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220kV线路保护

概述:

1、220kV电网必需满足四性要求(可靠性、速动性、选择性、灵敏性)。

可靠性由保护合理配置、本身的技术、正常运行来保证;速动性由高频、相间和接地的保护速断来保证;选择性和灵敏度由保护整定及快速切除故障来实现。

2、220kV系统不允许无保护运行;两套直流回路相互独立;线路保护双重化,跳圈双重化,线路应采用近后备保护方式,配断路器失灵保护。

近后备是指当主保护拒动时,由该线路的另一套保护实现后备的保护;或当断路器拒动时,由断路失灵保护来实现的后备保护。

3、对于配置两套全线速动保护的线路旁路代出线时,至少应保证有一套全线速动保护在运行。

4、以汊河变汊盘线保护配置为例,说明220kV线路保护的典型配置

5、汊盘线保护及开关配置情况:

PSL602+RCS931+PSL631+CZX-12R+GXC-01+3AQ1EE

6、采用开关本体防跳,采用开关本体三相不一致功能,操作箱防跳短接、631保护三相不一致停用(压板不投,保护控制字置0)。

7、除液压压力低闭锁重合闸接点之外,其它闭锁分合闸接点均采用开关本体压力接点,操作箱相关压力接点短接

8、220kV联络线重合闸时间是指由重合闸启动开始记时,到合闸脉冲发出为止这一段时间,该时间不含断路器合闸时间。

当线路高频(纵联)保护全停,重合闸停。

线路采用双微机保护,为简化保护与重合闸的配合方式,只启用602保护重合闸(两套微机保护均启动该重合闸实现重合闸功能),931重合闸不用

9、2公里及以下线路(对任何型号导线)微机保护其距离Ⅰ段和接地距离Ⅰ段停用。

PSL-602保护对于5公里及以下线路(对任何型号导线)快速距离Ⅰ段停用。

于是

其他保护动作发信是在母差保护动作时发信,以便加速对侧的高频保护。

本装置内其他保护如后备保护动作时,由本保护动作发信回路发信。

同一线路如果还配有另外一套线路保护装置,一套线路保护的动作信号一般可以不接入另外一套线路保护的其他保护动作发信回路,以便减少两套独立保护间的功能交叉并便于动作分析。

为了接线方便,一般采用操作回路中的三相跳闸继电器TJR接点起动。

其他保护动作信号通过时间元件T23、H4、H2实现发信。

其他保护动作信号返回后,经T23元件120ms秒撤回发信,以保证对侧纵联保护能可靠跳闸。

图三

3、本保护动作发信:

本保护动作发信逻辑框图如图四所示:

本保护动作发信回路的作用:

a)本保护装置的后备保护动作(如距离一段动作)而纵联保护正方向元件没有动作,比如线路正向出口和反向出口故障同时存在,距离一段能够动作,而纵联保护的正方向元件可能会被反向元件闭锁而不发信。

在这种情况下需要本保护动作信号去发信,加速对侧纵联保护的动作。

b)在线路上发生区内故障,对侧的纵联保护灵敏度不够,只有在本侧保护跳开后,对侧的纵联保护正方向元件才能相继动作,此时需要本侧的本保护动作发信延时120毫秒返回,以保证对侧能够可靠地相继动作。

本保护动作跳闸信号经H30、H4、H7使保护发信;本保护动作跳闸信号返回后的120毫秒之内,通过T21继续发信,以保证对侧保护有可靠的动作跳闸时间。

在此段时间内,若反方向元件动作,则通过Y8马上禁止这120毫秒时间的发信回路,以防止此时转换为反向故障本侧仍然发信。

图四

4、三跳位置发信:

三跳位置发信逻辑框图如图五所示。

三跳位置是指三相跳闸位置继电器都动作并且三相电流均无流,简称三跳位置。

三跳位置发信的作用是在断路器断开的情况下,收到对侧允许信号就发信。

当本侧手动充电合闸于故障线路时,如果对侧的允许式纵联保护装置未被处于断开状态的断路器三跳位置控制于发信状态,就可能使本侧的允许式纵联保护无法动作切除故障线路。

为了防止对侧断路器处于合闸状态,本侧手动合闸或重合闸时,由于断路器三相不同时合闸,对侧的某种正方向元件会瞬时发信,而本侧三相跳闸位置继电器还没有来得及返回而处于发信状态,会引起对侧允许式纵联保护误动作。

