智能电网继电保护技术课件.pptx

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1、智能电网继电保护技术,2023年3月13日,1,2023年3月13日,提纲,2,继电保护面临的挑战和机遇,现代电网的特征,2023年3月13日,3,1、一次能源和电力负荷的逆向分布特征决定了采取超、特高压远距离输电,1、一次能源和电力负荷的逆向分布特征决定了采取超、特高压远距离输电,已经基本形成了”西电东送，南北互供，全国联网”的格局。国家电网公司计划到2020年前后，还要形成交流特高压的“四横六纵”多受端网架。目前，我国正运行着世界上最高电压等级（1000kV）的输电线路，电网规模已超过美国，跃居世界首位。然而，随着电网规模日益庞大，复杂大电网的安全问题也更加突出！,现代电网的特征,1、一次

2、能源和电力负荷的逆向分布特征决定了采取超、特高压远距离输电,现代电网的特征,2.具有波动、间歇特征的可再生能源产生的电能规模化集中接入主电网或分散接入配电网,现代电网的特征,国家石油天然气煤炭核能水力等美国40.4%24.4%24.4%8.1%2.8%德国37.6%23.9%25.1%11.5%1.9%俄罗斯18.255.2%16.0%5.0%5.6%日本45.2%14.6%22.9%13.2%4.1%中国21.1%3.0%69.7%0.7%5.5%,现代电网的特征,2.具有波动、间歇特征的可再生能源产生的电能规模化集中接入主电网或分散接入配电网,10MW光伏电站、100MW级光伏电站的并网运

3、行近几年太阳电池仍以晶硅太阳电池为主。,现代电网的特征,2.具有波动、间歇特征的可再生能源产生的电能规模化集中接入主电网或分散接入配电网,风电场输出功率波动特性,光伏电站输出功率波动特性,大规模风电、太阳能光伏电站输出功率的波动性、间歇性及不可准确预测性造成电力系统调度运行困难，给电力系统运行带来了调峰调频、无功电压、暂态稳定以及电能质量等问题。,现代电网的特征,2.具有波动、间歇特征的可再生能源产生的电能规模化集中接入主电网或分散接入配电网,日负荷规律性强,新能源发电出力随机变化，可预测性差,电网,火电机组在运行上下限内按调度指令运行,3.考虑新型电网结构时，直流输电越来越受到人们的青睐,现

4、代电网的特征,3.考虑新型电网结构时，直流输电越来越受到人们的青睐,输送的功率大小、方向可以快速控制和调节。直流输电系统接入不会增加原有电力系统的短路容量。利用直流调制，可以提高系统的稳定水平。直流架空线路走廊宽度约为同名电压等级的交流线路的一半，且能送更大容量，可以充分利用线路走廊资源。直流线路主要是电阻损耗。对直流电缆线路没有电容电流的困扰，适合用电缆跨海送电。直流的一个极发生故障，另一个极可以继续运行，且可充分发挥其过负荷能力，可以不减少或少减少输送功率损失。可以实现电网间的异步互联。,现代电网的特征,3.考虑新型电网结构时，直流输电越来越受到人们的青睐,迄今为止，我国已投运的直流输电工

5、程有18项，现在运行的直流工程有17项，其中包括3项背靠背直流工程和2项特高压直流工程。到2020年，我国将建成18项特高压直流工程，并成为世界上拥有直流输电工程最多，输电线路最长，容量最大的国家。未来我国电网建设将依据交、直流输电相辅相成、共同发展的原则，到2020年我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网。经过多方面研究比较，直流工程总计达38项。因此，毫无疑问，世界交流输电的焦点在中国，世界直流输电的市场在中国。,现代电网的特征,现代电网的特征,4.智能电网使电网的拓扑和运行方式更加灵活多变,智能输电网更加强调网源的协调控制，并通过提高电网的自动化水平、信息化水平，提高

6、电网接纳更多可再生能源的能力，保证电网的安全稳定运行。因此，智能电网环境下，可再生能源的并网会使的电网的运行方式更加灵活多变。智能配电网突出特点是自愈性和互动性，强调通过快速故障定位隔离、网络重构等技术提高配网的供电可靠性。正常运行时的结构调整，故障发生后的供电恢复，网络重构会造成配电网的拓扑结构变化。同时，分布式电源的接入，使得配电网由辐射状单电源的运行模式变成了多电源的运行模式，潮流也由原来的单向流动变位了双向，分布式电源的接入与退出又从根本上造成了配电网运行方式的灵活多变的局面。,现代电网的特征,5.能源互联网,能源互联网是信息网络、能量网络和能源网络的高度整合，以电力网络为枢纽平台，以

7、可再生能源和分布式能源接入为主要任务，以互联网技术为实现工具，通过能源调节系统对可再生能源和分布式能源基础设施实施广域优化协调，实现冷、热、气、水、电等多种能源形式优化互补，提高能源使用效率，实现信息、能量和能源三者之间双向流动共享。,现代电网的特征,6.能源互联网关键技术,接口技术必须逐步完善能源互联网各类型设备以及信息、数据、能量、能源接口标准，从而保证其中信息流、能量流与能源流的互联互通。转换技术将能源即时转换为电、冷、热等方便、直接的能量形式。传输技术发展能量大规模传输、无线传输等技术，解除地域环境限制。存储技术大力发展压缩空气储能、电化学储能等新兴储能技术以及钠硫电池、锂离子电池、超

