无人值班变电站.docx
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无人值班变电站
前言
我国的电网已经经过40多年的建设，取得了巨大的成就，形成了初步规模，为今后的发展奠定了良好的基础。
现在我国的电网已经步入了自动化的初始阶段，电网中已具有相当数量的计算机，装设了遥测、遥信、遥控、遥调设备，建立了管理信息系统，使用了重合器、配电开关等自动化元件，运行着一定数量的无人值班变电站，这将会成为未来电力系统发展的必然。
本文对无人值班变电站进行了简要的介绍，对传统无人值班变电站监控系统存在的问题进行了阐述，并针对存在的问题提出了一些自己的看法；简要介绍了无人值班变电站遥视系统的发展、用途、功能、选型等问题。
本文共分六章：
第一章介绍了电力工业的现况；第二章介绍了无人值班变电站的规划及无人值班变电站综合自动化监控系统，并对传统的监控系统所存在的问题进行了阐述，提出了解决方案；第三章介绍了无人值班变电站遥视系统的组成、用途、功能、设计思想、以及选型问题，并介绍了遥视系统在电力生产中的实际应用；第四章对遥视系统的发展前景进行了展望；第五章外文翻译；第六章为参考文献。
在编写本文的过程中，曾参考和使用了部分文献和技术资料，在此向有关作者表示衷心的感谢。
由于本人水平有限，文中难免存在缺点和错误，恳切希望指导老师给予批评指正。
张朋飞
2003．6
前言1
目录2
第一章：
绪论3
第二章：
无人值班变电站的介绍4
第一节：
无人值班变电站的规划5
第二节：
无人值班变电站综合自动化监控系统6
第三节：
传统无人值班变电站监控系统的不足及解决方案8
第三章：
无人值班变电站遥视系统9
第一节：
无人值班变电站遥视系统的发展及实现的必要性10
第二节：
无人值班变电站遥视系统的用途和功能11
第三节：
无人值班变电站遥视系统的设计思想及基本原理13
第四节：
无人值班变电站遥视系统的组成15
第五节：
无人值班变电站遥视系统的通讯方案24
第六节：
无人值班变电站遥视系统的选型问题26
第七节：
无人值班变电站遥视系统的具体应用30
第四章：
展望34
第五章：
外文翻译35
变电站35
第六章：
参考文献40
附图41
第一章绪论
随着电力工业的不断发展，电力网络规模在不断的扩大，设备日益更新，网络结构也日趋复杂。
通过近几年的电力网络改造，目前全国电力通信网的传输网已基本形成以数字微波、光纤干线为主网架，电力线载波并存的混合型网络。
电力通信已不仅仅为电力调度、自动化、防汛指挥服务，同时还为生产管理、基础建设、办公室自动化提供有利的支持，尤其为一些新维护手段的采用提供了物质上的保障。
电力通信系统已成为电力生产指挥和管理的重要支柱。
随着电力部门网络的全面改造，各变电站要求采用高科技技术手段实施“五遥”（遥测、遥信、遥控、遥调、遥视）监控以实现少人、无人值守，以提高生产效益。
在电力调度中心建立监控中心，能够对各个变电站、通讯站的有关数据、环境参量、图象进行监控和监视，能够实时、直接地了解和掌握各个变电站、通讯站的情况，并及时对发生的情况做出反应。
目前，各个电业局都设立了运行管理值班室及调度部门，各种运行管理联系是松散的，这种方式已不能满足通信网发展的需要。
要跟上网络发展步伐，必须在健全和完善电力网络的同时，建立变电站的远程图象监控及信息管理系统即遥视系统。
随着无人值班变电站技术改造的不断发展，电力系统自动化程度已有了很大提高，已实现了对远方变电站遥测、遥信、遥控、遥调即四遥功能。
远程图像监控及信息管理系统即遥视系统是对四遥的进一步补充，它能监视并记录变电站的安全以及设备的运行情况，监测电力设备发热程度，及时发现、处理事故情况，有助于提高电力系统自动化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有关图像资料。
同时它还具有防火、防盗等功能。
因此越来越多的电业局把远程图像监控系统作为自动化变电站管理的新手段。