因此,在本侧合闸时,由三相均无流开放三相跳闸位置继电器发信(本侧断路器和电流互感器之间故障由其他保护动作发信和对侧配合,而不由三跳位置发信)。

在有收信情况下,三跳位置信号通过门Y6、H4、H7使保护一直发信,保证了对侧保护合于故障时纵联保护能动作跳闸。

图五

三、功率倒向的处理措施

如图六所示系统接线,保护装在甲线的1侧和2侧,如果图示短路点发生故障(乙线靠近4侧),甲线上故障电流由M侧流向N侧,1侧的正方向元件动作并发信,2侧的反方向元件动作不发信;当乙线保护动作,4侧断开而3侧还没有断开时,甲线上故障功率由N侧流向M侧,故障功率方向和4侧没有断开前的方向是相反的,故称此现象叫功率倒向。

此时,可能1侧的反方向元件动作,2侧的正方向元件动作,如果2侧发信的速度快于1侧停信,则2侧可能瞬间出现正方向元件动作同时还能有收信输入的情况,2侧的纵联保护可能因此而误动作。

所以在功率倒向时纵联保护可能会误动作,需要采取特殊措施来防止这种误动情况的发生。

实际系统中功率倒向的情况经常出现,因此导致的误动也时有发生。

图六

纵联保护对于功率倒向的处理措施分两个方面,一是发生功率倒向现象时如何判断出来,二是判断出功率倒向后如何增加延时来防止误动。

判断功率倒向方法是通过反向元件动作转为正向元件动作来判断,原理是:

在发生区外故障时,如果远故障侧的正方向元件动作,那么近故障侧的反方向元件一定能够动作,因为从保护原理上要求近故障侧的反方向元件比远故障侧的正方向元件更灵敏,区外故障切除出现功率倒向时,近故障侧的反方向元件才返回。

因此可以用反向元件动作来判断功率倒向。

这种功率倒向判断方法优点:

a)即便新型的断路器动作越来越快,在30ms内切除故障,反向元件在故障后10毫秒动作再确认10毫秒,在故障20ms左右就能判出可能出现功率倒向;b)在非全相运行时或扰动引起保护起动,然后再发生故障等没有功率倒向的情况下,不会因为功率倒向逻辑额外增加纵联保护的动作延时。

在判断出功率倒向后,可采用延时发信方式,来延时跳闸

图七为利用反方向元件判断,延时发信的功率倒向处理示意图

图七

弱馈保护:

当发生区内故障时,某一端纵联保护的所有正方向元件灵敏度都不够时,线路的该端可称为弱馈侧,需投入弱馈保护。

如果是联络线,该功能不用。

距离保护:

工作原理:

距离保护就是反映故障点至保护安装处之间的距离,并根据该距离的大小确定动作时限的一种保护。

当故障点距离保护安装处越近时,保护感受到的距离越小,保护动作的时限就越短;反之,当故障点距保护安装处越远时,保护装置感受的距离就越大,保护的动作时限就越长。

PSL602距离保护由三段相间距离、三段接地距离及快速距离I段构成。

相间距离主要反映相间短路故障,接地距离主要反映接地故障。

距离保护采用四边形阻抗特性,有较高的保护弧光电阻能力。

距离保护动作逻辑说明:

(见说明书距离保护逻辑方框图)

1、相关控制字投退说明:

控制字1第0位“距离I段”投;

第1位“距离II、III段”投;

第2位“振荡闭锁功能”投;

第3位“重合加速II段”投;

第4位“重合加速III段”退;

第6位“距离III段永跳”投;

第7位“距离II段永跳”退;

第8位“相间故障永跳”投;

第9位“三相故障永跳”投;

第10位“非全相再故障永跳”投;

控制字2第11位“PT断线相过流”投;

控制字3第15位“快速距离I段”退。

2、接地距离I段动作后经T2延时由或门H4、H2至选相元件控制的回路跳闸;跳闸脉冲由跳闸相过流元件自保持,直到跳闸相电流元件返回才收回跳闸脉冲。

相间距离I段动作后经T3延时由或门H7、H14、H22、H21永跳。

距离I、II段分别经与门Y7、Y8、Y9、Y10由振荡闭锁元件控制。

3、当选相元件拒动时,H2的输出经Y19、H23、T8、H24、H19进行三相跳闸;

