陳勇,李天宇,趙杰,徐海波,潘安,任建鋒(.南瑞集團/國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 06;.南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院,江蘇南京 00;.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力調(diào)度控制中心,甘肅蘭州 70050)
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跳閘出口智能壓板在電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置中的應(yīng)用
陳勇1,李天宇2,趙杰3,徐海波1,潘安1,任建鋒1
(1.南瑞集團/國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京211106;2.南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院,江蘇南京210023;3.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力調(diào)度控制中心,甘肅蘭州730050)
摘要:闡述了常規(guī)跳閘出口壓板無法被實時監(jiān)控,給穩(wěn)定控制裝置帶來了隱患。簡要介紹了跳閘出口智能壓板的原理和應(yīng)用方法,提出了智能壓板在穩(wěn)定控制裝置跳閘出口的實時監(jiān)控、可切量的準(zhǔn)確統(tǒng)計以及控制措施的實時優(yōu)化等方面的應(yīng)用方法,為跳閘出口智能壓板在穩(wěn)定控制裝置中的工程應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:跳閘出口智能壓板;穩(wěn)定控制裝置;隱性故障;控制措施實時優(yōu)化;可切量
隨著特高壓跨區(qū)電網(wǎng)和智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進,中國電網(wǎng)的規(guī)模迅速擴大,跨區(qū)域、遠距離、大功率送電造成電網(wǎng)的穩(wěn)定問題更加突出,電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置(以下簡稱穩(wěn)控裝置)依賴的程度越來越高,穩(wěn)控裝置已經(jīng)成為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行不可或缺的重要裝備[1]。在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致其安全受到威脅時,穩(wěn)控裝置動作并采取相應(yīng)的控制措施,通過切除負荷線路、運行機組等設(shè)備來維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此,為了試驗、檢修、維護和安全等需要,在穩(wěn)控裝置的跳閘回路上,必須設(shè)計有“跳閘出口壓板”,它是確保穩(wěn)控裝置安全運行的重要手段。跳閘出口壓板也叫保護連片,是繼電保護、穩(wěn)控、備自投等自動裝置控制一次設(shè)備的重要環(huán)節(jié)。跳閘出口壓板一般直接作用于一次設(shè)備的對應(yīng)開關(guān)或聯(lián)跳其他開關(guān),一般為強電壓板,是聯(lián)系外部接線的橋梁和紐帶,關(guān)系到裝置的動作出口能否正常發(fā)揮作用。
跳閘出口壓板是一個肉眼可視的斷開點,便于運行人員判斷穩(wěn)控裝置的跳閘電路是否連通開關(guān)(斷路器)的跳閘線圈,為檢修維護、裝置的定檢、運行提供了極大的方便,但也使變電站(或電廠)的穩(wěn)控裝置增加了一個不能完全閉環(huán)監(jiān)測的斷開點。隨著穩(wěn)控裝置技術(shù)的不斷發(fā)展,安全性和智能化水平都得到了極大的提升,功能壓板的投退(如運行方式壓板、設(shè)備檢修壓板、通道投退壓板)已經(jīng)可以通過裝置的一個低壓開入量實現(xiàn)實時監(jiān)測。但由于跳閘出口壓板的特殊性,其投退仍長期停留在人工操作和校對的模式。這種模式往往依賴于運行人員的責(zé)任心、運行管理規(guī)定和操作人員的實際技術(shù)水平,可靠性難以得到保證。由于穩(wěn)控裝置一般情況下直接控制的一次設(shè)備較多,造成裝置上設(shè)計的跳閘出口壓板也很多,故在實際運行中,因壓板投退不當(dāng),造成穩(wěn)控裝置不能正確動作的現(xiàn)象時有發(fā)生,這也成為穩(wěn)控裝置跳閘出口回路的一個隱性故障(hidden failure)[2-3]。另外,隨著廠網(wǎng)分離的實施,有些電廠、風(fēng)電場、光伏電站為了追求經(jīng)濟效益,可能人為地不投與機組對應(yīng)的跳閘出口壓板。上述因素均可能導(dǎo)致穩(wěn)控裝置誤動、拒動或可切量不足。