遥视系统的发展经历了三个阶段：
模拟图象监控、数字化图象监控、网络化多媒体监控。
新的遥视系统将具备以下特点：
1、以各种通信网络与多媒体监控终端为基础，采用网络化的管理手段，使数据、报文、图表、视频等多种信息交互使用。
2、独特的地图化现场监控管理，使监控更加身临其境。
3、人工智能图象报警，可以在任意现场画面中对任何物体设防。
4、与传统的报警控制系统实现无缝连接。
5、多媒体信息，尤其是影音信息，可以用硬盘、光盘等按随机方式记录，方便检索回放。
6、适应各种通信网络和传输链路，使监控走向更广领域的范围，不受地理条件的限制。
7、对各种信息的交流更加合理、方便、人机界面更加友好。
8、自动化、智能化的管理与控制，更省时、省力、准确、客观。
9、系统建设更加灵活、方便、快捷。
第二章无人值班变电站的介绍
我国从60年代开始对无人值班电站进行试点工作，80年代开始推广，现在城网和农网中已有相当数量不同电压等级的变电站实现了无人值班。
建设无人值班变电站的目的是节约变电站的占地面积，减少常规变电站建设中的配套设备、辅助设施方面的大量投资和高额的运行维护费用，增加企业的经济效益。
另一方面，无人值班变电站是在现代技术支持下工作的，现在农网的生产方式，虽由调度统一指挥，但基本上是依靠运行人员的经验，而命令执行的。
它的适时性、准确性都是无法控制和保证的，实际上是一种粗放式的经营方式。
变电站实行无人值班后，实行自动化管理，具有工况优化软件和专家系统支持其运行业务，是集约化、智能化的管理方式，必然使电网运行的可靠性和经济性有显著提高。
第一节无人值班变电站的规划
随着电网的迅速发展和运行管理需求的增强，调度自动化设备的技术水平和运行稳定性的不断提高，我国各省、市的电业局已经投运了一批无人值班变电站，根据电网当前的发展形势，今后无人值班变电站将会成批的出现，为此电力部于1995年在烟台举行了“变电站无人值班研讨会”并发布了会议《纪要》，《纪要》中明确指出：
做好变电站的规划是顺利实现无人值班变电站的基础。
《纪要》对实施变电站无人值班的基本要求是：
（1）实施变电站无人值班，应进行可行性分析，要有技术和组织上的可靠保证；要有经济效益；能提高变电站安全运行和提高供电可靠性；能有效的减少运行人员。
（2）必须制定规划，统一组织，逐步实施，讲求实效。
（3）首先适宜于辐射状运行的变电站，包括220KV终端变电站
规划无人值班变电站的总体方针应该遵照这些基本要求，进行统筹规划。
具体的规划内容有：
（1）遥控量。
主变各侧开关、中心点接地刀闸、所有进出线开关、有载调压开关、直流屏遥控、重要压板投切遥控。
（2）遥信量。
遥信量包括开关位置信号、主变压器中点刀闸位置信号、有载调压档信号、接地刀闸位置信号、保护动作信号、熔断器监视信号、运行异常信号、重合闸动作信号。
（3）遥测量。
包括：
主变、线路的电流，电压、有、无功功率，母线电压，相电压，零序电压，直流母线电压，所有变压器低压侧电压等。
（4）调度端：
由于目前生产自动化系统的厂家很多，因此，在设备选型时该考虑：
1>应该选用国内先进系列的产品。
2>采用分布式网络结构。
3〉接口应满足CDT、Polling两种规约。
（5）厂站端：
1〉RTU型号最好统一，有利于维护。
2〉有良好的工作可靠性和较短的控制时间，有较高的传输速率和较强的处理能力。
3〉采样方式应具有交、直流和脉冲多种方式。
（6）通道：
1〉设主备通道，自动切换；2〉应考虑扩频通信和一点多址小微波通信；3〉重要的变电站可选择光纤通道。
第二节无人值班变电站综合自动化监控系统
一、无人值班变电站的监控方式
从全国开发无人值班变电站的监控方式来看，大体有三种类型：
（1）集控站“操作队”监控方式。
这种监控方式，是由“操作队”完成定期或不定期的操作和检修，当发生故障时，变电站向集控站发出召唤信号。
这种变电站采用常规的二次接线和继电保护装置，倒闸操作不频繁，负荷稳定。