4、距离II段区内故障时,保护动作情况与I段区内故障只是动作时限不同,其他均相同。

III段保护区内故障时,动作情况与II段保护区内故障时相同。

但距离III段不受振荡闭锁控制。

5、快速距离I段在线路长度小于5kM时退出,投退由控制字控制。

6、非全相运行时,健全相发生短路故障,振荡闭锁元件开放,保护区内发生故障时,H4或H7动作,H5的输出经Y12、H20、H21永跳。

7、手合或重合于故障线路,H25的输出经Y21、H22、H21永跳;合闸加速脉冲固定为3秒,在重合加速脉冲期间,可以瞬时加速不经振荡闭锁的带偏移特性的阻抗II段;在手和加速脉冲期间,瞬时加速带偏移特性的阻抗III段

8、PT断线时,退出距离保护,但保留重合加速的距离II段永跳。

投入PT断线相过流保护,保护动作后经整定延时(1.5秒)由与门Y6、H2至选相元件控制的回路跳闸或由或门H5、Y11、KG1.9、H20、H21进行永跳。

零序方向电流保护:

工作原理:

零序方向电流保护是反应线路发生接地故障时零序电流分量大小和方向的多段式电流方向保护装置,零序方向电流保护设有四段及加速段,均可由控制字来选择是否带方向元件,还设有控制字投退的PT断线时投入的零序保护(该保护不受压板控制)。

保护设有零序I段、零序II段和零序总压板,零序I段或II段投停可由该压板单独控制,一般情况下零序I段保护不投;零序总压板退出时,零序保护各段都退出。

零序I段、II段可由控制字设定为不灵敏段或者灵敏段

零序保护动作逻辑说明:

(见说明书零序保护逻辑方框图)

1、相关控制字投退说明:

控制字2第0位“零序I段带方向”投;

第1位“零序II段带方向”投;

第2位“零序III段带方向”投;

第3位“零序Ⅳ段带方向”投;

第4位“零序加速段带方向”投;

第5位“零序I段为灵敏段”退;

第6位“零序I段为灵敏段”退;

第7位“零序III永跳”退;

第8位“零序Ⅳ段永跳”投;

第9位“PT断线零序方向”投;

第10位“PT断线零序段”投;

第13位“零序II段永跳”退。

控制字3第1位“零序Ⅳ段永跳”退;

2、零序方向过流II段、III段为零序选跳;零序方向过流Ⅳ段为零序永跳。

3、PT断线时,零序功率方向经与门Y1被闭锁,且控制字“PT断线零序功率方向”投入,则Y9无输入,H1无输出,从而零序电流各段被闭锁。

保证在此期间发生反向故障,带方向的零序电流保护不会误动。

4、非全相运行过程中,零序方向电流III段被闭锁,Ⅳ段不闭锁;Ⅳ段动作时限要求躲过非全相运行周期与加速保护动作时间之和。

在非全相运行及重合闸过程中,I段、II段自动投入;在全相运行时零序I段及II段退出。

5、手动合闸或自动重合时,零序加速段由与门Y8实现。

6、零序总投压板控制零序各段的投退,零序I段投及零序II段投压板分别控制零序I段保护和零序II段保护的投退。

7、零序电压3U0由保护自动求和完成。

631部分

“631”断路器保护包括断路器失灵启动、三相不一致保护、充电保护及过流保护等保护功能:

充电及过流保护:

充电保护只在手合时保护自动投入(保证线路重合闸时充电保护可靠不投入),并且只开放10秒。

手合状态由保护通过开关位置接点来自动判断:

三个分相TWJ均动作且无流并超过30秒后,如果任一TWJ返回或者线路有流,则判断为手合。

过流保护由“过流保护投入”压板手动控制投入,有独立电流定值及动作时限。

充电保护及过流保护的逻辑说明:

(见说明书充电及过流保护逻辑方框图)