近年來,由于加強了對電網(wǎng)運行人員的上崗培訓(xùn),電網(wǎng)管理措施不斷加強,有的網(wǎng)省公司還建設(shè)了穩(wěn)控裝置集中管理系統(tǒng)SCMS[4],加強對穩(wěn)控裝置的遠方管理,人為誤投退、漏投退壓板造成的事故百分比近年來有所下降。但缺乏對穩(wěn)控裝置跳閘出口壓板的有效監(jiān)控仍然成為穩(wěn)控裝置一個重要的隱性故障來源,其誤投退、漏投退次數(shù)的絕對值仍居高不下,造成的負荷損失也愈發(fā)嚴(yán)重。另外,由于常規(guī)的跳閘出口壓板的狀態(tài)無法被檢測,難以實現(xiàn)穩(wěn)控裝置可切量的準(zhǔn)確統(tǒng)計,無法實現(xiàn)穩(wěn)控裝置可切(負荷、機組)量不足的告警[5],更加無法實現(xiàn)精細化控制和動態(tài)優(yōu)化控制。針對以上問題,如何實施對穩(wěn)控裝置跳閘出口壓板的有效監(jiān)測,準(zhǔn)確掌握其投退情況,及時發(fā)現(xiàn)錯誤操作,進而最大程度地避免由于壓板誤操作導(dǎo)致的事故發(fā)生,消除穩(wěn)控裝置的這個隱性故障。因此,保證穩(wěn)控措施的有效執(zhí)行成為急需解決的技術(shù)難題。
跳閘出口智能壓板使用非電量測量原理,能夠在不影響原有跳閘出口回路的情況下,準(zhǔn)確識別壓板的投退狀態(tài),實現(xiàn)對跳閘出口壓板投退位置的實時監(jiān)視。壓板實物和測量原理如圖1所示。
跳閘出口壓板的投退是由其連接片的位移來改變的。在設(shè)計智能壓板時把其自身所有測量的部件均與強電出口回路部分完全隔離,并整合于一整塊壓板模具上。當(dāng)智能出口壓板投退時,通過連接片的位移的變化,間接地改變了壓板自身的測量部件中感應(yīng)線圈的磁通量,壓板上的信號處理器通過把傳感器把磁通量的變化轉(zhuǎn)換成高低電平的信號變化來反映壓板投退狀態(tài)。這種智能壓板不僅滿足了普通出口壓板對跳閘出口回路的通斷控制,還能準(zhǔn)確測量出跳閘出口壓板的投退位置狀態(tài),通過壓板上自帶的狀態(tài)燈實時提醒操作人員,保證操作的正確性[6]。狀態(tài)指示燈標(biāo)識如表1所示。
圖1壓板實物和測量原理圖Fig. 1 The real figure and schematic diagram of the intelligent trip connector
表1指示燈所表示的壓板狀態(tài)Tab. 1 The intelligent trip connector state corresponding to the indicator light
智能壓板的穩(wěn)控裝置在實際工程中的應(yīng)用正在逐步展開。智能壓板在穩(wěn)控裝置中的應(yīng)用,有效地消除了用戶對穩(wěn)定控制跳閘出口實時監(jiān)控的盲點,使用戶對各穩(wěn)控裝置的出口狀態(tài)了如指掌,這一特點也為穩(wěn)控裝置帶來了隱形的附加值,為安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)(以下簡稱穩(wěn)控系統(tǒng))可切量的準(zhǔn)確統(tǒng)計、不足預(yù)警及控制措施的實時優(yōu)化等精細化控制打下了良好的基礎(chǔ)。
2.1穩(wěn)控裝置對跳閘出口壓板的狀態(tài)監(jiān)控