（2）集控站或相应调度所集中管理。
变电站采用常规二次接线和继电保护装置，但其操作比较频繁。
该操作由调度所经RTU实现遥控。
（3）相应的调度所或集控站实现遥控，但变电站内采用包括远动、微机监控、微机保护的综合自动化系统。
已建成的变电站改造为无人值班，通常采用第一、二种方案，对新建的变电站应考虑采用第三种方案。
因为采用综合自动化方案，其性能价格比最高，可用性最好。
因为综合制动化系统与常规变电站中RTU和二次线监控设施不同之处在于：
全国采用微机技术的基础上，对常规变电站内分散的所有二次设备，包括各种继电保护装置；控制与信号；测量与记录；远动装置实现统一设计。
二、综合自动化系统方案
1、分布式电缆连接结构
这种结构的特点是：
将数据采集、测控单元和保护单元，就地装在主变及断路器等主设备柜内及其它一次设备附近，将它们通过电缆或光缆连入主机网络，从而形成综合自动化系统,其框图如下图所示：
2、分布式集中屏式结构
将数据采集，状态采集，控制输出，保护分别集中于屏内，由集中屏与主机联网,其框图如下图所示：
第三节传统无人值班变电站监控系统的不足及解决方案
一、传统监控系统存在的问题
传统监控系统由于呈现规模小、控制任务相对简单等特点，在系统设计方法方面，采用一种自顶向下的设计方法，即面向功能（结构化）的设计方法；在软件体系结构方面，采用集中式的结构或客户/服务器C/S的结构；在系统的可靠性方面，采用冗余备用方式。
这些技术在一定程度上满足了监控系统的基本要求。
然而，随着控制领域中呈现的新需求，这些技术将逐渐不适应。
下面分别阐述传统监控系统技术的不足之处。
1、在系统结构方面
目前广泛采用的是集中式结构和C/S结构。
对于大规模监控系统，集中式体系结构不能满足系统动态变化和扩展的要求。
集中式监控系统软件之间的耦合程度高，系统难于扩展，软件依赖于硬件平台，不能实现资源重用。
基于C/S结构的监控系统，实现了人机接口、通信、数据处理等功能在网络上的分布，虽然在一定程度上降低了系统的复杂程度、改善了系统的性能，但系统中C/S之间的通信协议（应用层协议）又依赖于不同的厂家，不同厂家开发的软件或硬件难于实现集成。
此外，C/S结构还存在系统负荷和过于集中在服务器方的问题。
随着系统规模的扩大、信息量的增多，必然会加大服务器的负担。
严重情况下，会发生由于某时间段对服务器的访问骤增，而服务器响应不及，就会影响整个生产过程。
因此，传统的集中式系统结构和C/S结构已不能处理由于系统大规模的发展和广域分布所带来的复杂性问题。
2、在系统设计方法方面
传统的结构化设计和面向对象设计方法都采用由顶向下的思路，这些方法是假定在设计阶段系统的结构、规模和功能是确定的。
而对于大规模系统，不可能在设计阶段就一次性将各个部分、各个环节都考虑周全，即使能做到这一点，当系统的一部分改变时，整个系统都将重新设计，这必然会给生产者造成极大的经济损失。
因此，由顶向下的设计方法不能适应快速变化的环境。
3、在系统容错方面
目前的双机或多机冗余备用技术本质上是一种防错技术。
在实际应用中，存在着成本高、可靠性低等问题。
因此研究开发低成本的容错技术，如组件级（分支系统级）、模块级、软件级、等容错技术，是非常必要的。
4、在软件技术组件方面
软件组件技术实质上是软件组件之间相互操作和通信的“软件总线”标准。
目前，有DCOM，CORBA，JAVA等规范。
基于DCOM的OPC标准和基于CORBA的IIOP引擎技术在监控系统中得到一定范围的应用。
由于CORBA，DCOM基于C/S模式且很难操作，从通信模式上，又都基于Request/Reply模式，实际应用中，需要解决它们的实时性等问题，因此这些组件技术都不适应监控系统的要求。
5、在系统集成技术方面
传统的系统集成时通过标准协议和组件技术实现的。
虽然通过垂直抽象的集成能实现更高层的同构，协议、平台和语言的异构性能被统一，却要损失系统的自律性。
如何在保护体统的自律性的前提下，实现增值集成尚待解决。