1、充电保护和过流保护均为带时限的无方向电流保护,且动作时限及定值相互独立。

2、当任一相电流大于充电保护(过流保护)电流定值时,经整定延时后充电保护(过流保护)出口跳闸,其中充电保护投入10秒后,保护自动复归。

3、充电保护的投退由控制字控制,过流保护的投退由“过流保护”压板控制。

失灵启动:

失灵启动的逻辑完全由软机实现,无需组屏进行连接,装置最后提供两福启动失灵接点。

保护模拟A相、B相、C相、三相四个电流继电器,采用按相接线,“602”保护、“931”保护跳闸出口启动失灵接点及操作箱三跳接点直接连至本装置,和相应的电流继电器接点串联输出。

为增加启动失灵的可靠性,采用两种措施:

a、设置零序启动元件及突变量启动元件来开放失灵启动继电器的负电源;b、防止某一副接点粘死,启动失灵采用两个不同继电器的两副接地串联输出。

失灵保护的逻辑说明:

(见说明书失灵启动逻辑图)

1、当“631”保护启动元件启动后,若任一相或三相电流大于失灵启动电流整定值且有外部失灵启动开入,与门1、2、3、4相应有输出,一路通过失灵重跳控制字去重跳断路器相应相,另一路通过失灵启动控制字去启动母差失灵。

2、“631”保护失灵重跳及失灵启动接点均为瞬时动作。

3、失灵启动接点动作后,若电流小于整定值或外部失灵开入返回则失灵启动接点瞬时返回。

自动重合闸:

原理:

“602”重合闸为一次重合闸方式,可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用重合闸功能。

具体的重合闸方式根据开入量选择:

附图

几种重合闸方式的说明:

单重方式:

单相故障跳单相,单相重合;多相故障跳三相,不重合。

三重方式:

任意故障均三跳三重。

综重方式:

单相故障跳单相,单相重合;多相故障跳三相,三相重合。

停用方式:

重合闸退出。

有条件三重方式:

和保护配合,将控制字“相间故障永跳”和“三相故障永跳”整定为“1”、重合方式制“三重”位置时实现单相故障跳三相,三相重合;多相故障跳三相,不重合。

启动方式:

保护启动、开关位置不对应启动及外部(931)接点的“单跳启动”、“三跳启动”。

保护启动:

以单重方式为例,单跳(包括602及931)启动重合闸的条件(与门)为:

a、保护发单相跳闸信号;

b、跳闸相无电流;

c、不满足三相启动条件。

断路器位置启动条件(与门):

a、控制字“开关偷跳重合”投入;

b、断路器单相断开;

c、断路器断开相无流;

d、不满足三跳启动条件;

e、合后继开入有效。

重合闸充电条件(与门):

a、不满足重合闸放电条件;

b、保护未启动;

c、跳位继电器返回。

重合闸放电条件(或门):

a、重合闸处于停用方式;

b、“闭锁重合闸”开入有效;

c、“压力降低”开入有效且200ms内重合闸仍未启动;

d、重合闸处于单重方式时断路器处于三跳位置;

e、保护发永跳命令;

f、装置发遥控合闸或遥控跳闸命令。

重合闸动作逻辑说明(见重合闸逻辑方框图,介绍单重方式):

1、控制字投退说明:

控制字第0位“开关偷跳重合(不重合)”1;

第1位“重合闸检无压(不检)”0;

第2位“重合闸检同期(不检)”0;

第3位“充电时间12S(20S)”0;

第4位“单重检三相有压(不检)”0;

第13位“合后继可用(不可用)”1;

第14位“CT额定电流1A(5A)”0;

第15位“电压电流自检投入(退出)”1。

2、A、B、C任一相跳闸位置继电器接点有输入同时相应相别无流且合后继动作,Y1有输出,经H3、Y3,启动CQJ1;或者本保护单跳启动、931单跳启动经判别相应相无流后,也可启动CQJ1;

3、当三相跳闸位置继电器均有输入同时三相无流且合后继动作时,或者本保护三跳、931三跳启动,H6有输出,闭锁Y13输出,闭锁CQJ1;

4、关于“合后继”:

现场调试时,若先给保护电源,不给操作箱电源,此时位置接点TWJA、TWJB、TWJC无输入,相当于保护判开关处于合闸位置,经20S后,重合闸充满电;若此时再给操作箱电源,则有位置接点输入,位置启动重合闸可能会动作,当满足同期条件时经重合闸延时会重合出口,造成一次非预期开关合闸。