多個智能壓板采用12 V高壓網(wǎng)絡(luò)方式前后級聯(lián)并與中繼器相連,中繼器通過RS485網(wǎng)絡(luò)與穩(wěn)控裝置相連,中繼器自動采集與它相連的12 V高壓網(wǎng)絡(luò)所有智能壓板的投退狀態(tài)碼,上送給穩(wěn)控裝置。與穩(wěn)控裝置接口的每條RS485總線可連接255個中繼器,每個中繼器可以連接127個智能壓板,能夠滿足各電壓等級變電站(電廠)穩(wěn)控裝置的跳閘控制需求。這種智能壓板方式可根據(jù)接線位置自動識別壓板地址,不需要核對和設(shè)定地址,對大批量應(yīng)用而言具有明顯的優(yōu)勢,在穩(wěn)控裝置有多個控制對象時具有較好的應(yīng)用效果,對既有裝置進行改造時更換智能壓板的工作難度較小。當(dāng)壓板投入或退出時,在裝置的就地,可以通過壓板的狀態(tài)指示燈進行操作確認,還可以通過穩(wěn)控裝置的液晶顯示屏進行觀察確認。另外,穩(wěn)控裝置還可以通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),把裝置的運行數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度中心的集中管理系統(tǒng)上,實現(xiàn)對裝置的遠方監(jiān)視,實時了解核對各個廠站對調(diào)度指令的執(zhí)行情況,防止壓板誤投和漏投[7-8]見圖2。
圖2穩(wěn)控裝置監(jiān)測壓板的示意圖Fig. 2 The diagram of stability control device monitoring intelligent trip connector
2.2穩(wěn)控裝置可切量的準(zhǔn)確統(tǒng)計和不足告警
裝置使用跳閘出口智能壓板,不僅只實現(xiàn)在就地和遠方對壓板的狀態(tài)進行監(jiān)控,更重要的意義在于要將其應(yīng)用到統(tǒng)計裝置的可切量計算中去。如不根據(jù)跳閘出口壓板的狀態(tài)實時對穩(wěn)控裝置的可切量進行統(tǒng)計計算和不足預(yù)警,一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障,穩(wěn)控裝置的可切量可能不足,穩(wěn)控裝置需執(zhí)行的措施無法被正確執(zhí)行,會給電網(wǎng)帶來安全隱患。如2007年9月13日某電網(wǎng)發(fā)生的事故中,某變電站有一條110 kV線路已退出跳閘出口壓板,該穩(wěn)控裝置執(zhí)行站卻未將該負荷線路的輪次優(yōu)先定值自動置零,使得該執(zhí)行站仍將該線負荷上送給主站,造成安全穩(wěn)定控制主站將該條線路的負荷計入可切容量,最終由于切負荷量嚴(yán)重不足造成低頻事故。此次事故,主要由于跳閘出口壓板無法實時監(jiān)控而把退出的負荷線路錯誤地統(tǒng)計為可切負荷而造成少切負荷。即使跳閘出口壓板狀態(tài)能夠被監(jiān)控,若裝置不能根據(jù)跳閘出口壓板的狀態(tài)實時地調(diào)整可切負荷量,同樣也會造成可切量的不足。
目前,穩(wěn)控裝置中,判斷任何一臺機組處于可切狀態(tài)時必須滿足如下的條件:
1)機組出力大于穩(wěn)控裝置設(shè)定的投運定值;
2)機組出力大于穩(wěn)控裝置設(shè)定的出力門檻值;
3)機組的允切壓板必須處于投入狀態(tài);
4)機組的跳閘出口壓板必須處于投入狀態(tài);
5)如果機組是由執(zhí)行站裝置來切除,其與上級控制主站(子站)裝置的通信通道必須處于正常。
由上述條件可以看出,條件1)、2)、3)、5)都能通過裝置的測量值準(zhǔn)確判出,如使用常規(guī)的跳閘出口壓板,因無法對跳閘出口壓板的狀態(tài)進行實時監(jiān)控,若機組對應(yīng)的跳閘出口壓板未正確投入,機組仍不可切除,在電網(wǎng)發(fā)生故障需要穩(wěn)控裝置采取切機控制措施時,穩(wěn)控裝置就會出現(xiàn)錯誤地認為能被切除而實際無法切除的情況,造成控制措施沒有正確執(zhí)行,對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成了極大的隱患[9]。采用智能壓板后,可對跳閘出口壓板的狀態(tài)進行監(jiān)視,并將其狀態(tài)引入判斷機組/負荷是否可切的判據(jù)中,以實現(xiàn)對裝置可切量的統(tǒng)計。機組是否可切的判斷流程如圖3所示,負荷線路是否可切的判斷流程類似。