二、解决方案
签于以上问题，用ADS系统（自律分散系统）的概念组建新型的监控系统可以解决上述的问题。
ADS是近几年才发展的一个概念，它打破了传统的集中式或分布式系统的C/S体系模型，提出一种新型的系统框架。
ADS具有自律可控和自律可协调两大特性。
自律性是自我控制或调节能力的大小，主要包括系统的自律性、设计、通信、管理、执行的自律性等。
利用这种系统概念组建的系统可以较好的保证了在线扩展、在线维护及容错，这些特点与不断发展变化的监控系统的要求非常吻合，基本满足了控制领域中呈现的新需求。
第三章无人值班变电站遥视系统
本章叙述了遥视系统在电力变电站综合自动化系统中的发展和应用，提出了研制遥视系统的设计思想，分析了遥视系统的组成及其功能特点，对视频图象传输的几种方案进行了对比，简要介绍了遥视系统在无人值班变电站的设计和应用。
第一节无人值班变电站遥视系统的发展及实现的必要性
一、变电站遥视系统的发展
近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的自动化技术也在不断进步。
目前很多变电站，特别是110KVA以下变电站已逐步实现无人值班或值守。
对于变电站，除了常规的自动化系统之外，遥视系统已逐步成为无人值班变电站新增的而且是一个十分必要的自动化项目，是其他自动化手段不可替代的。
各地近期进行了一些变电站遥视项目的试点工作，虽然这部分变电站实现了“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）和无人值班（其实是无人值班，有人值守模式），调度值班人员在远方控制中心即可能对变电站的各类电气参数进行监视，对断路器与电动刀闸进行控制。
但是，由于四遥不涉及变电站环境（如防盗、防火、防爆、防渍、防水汽泄漏等）的监控内容，人们对这种“无人值班”心存疑虑。
随着多媒体技术、计算机通信技术的不断成熟，数字视频技术的日益完善，现代数据传输技术的发展，使得数据传输速率和带宽不断向上突破，为视频监控技术的研制提供了必需的基础。
因此，远程图像控制与信息管理即遥视系统的研究课题，被列入了议事日程。
为了适应电力系统综合自动化的发展，更加全面、直观、及时、真实地了解远方无人值守变电站现场的实际情况，远程图像监控就成为无人值守变电站的监控管理手段之一。
变电站的遥视系统，就是通过前端高性能的摄像机和监控矩阵，将现场的图像采集到前置机，再通过视频信号的远程传输，组成一个动态的远程视频监控系统，将无人值守变电站的现场情况实时地传送到几公里甚至几十公里外的控制中心，使控制中心能够及时准确地了解和掌握现场的情况，并及时地采取相应的措施对各种情况进行操作控制，真正做到变电站的无人值守。
变电站遥视系统解决了变电站现场的可视化及环境监控问题，是对“四遥”功能的有益补充，为实现“无人值班，无人职守”提供了可靠的保证。
遥视系统的推广应用对提高变电站运行的安全性、可靠性，提高运行和管理的科学性，提高经济效益，促进管理工作的现代化有着现实意义和历史意义。
变电站遥视系统的发展主要经历了以下几个阶段：
第一代模拟图象监控系统，即工业电视系统；
第二代数字图象监控系统；
第三代基于网络的综合系统。
二、实现变电站遥视必要性
常规意义上的三遥或四遥系统，是调度自动化的主要内容；它们是实现变电站无人值班或值守的必要条件。
但仅仅依靠调度自动化现有的技术手段，实现变电站的无人值班或值守是不完善的，这是因为变电站是电力生产的重点场所，安全性要求非常高，为了保证变电站的安全生产，应对环境状况、设备运行、文明生产等各类情况加以监视。
特别是要防范火灾、爆炸、泄露、失窃以及恶意破坏等，对安全生产构成极大威胁的情况加以监视。
只有这样，才能切实提高实行无人值班或值守之后的变电站的安全水平。
遥视系统是以视频监控为核心的环境监控系统，它可以包含各类报警信号（如红外、运动、门磁、声音、震动、微波、温度、湿度等），经中央单元的处理，进行视频录象，并联动各类行动输出（如警号、锁具、消防设备等），经过进一步开发，目前已经较好地应用于无人值班变电站。