当操作箱可以提供合后继接点时,此时位置启动重合闸若要动作除需满足常规条件外,还需合后继动作有开入,此时可防止上述原因引起的非预期合闸。

5、永跳、闭锁重合闸、重合闸退出时或是单重方式下,开关三跳位置,Y12无输出,重合闸被放电。

压力降低有开入时,延时200ms若重合闸仍未动作,则重合闸被放电。

931部分

RCS931保护以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护,由工频变化量距离元件构成快速I段保护,由三段式相间和接地距离及两个零序方向过流构成的全套后备保护,具备重合闸功能。

启动元件主要以反应相间工频变化量的过流继电器及反应全电流的零序过流继电器实现,启动元件启动后开放出口继电器正电源,并进入故障处理程序。

电流差动保护:

电流差动保护原理,理论上流向一个节点的电流之和等于零。

在正常运行或区外故障时,被保护线路两侧的电流和为零,保护不会启动,在区内故障时,两侧的和电流远大于差动启动定值及制动定值,使两侧保护跳闸。

差动保护要发跳闸命令必须满足以下条件:

a、本侧起动元件起动

b、本侧差动继电器动作

c、收到对侧‘差动动作’的允许信号

电流差动保护动作逻辑说明:

(见说明书电流差动保护逻辑方框图)

1、相关控制字投退说明:

运行方式控制字:

第1位“工频变化量阻抗”1;

第2位“投纵联差动保护”1;

第3位“TA断线闭锁差动保护”0;

第4位“主机方式”1;

第5位“专用光纤”1;

第6位“通道自环试验”0;

第7位“远眺受本侧控制”1;

第8位“电压接线路TV”0;

第9位“投振荡闭锁元件”1;

第10位“投I段接地距离”1;

第11位“投II段接地距离”1;

第12位“投III段接地距离”1;

第13位“投I段相间距离”1;

第14位“投II段相间距离”1;

第15位“投III段相间距离”1;

第16位“投负荷限制距离”0;

第17位“三重加速II段距离”1;

第18位“三重加速III段距离”0;

第19位“零序III段经方向”1;

第20位“零序III段跳闸后加速”0;

第21位“投三相跳闸方式”0;

第22位“投重合闸”0;

第23位“投检同期方式”1;

第24位“投检无压方式”1;

第25位“投重合闸不检”1;

第26位“投不对应启动重合”1;

第27位“相间距离II闭重”1;

第28位“接地距离II闭重”0;

第29位“零序II段三跳闭重”0;

第30位“投选相无效闭重”1;

第31位“非全相故障闭重”0;

第32位“投多相故障闭重”0;

第33位“投三相故障闭重”1;

第34位“内重合把手有效”1;

第35位“投单重方式”1;

第36位“投三重方式”0;

第37位“投综重方式”0

压板定值:

第1位“投主保护压板”1;

第2位“投距离保护压板”1;

第3位“投零序保护压板”1;

第4位“投闭重三跳压板”0。

2、差动保护投入是指保护屏“主保护压板”、压板定值“投主保护压板”和定值控制字“投纵联差动保护”同时投入;

3、在差动保护投入、差动元件动作及收到对侧差动允许信号后,开关才能出口跳闸;

4、“A(B、C)差动元件”包括变化量差动、稳太量差动、零序差动;

5、三相开关在跳开位置或经本侧启动控制的差动继电器动作,则向对侧发允许信号。

6、TA断线瞬间,断线侧的启动元件和差动继电器可能动作,但对侧的启动元件不动作,不会向本侧发差动保护动作信号,从而保证纵联保护不会误动。

距离保护:

931距离保护由三段相间距离、三段接地距离及工频变化量阻抗构成。

相间距离主要反映相间短路故障,接地距离主要反映接地故障。

距离保护采用圆阻抗特性,有较高的保护接地电阻能力。

距离保护动作逻辑说明:

(见说明书距离保护逻辑方框图)

1、距离保护I、II段经振荡闭锁;在保护启动元件启动后,若振荡闭锁过流元件无启动(或启动不到10ms)则,距离I、II段开放160ms;不对称故障开放元件、对称故障开放元件及非全相振荡闭锁开放元件动作后也能开放振荡闭锁;