用上述方法確定裝置可控的所有機組/負荷是否處于可切狀態(tài)后,穩(wěn)控裝置可實時統(tǒng)計出本裝置的可切量(所有可切機組/負荷的總功率和總臺數(shù)/條數(shù))。同時裝置根據(jù)當(dāng)前判斷出的運行方式和斷面潮流,尋找當(dāng)前的控制策略表,進行控制策略的預(yù)演,搜索計算出當(dāng)前控制策略下發(fā)生各種故障所需要采取的控制措施和最大控制總量,并與當(dāng)前裝置判斷出的可切總量進行比較。如可切總量大于或等于當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)生故障所需要的最大控制總量,這就意味著穩(wěn)控裝置能在故障時采取足夠的控制措施和控制量,能保證電網(wǎng)發(fā)生故障后的安全穩(wěn)定運行;反之,如可切總量小于當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)生故障所需要的最大控制總量,這就意味著裝置可切量不足,穩(wěn)控裝置不能在故障時保證足夠的控制措施和控制量,此時裝置應(yīng)立即報警,提醒運行維護人員,檢查裝置運行狀態(tài)和跳閘出口壓板狀態(tài),并采取降斷面潮流等調(diào)度控制措施。
圖3機組/負荷是否可切的判斷流程Fig. 3 The flow chart to judge whether unit / load can be removed
2.3控制措施的實時優(yōu)化和報警
由于智能壓板能實現(xiàn)對跳閘出口壓板的狀態(tài)進行實時監(jiān)控,前文已詳細說明基于智能壓板判斷機組/負荷是否可切,并判斷穩(wěn)控裝置的實際可切量。因此,基于智能壓板,可分別在就地穩(wěn)控裝置、控制對象靈敏度基本相同的小型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)、大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)中實現(xiàn)控制措施的優(yōu)化或報警。
1)就地穩(wěn)控裝置控制措施判斷和優(yōu)化調(diào)整。一般來說,就地穩(wěn)控裝置涉及的機組或負荷的靈敏度基本相同。通過對當(dāng)值控制策略故障集中的故障進行掃描,根據(jù)斷面功率,判斷涉及的穩(wěn)控裝置的可切量與需切量之間的大小關(guān)系。當(dāng)裝置的可切量≥需切量時,若電網(wǎng)發(fā)生故障裝置判出后需要采取控制措施時,發(fā)現(xiàn)既定控制策略涉及的某機組/負荷對應(yīng)的跳閘出口壓板未投,裝置立即對控制措施進行優(yōu)化,將該跳閘出口壓板涉及的控制對象設(shè)置為不可切,并按照事先人為設(shè)定的優(yōu)先級順序調(diào)整控制對象,把不能切的某機組/負荷優(yōu)化到其他可切的機組/負荷;當(dāng)裝置的可切量<需切量時,不滿足安全穩(wěn)定的需要,裝置立即報警。
2)控制對象靈敏度基本相同的小型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)控制措施判斷和優(yōu)化調(diào)整。對控制對象靈敏度基本相同的小型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng),可利用安全穩(wěn)定控制主站收集各裝置根據(jù)跳閘出口壓板狀態(tài)而判斷出的的可切控制量和可切元件數(shù)進行統(tǒng)計匯總,然后對小型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)中所有穩(wěn)控裝置故障集中的故障進行掃描。假定電力系統(tǒng)發(fā)生某故障,根據(jù)當(dāng)前的斷面功率判斷當(dāng)值控制策略中涉及的各穩(wěn)控裝置的可切量匯總后是否大于需切量,若可切量大于或等于需切量,表明可切量滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的需要,這時,當(dāng)小型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)中任何一套裝置判出故障需要采取控制措施時,這時有2種方法進行優(yōu)化,第一種方法是,可根據(jù)其控制的各元件是否可切就地選擇控制對象,若可切量<需切量,再把不足部分的控制量送到主站,控制主站按照事先設(shè)定的優(yōu)先級順序追加執(zhí)行控制措施,保證控制措施能夠足量執(zhí)行;第二種方法是,把需要控制的總量先發(fā)給控制主站,控制主站按照事先設(shè)定的優(yōu)先級順序和各站實際可控的可切量的情況,把控制量優(yōu)化分配到各控制執(zhí)行站,保證控制措施能夠足量執(zhí)行。