对于常规的视频监控系统或者叫工业电视系统，不具备上述功能，使得它不适用于变电站的遥视监控；此外，它的信号传输范围有限（通常为一公里范围内），并且需要有专人负责操作和管理；而变电站数量多、分布广，每个变电站安装一套工业电视系统并安排专人值守有悖于无人值守的初衷。
因此，将一个地区的数个甚至是几十个变电站，通过网络远程遥视手段统一管理起来，建立一个集中式的遥视系统是解决变电站视频监控的合理方法。
第二节无人值班变电站遥视系统的用途和功能
一、变电站遥视系统的主要用途
变电站遥视系统的主要用途，即用于安全防范、环境状况和对付自然灾害等。
此外，将遥视系统用于无人值班或值守的变电站还有一个用途：
就是对变电站存在大量的常规表计和室内外设备，在调度或集控站端对其进行直观监视。
过去由于没有可视手段，对于表计的读数以及设备外观状况无法进行观测、比较以及校验。
有了遥视系统，上述工作将成为可能。
这些都有助于无人值班变电站的安全生产工作。
另外，对于变电站的设备检修工作或事故处理过程，遥视系统还可以提供录象记录手段，为事后分析事故原因和事故处理过程，提供可靠的依据。
对于每一次大型的设备检修标准化作业，其过程都是一部很好的生产培训资料。
有了变电站网络远程遥视系统，培训工作可以在任何一个远程终端实时收看以及进行研讨，增强了生产培训效果，提高培训工作效率。
二、变电站遥视系统的主要功能
变电站的遥视系统，实际上是一个以多媒体技术为核心，涵盖了工业控制、通讯、计算机网络技术的较为复杂的综合自动化系统。
它主要完成对变电站环境空间的安全防范监控，可以对必要生产设备实现可视化管理甚至校验。
同时具备集中性和远程性（即一个监控中心至少可以同时管理十几个甚至上百个变电站，并且不受距离的限制）。
变电站遥视系统的基本功能分为以下几个部分：
无人值班变电站远程图像监控系统主要用于监视设备的运行情况，同时达到防火、防盗的要求。
由于电力系统设备过热是一不容忽视的现象，因此图像监控系统还应具有设备过热检测等功能。
一般图像监控系统应具备如下基本功能：
1、图像监视监听功能。
在监控主站上能灵活、方便、清晰、实时地监视任一路摄像机的画面，并对其云台和镜头进行控制，还能对现场进行监听；
2、灯光控制功能；
3、安防和消防报警功能；
4、数字录像功能；
5、摄像机预置功能。
如果一台摄像机需要监视多个目标点，带预置功能的一体化摄像机是一种很好的选择，它能预置多个监视位置的云台和镜头参数，使用时，能方便快速地转到相应预置点，并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度；
6、警视连动功能。
在发生报警时，监控主机上的图像应能自动切换到相应的摄像机，有预置功能的摄像机还能自动转到预置点，同时自动启动数字录像；
7、超温检测功能。
图像监控系统应配备金属热感探测器或专用红外测温装置，能自动地进行超温检测和报警；
8、系统管理和记录功能。
包括优先等级和使用权限的设置，用户操作的记录，控制权的自动协商等。
以上是一般变电站图像监控系统即遥视系统应具备的基本功能，此外，为了使遥视系统能更好地发挥作用，还可具备如下一些功能：
1、与一些电力控制设备互连，记录和上报这些设备的运行情况；
2、计算机网络系统（MIS网）互连，使位于网络上的相关科室的计算机也能用作监控主机，有利于领导及时了解、监督和指挥现场工作；
3、多路分屏实时监视。
系统能在一台监视器屏幕或电视墙上同时实时显示多路来自不同变电站的图像；
4、监视功能。
多个监控终端能同时监控同一或不同前端；
5、确保变电站火灾报警的可靠性，烟雾报警应能与RTU互为备用；
6、兼有会议电视或可视电话功能。
第三节无人值班变电站遥视系统的设计思想及基本原理
一、设计思想