2、手合加速距离III段;

3、合闸于故障线路时,受振荡闭锁控制的II段距离在合闸过程中三相跳闸

4、TV断线时,保留工频变化量阻抗元件,退出距离保护

零序方向电流保护:

工作原理:

零序方向电流保护是反应线路发生接地故障时零序电流分量大小和方向的多段式电流方向保护装置,零序方向电流保护设有两个延时段及一个零序过流加速段,其中零序II段受正方向元件控制,零序III段可由控制字来选择是否带方向元件,还设有PT断线时自动投入的零序保护(该保护不受压板控制)。

保护设有零序投入压板。

零序保护动作逻辑说明:

(见说明书零序保护逻辑方框图)

1、当自产和外接零序启动元件均启动后,零序启动元件动作,并根据零序功率方向元件判断是正方向还是反方向;并有相应输出;

2、零序II段或III段启动后,经相应延时动作;零序II、III段均经零序功率正方向控制;

3、单相重合时零序加速时间延时为60ms,手合和三重时加速时间延时为100ms,其过流定值用零序过流加速段定值;

4、TV断线时,退出零序方向II段,III段不经方向元件控制并自动投入零序过流及相过流元件,经同一延时段出口。

远跳:

931保护利用数字通道,不仅交换两侧电流数据,同时也交换开关量信息,如远跳命令。

当保护采样得到远跳开入时,经过专门的互补校验处理,作为开关量,连同电流采样数据及CRC校验码等,打包为完整的一帧信息,通过数字通道,传送给对侧保护装置,对侧装置每收到一帧信息,都要进行CRC校验,经过CRC校验后再单独对开关量进行互补校验。

通过上述校验后,并经过连续三此确认,才认为收到的远跳信号是可靠的,若此时本侧装置启动,则出口三跳,并闭锁重合闸。

跳闸逻辑方框图:

1、分相差动继电器动作,则该相的选相元件动作;

2、当主保护或后备保护(不包括距离III段及零序III段)动作、有选相元件动作、相应相有流,则该相出口跳闸;若选相失败而动作元件不返回,则经200ms延时发选相无效三跳命令。

3、零序III段,距离III段,合闸于故障线路、非全相运行再故障、TV断线过流,选相无效延时200ms,单跳失败延时150ms、单相运行延时200ms直接跳三相;

4、发单跳命令后,若该相持续有流,经150ms延时发单跳失败三跳命令;

5、选相达两相及以上时三跳;

6、投三相跳闸、有沟三闭重开入及重合闸投入时充电未完成,任何故障均三跳。

线路保护交直流:

“602”保护屏由“602”保护装置、“631”保护装置及GXC-01光纤信号传输装置构成。

“931”保护屏由“931”保护装置及CZX-12R分相操作箱构成。

“602”屏后有四组空开,分别为1ZKK,“602”保护交流电压、1DK,“602”保护装置直流电源、11DK,GXC-01光纤信号传输装置直流电源、15DK,“631”保护装置直流电源。

其中1DK、11DK及15DK均取第二路直流电源。

“931”屏后有四组空开,分别为1ZKK,“931”保护交流电压、1K,“931”保护装置直流电源、4K1,控制电源1、4K2,控制电源2。

其中1K、4K1取第一路直流电源;4K2取第二路直流电源。

保护交流电压由二次电压母线经相关YQJ接点再至保护及测控装置。

线路压变二次电压经3G辅助接点至保护。

计量电压不能自动切换,需由电能表屏内CK手动切换正母或是副母。

线路保护的投退:

运行人员应根据调度命令及定值单要求投退线路保护。

其中“602”纵联保护投退由光纤装置切换开关11QK1、11QK2及“高频保护投入1LP13”压板控制。

11QK1、11QK2均有三种位置,分别为“本线”、“停用”及“旁路”,当纵联保护投跳闸或信号时置“本线”位置,如需停用纵联保护时置“停用”位置;“旁路”位置不用。

11QK1控制GXC-01装置直流电源及“装置动作”、“装置异常”信号输出;11QK2控制GXC-01装置及“602”装置收信输入、输出及发信控制。

省调正常情况下只将纵联保护发令至信号或是跳闸状态,当发令“

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