3)大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)控制措施判斷和優(yōu)化調(diào)整對于大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)而言,穩(wěn)定控制所涉及的范圍一般較大,與穩(wěn)定控制有關(guān)需要切除的發(fā)電廠和負荷隨著在電網(wǎng)中的地理位置不同,對安全穩(wěn)定控制的靈敏度影響可能不同。這時,如采取上述的優(yōu)化方法,可能不能達到預(yù)想的穩(wěn)定控制效果。這時,可把系統(tǒng)中的各穩(wěn)控裝置自己結(jié)合跳閘出口壓板而判斷出的可切控制量和可切元件數(shù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),上傳至位于調(diào)控中心的安全穩(wěn)定控制集中管理系統(tǒng)和EMS系統(tǒng),為穩(wěn)控裝置當(dāng)值策略安全校核提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),由調(diào)度端的EMS系統(tǒng)中預(yù)警軟件模塊對穩(wěn)控系統(tǒng)當(dāng)值控制策略進行故障掃描和安全校核,一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生某故障時,因某機組或負荷對應(yīng)的跳閘出口壓板投退不當(dāng)或其他因素導(dǎo)致的可切量小于需切量時,EMS系統(tǒng)立即報警,提醒調(diào)度和運行人員根據(jù)預(yù)案,采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)度控制措施,保證跨區(qū)電網(wǎng)的安全運行[10-11]。
2.4其他應(yīng)用功能
穩(wěn)控裝置在設(shè)計時,對切除的對象一般都設(shè)置“××線路(發(fā)電機)允許切除”功能壓板。正常運行時,該功能壓板的投退狀態(tài)應(yīng)當(dāng)與其對應(yīng)的跳閘出口壓板投退狀態(tài)一致。由于常規(guī)跳閘出口壓板無法實時監(jiān)測二者的狀態(tài)是否一致,只能靠人工檢查和核對來保證,存在安全隱患。采用跳閘出口智能壓板后,能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測這兩類壓板是否保持投退一致,如不一致,實時發(fā)出告警信號,提醒運行維護人員,進行檢查核對。
另外,在低頻低壓減載(解列、自啟動)、高頻高壓切機(解列)、聯(lián)絡(luò)線失步解列等第三道防線穩(wěn)控裝置應(yīng)用方面,使用智能壓板就能實時監(jiān)測被控對象跳閘出口壓板的狀態(tài),調(diào)度運行人員能實時監(jiān)控第三道防線裝置動作能可靠切除的總負荷量、高頻高壓切機和失步解列裝置執(zhí)行的可靠性,對保證嚴(yán)重故障后電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要的意義。
跳閘出口智能壓板已經(jīng)在劉家峽水電站、寧夏寧東電廠、甘肅電網(wǎng)近30多個風(fēng)電場和光伏電網(wǎng)的穩(wěn)控裝置及有功控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用[12]。從使用的情況來看,一直穩(wěn)定可靠運行。跳閘出口智能壓板解決了穩(wěn)控裝置跳閘出口壓板的投退無法進行實時監(jiān)測的難題,尤其對無人值班變電站,及時掌握穩(wěn)控裝置的運行狀態(tài)具有實用價值,對提高穩(wěn)控裝置的運行管控水平具有重要意義,為國家電網(wǎng)大運行管理要求穩(wěn)控裝置信息(尤其是跳閘出口)上傳提供了技術(shù)手段,同時也為穩(wěn)定控制集中管理系統(tǒng)和調(diào)度主站在線評估當(dāng)值策略中的措施能否順利執(zhí)行,評估當(dāng)值策略能否保證電網(wǎng)安全提供更加全面準(zhǔn)確的信息。更加有利于對穩(wěn)控裝置的運行管理,能實時了解各廠站對調(diào)度指令的執(zhí)行情況,對變電站、發(fā)電廠(含風(fēng)電、太陽能電站)進行實時有效監(jiān)管,實時掌握裝置的出口壓板投退狀態(tài),防止其作弊行為,維護調(diào)度指令的嚴(yán)肅性,及時糾正錯誤操作,減少了人為操作壓板失誤對穩(wěn)控裝置運行造成的安全隱患,提高了穩(wěn)控裝置的運行可靠性。該智能壓板工程實施簡單,可充分利用裝置現(xiàn)有的接口,對繼電保護裝置、備用電源自投裝置等二次設(shè)備具有很好的推廣應(yīng)用價值。