无人值班变电站遥视系统主要是把变电站现场的监视图像、声音、报警信号和各种设备的数据进行采集处理，采用先进的图像编解码压缩技术和传输技术，集设备监控、图像采集、闭路监视、图像监视、预报联动和视频图像等功能于一体的综合自动化系统。
研制该系统时，应充分考虑用户的具体要求和当地的具体情况，建立在高起点的技术之上，按无人值班或无人职守方案进行设计
首先，系统应能满足无人值班或无人职守变电站的要求，具有高度的可靠性和工作的连续性，可以24h连续监控数十个变电站。
其次，系统应具有多画面视窗，1～16个画面任意分割方式；图像清晰，画面流畅，彻底杜绝马赛克、图像边沿锯齿及拖动现象；在保证高品质画面的同时，降低传输码流，实现了真正的海量存储。
再者，系统应提供透明通道，满足多种高、低速通信通道。
二、基本原理
远程图像监控系统即遥视系统是视频多媒体通信的一种类型，它可实时摄取远方变电所户内、户外以及其它地方的动态图像，并将摄取的图像信号进行数字化、压缩、编码，然后通过传输网络，实时地传输到调度监控中心。
在调度监控中心，从传输设备上提取的信号经过解码处理后的图像信号送至监视器。
在变电所（编码端），摄像机所摄取的模拟视频信号经过一个四选一切换器到视频编码器----VIDEODECODER，它的功能是把模拟视频信号转换成CCIR601标准所规定的4:
2:
2的数字图像格式。
数字图像信号再经过一个PAL/NTSC制式到CIF格式的转换器，使其转换成H.261标准所规定的CIF格式。
CIF图像经过H.261编码器后进入到H.261视频成帧器，时序控制电路把修正的2M时钟送给H.261视频成帧器，成帧器输出H.261的编码数据通过总线送到E1成帧器上，形成E1接口输出到传输设备上，经传输网络将实时图像输送到调度监控中心。
在调度监控中心（解码端），从E1成帧器下来的数据通过时序调整电路把时钟和数据送给H.261视频解帧器，当接收无误时，数据被H.261解码器接收，经过解码后送给CIF到PAL/NTSC的转换，再经过一个视频解码器----VIDEOCODER把数字图像信号变成模拟视频信号输出到监视器。
第四节无人值班变电站遥视系统的组成
遥视系统由多个远程现场和一个监控中心组成，在远程现场和监控中心之间有PCM2M通讯线路连接。
在每个现场均有若干摄像机。
摄像机的镜头、云台可控，并可加若干传感器、警灯、警号等外围设备。
在监控中心可以任意监视各个现场，并收集各现场的报警信息。
监控中心由中心机房内部的多媒体监控主机和机房以外的网络分控计算机组成。
系统可以随时方便、即时地检索、回收记录存贮的图像，如可按时间、地点（镜头）或图像文件进行检索和回放。
回放图像稳定、清晰，可反复读写，不存在传统监控系统中所存在的录像带的信号衰减和磨损问题。
一、遥视系统的一般组成
遥视系统一般由下面几大部分构成：
1、报警信号收集部分
2、图像信号采集部分
3、输出控制系统
4、报警视频图像处理系统
5、信号传输系统
6、报警及图像接收及远距离摇控系统
如下图所示：
1、报警信号收集部分
由防盗报警探头、紧急按钮、防火探头、门磁开关、周界防犯、环境监测等设备组成，完成报警信息的采集及系统布防／撤防等。
告警探头用以探测环境参数并把它们转换成电信号。
根据现场需要可以配置多种告警探头以满足各种监测的需要，如红外、烟雾、闯入等。
多媒体监控矩阵和前置机可将告警探头传来的电信号收集起来并上传至监控中心。
监控中心在控制工作站上下达控制命令，命令通过网络传送到前置机后，再由前置机传送给监控矩阵，实现视频切换和各种控制。
2、图像信号采集部分
由各种彩色摄像机和矩阵切换器等组成，完成现场图像的采集。
图像采集及现场监控部分的主要功能是将摄像机所采集的图象经过监控矩阵的多选一到达前置机，前置机对视频信号采集和编码压缩后，通过10BaseT/G.703转换器，将信号送入通信链路传向监控中心，实现监控中心对远端的实时监控，同时还能将远
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