行管理，電力設備通訊異常、過熱及中斷工作依靠系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的自診斷實現(xiàn)。異常數(shù)據(jù)將直接傳輸至電力主管部門系統(tǒng)或手機端。
3 無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
3.1電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)
變電站電網(wǎng)的穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)管理中至關重要的環(huán)節(jié)，技術人員必*對運輸、配送環(huán)節(jié)進行有*監(jiān)控。電網(wǎng)中涉及多種變壓設備、電力設備，設備的運行出現(xiàn)故障電網(wǎng)運行將被中斷。電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)對變壓器、線路等電力設備進行監(jiān)控。其功能在于：（1）在線監(jiān)測電力設備，系統(tǒng)在實際運行中及時采集設備運行參數(shù)，并對參數(shù)進行針管與判定，及時響應異常數(shù)據(jù)；（2）對設備現(xiàn)場環(huán)境進行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)安裝人員可在當下環(huán)境中確定相關設施的安裝，例如在變電站主控室和高低壓室中應安裝數(shù)字化攝像機。
3.2信息傳輸系統(tǒng)
信息傳輸是無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵所在，技術人員只有通過信息傳輸才能及時獲知信息檢測工作。信息傳輸系統(tǒng)對設備傳出的信息的指令進行控制并傳達，收集到的數(shù)據(jù)信息將被輸出至集控端，集控端負責對接收數(shù)據(jù)的分析，分析完畢后集控端將發(fā)出調(diào)控指令，設備響應指令并執(zhí)行。信息傳輸系統(tǒng)由無線的網(wǎng)絡、寬帶的網(wǎng)絡、個人用戶組成。這一系統(tǒng)讓變電站實現(xiàn)遠距離控制、遠距離接受和遠動通信數(shù)據(jù)的開入量等功能。
3.3管理中*軟件系統(tǒng)
隨著社會的進步，我國的社會生產(chǎn)力逐漸上升，而這離不開電力的支持。為了維持社會生產(chǎn)和居民生活，變電站在運行中電網(wǎng)將形成大量的數(shù)據(jù)，管理中*需要實時處理這些數(shù)據(jù)信息。為此變電站需要龐大管理中*軟件系統(tǒng)支持電網(wǎng)的運作，且該系統(tǒng)不但要滿足當下的電網(wǎng)要求，隨著社會的不斷發(fā)展，系統(tǒng)還需對今后更為龐大、復雜的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行計算、處理，這一工作具有一定的難度。在無人值守變電站網(wǎng)絡系統(tǒng)中，管理中*軟件系統(tǒng)的使用較為廣泛。管理中*軟件系統(tǒng)在變電站中起到大腦的作用，它能通過信息傳輸系統(tǒng)實時獲取電網(wǎng)中所有電力設施的運行數(shù)據(jù)，并及時進行分析。管理中*軟件系統(tǒng)的強大之處在于其運算、分析工作的高*性與性，通過對數(shù)據(jù)的快速計算處理進行運行信息的準確判斷，確保所下達指令的正確。管理中*軟件系統(tǒng)為變電站的運行保駕護航，實現(xiàn)實時監(jiān)測、處理、傳送的功能，提高了變電站管理的效率，實現(xiàn)變電站的智能化。
3.4遠程監(jiān)控系統(tǒng)
遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了工作人員對變電站的遠距離監(jiān)控，借助遠程監(jiān)控系統(tǒng)變電站可進一步減少值班人員，在降低人力成本的同時，提高了監(jiān)控效率，可以說遠程監(jiān)控系統(tǒng)是無人值守變電站網(wǎng)絡系統(tǒng)的直接表現(xiàn)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)需要將監(jiān)控、防盜、遠距離控制、自動報警和消防等系統(tǒng)結(jié)合在一起，從而將監(jiān)控的圖像遠距離傳輸至終端。為了進一步提高變電站的安全性能，在做到監(jiān)控的同時還需進一步加強報警、消防。當突發(fā)狀況發(fā)生時，若工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控信息時，系統(tǒng)的自動報警消防功能將采取緊急措施，降低變電站損失。遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過功能可劃分為前端的信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)以及遠程監(jiān)控子系統(tǒng)。前端信號采集處理子系統(tǒng)由報警信息采集裝置、音頻信息采集裝置等構(gòu)成。將這些裝置的設置于變電站內(nèi)部，可實現(xiàn)對變電站監(jiān)控信息的實時的檢測及報警等等。這些子系統(tǒng)的功能在于實時采集電氣量，電氣量是指在電力系統(tǒng)中的各種參數(shù)，比如電壓值，電流值、頻率、阻抗等等。對運行設備的電氣量進行監(jiān)測，當有異常數(shù)據(jù)時可對電網(wǎng)系統(tǒng)進行遙控，即閉鎖功能。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可支持PC端和手機端，PC端的監(jiān)控通過監(jiān)控中*PC機與線路配置連接實現(xiàn)，手機通過底層接口獲取網(wǎng)絡通訊，借助業(yè)務邏輯層登錄APP處理信息。
4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
4.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
4.2應用場所：
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實時監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
4.4.2報警處理
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。
2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。
3）開關事故跳閘到次數(shù)或開關拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。
4）報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
4.4.3調(diào)節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。
級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。
第四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。
原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構(gòu)的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。
3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
4.4.4用戶權限管理
系統(tǒng)設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5 系統(tǒng)硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | |
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理 | |
網(wǎng)關 | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GBSD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC220V，導軌式安裝。 | |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； | |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | |||
ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | ||
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 | |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； | |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； | |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； | |
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | ||
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） | |
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 | ||
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量 |
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； | |||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉(zhuǎn)等電機綜合保護； | ||
10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； | ||
35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
6 結(jié)語
總而言之，變電站為社會生產(chǎn)提供能源支持，其運行的穩(wěn)定性至關重要。無人值守變電站網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)打破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的限制，實現(xiàn)了對變電站的遠程監(jiān)視、防盜、消防、遠程控制和報警等功能。該系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值守，提高了監(jiān)控效率降低了監(jiān)控成本。
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