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陳勇(1981—),男,本科,工程師,主要從事電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制方面的研究工作;
李天宇(1992—),男,本科,在校學(xué)生,主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究工作;
趙杰(1967—),男,學(xué)士,高級工程師,主要從事電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置方面的運行管理工作。
Project Supported by SGCC:the Key Technology of Promoting Regenerative Energy Consumption at Power Grid Side(2015BAA01B04);Research on Identification,Early Warning and Preventive of Hidden Failure in Power System Protection(SGCC-MPLG003-2012).
Application of Intelligent Trip Connector on Power Grid Stability Control Device
CHEN Yong1,LI Tianyu2,ZHAO Jie3,XU Haibo1,PAN An1,REN Jianfeng1
(1. NARI Group Co. /NARI Technology Development Co.,Ltd.,Nanjing 211106,Jiangsu,China;2. Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023,Jiangsu,China;3. Gansu Electric Power Dispatching and Control Center,Lanzhou 730050,Gansu,China)
ABSTRACT:As the conventional trip connector can not be monitored in real time,thus it often bring about hidden risks in stability control devices. This paper briefly introduces the principle and application methods of the intelligent trip connector and then proposes the application methods of intelligent trip connector which are applied in real-time monitoring of tripping outlet,accurate calculating of controllable quantity and realtime optimization of the control strategy. All the work as discussed in the paper serve to provide the engineering application foundation for the intelligent trip connector in stability control devices.
KEY WORDS:trip intelligent connector;stability control device;hidden failure;real-time optimization control strategy;controllable quantity
作者簡介:
收稿日期:2014-10-21。
基金項目:國家家科技支撐計劃項目:電網(wǎng)側(cè)提升可再生能源消納能力的關(guān)鍵技術(shù)(2015BAA01B04);國家電網(wǎng)公司重大專項二《大電網(wǎng)穩(wěn)定基礎(chǔ)理論研究》課題6:電力系統(tǒng)繼電保護與控制系統(tǒng)隱性故障辨識、預(yù)警與預(yù)防技術(shù)研究資助項目(SGCC-MPLG003-2012)。
文章編號:1674- 3814(2016)02- 0036- 06
中圖分類號:TM77
文獻標(biāo)志碼:A