8、级电容器、飞轮等储能设备和产品。平衡技术必须大力建设能源路由器等能源平衡技术，通过高效的传输装置、转换装置、路由装置等，实现能源高效低耗的最优传输和调配。安全技术必须积极研究网络安全接入以及网络安全防护等各种关键技术，增强能源互联网抗风险、抗攻击、抗故障的自防自纠自愈能力。,现代电网的特征,6.全球能源互联网,全球能源互联网将是以特高压电网为骨干网架（通道），以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成，连接“一极一道”和各洲大型能源基地，适应各种分布式电源接入需要，能够将风能、太阳能、海洋能等清洁能源输送到各类用户，是服

9、务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台，也是实施“两个替代”的关键。,现代电网的特征,5.全球能源互联网,全球能源互联网发展框架可以概况为:一个总体布局（由跨洲电网、跨国电网、国家泛在智能电网组成，各层级电网协调发展，形成连接“一极一道”和各洲大型清洁能源基地与主要负荷中心的总体布局）两个基本原则:清洁发展和全球配置）三个发展阶段（洲内互联、跨洲互联、全球互联）四个重要特征（网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动）五个主要功能（能源传输、资源配置、市场交易、产业带动和公共服务）,2023年3月13日,提纲,18,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,19,1,

10、继电保护原有的“痼疾”还没有彻底解决。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,20,1,继电保护原有的“痼疾”还没有彻底解决。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,21,1,继电保护原有的“痼疾”还没有彻底解决。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,22,2,大电网、超特高压对继电保护提出了更高要求。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,23,2,大电网、超特高压对继电保护提出了更高要求。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,24,2,大电网、超特高压对继电保护提出了更高要求。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,25,2,

11、大电网、超特高压对继电保护提出了更高要求。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,26,3,网络拓扑和运行方式多变使定值配合式保护失去了生存环境。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,27,3,网络拓扑和运行方式多变使定值配合式保护失去了生存环境。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,28,4,电力电子设备使短路电流的特征和分布发生了质的变化。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,29,4,电力电子设备使短路电流的特征和分布发生了质的变化。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,30,5,继电保护需要和电网的控制策略相协调和配合。,继电保

12、护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,31,5,继电保护需要和电网的控制策略相协调和配合。,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,32,6,继电保护具备了获取多处、多种信息的能力，可以更加“聪明”。,2023年3月13日,提纲,33,继电保护面临的挑战和机遇,智能变电站发展,2023年3月13日,34,智能变电站,智能变电站发展,2023年3月13日,35,智能变电站,智能变电站发展,2023年3月13日,36,智能变电站,智能变电站发展,2023年3月13日,37,国内,智能变电站发展现状,智能变电站发展,2023年3月13日,38,国内,智能变电站发展现状,智能变电站发展,2

13、023年3月13日,39,国外,智能变电站发展现状,智能变电站发展,2023年3月13日,40,国外,智能变电站发展现状,1,2,3,4,5,智能变电站,智能传感技术采用智能传感器实现一次设备的灵活监控,网络传输技术构成网络化二次回路实现采样值及监控信息的网络化传输,数字采样技术采用电子式互感器实现电压电流信号的数字化采集,信息共享技术采用基于IEC61850(DL860)标准的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共享和互操作,智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化,同步技术采用 B码、秒脉冲或IEEEl588网络对时方式实

14、现全站信息同步,智能变电站技术特点,2023年3月13日,41,服务器1,RCS,-,9785,系列,GPS,对时装置,RCS-9698H,各级调度、集控中心,以太网,服务器2,操作员站,五防工作站,继电保护工程师站,GOOSE网,光纤以太网,PCS-221 MU,PCS-222智能终端,220kV保护室,打印服务器,PCS-931,PCS-915,PCS-221 ECVT,PCS-9705,光纤GOOSE网,PCS-221 MU,PCS-222智能终端,110kV保护室,PCS-943,PCS-915,PCS-221 ECVT,一体化平台,智能变电站方案演示,2023年3月13日,42,IE

15、C 61850,智能变电站关键技术,2023年3月13日,-43-,IEC 61850 标准自2004年发布以来就已在数字化变电站、智能变电站大量应用,它已经成为我国智能变电站乃至新一代智能变电站建设的基础。欧洲国家由于需求、投资等方面的因素,基于该标准的工程应用相对较少,因此对此标准工程应用的推进力度较小,但欧洲坚定地认为IEC61850标准是未来变电站发展建设的基础,整个欧洲国家可以通过该标准的推广应用获得经济和技术上的效益,并呼吁全面推广应用。,电子式互感器,2023年3月13日,-44-,我国的电子式互感器实际是电子式电压互感器、电子式电流互感器以及光学互感器的总称,它自IEC6185

16、0标准推广应用之际就一同试点应用,并与IEC61850标准一起成为数字化变电站的两大核心特征。虽然目前我国的电子式互感器在实际工程中暴露出运行不稳定等一系列问题,但不可否认的是,电子式互感器仍然被认为是今后技术发展的趋势,这一点在行业里已形成共识。,电子式互感器,2023年3月13日,-45-,欧洲国家的将电子式互感器统称为“非传统电磁式互感器”(NCIT,Non-Conventional Instrument Transformer),凭借其优越的性能被认为是今后的发展方向。与之配套的合并单元数字化采样技术、开关设备基于GOOSE报文的网络跳闸技术等也被认为是今后发展的趋势。以电子式互感器和

17、GOOSE应用为基础的过程层总线技术将成为欧洲乃至美国等国家今后发展的重点。,其它技术,智能变电站关键技术,2023年3月13日,-46-,欧洲国家针对智能变电站还提出了如下技术发展方向:变电站内部数据的便捷交互(状态监测、设备自检、远程调试和远程整定)、新的系统功能(同步向量、自动运行、分布式状态估计)、状态监测及评估、改进的变电站站间闭锁功能、系统和保护的即插即用、广域保护和监测、约束管理、柔性应用和简单的调试流程等,这些新技术或者新功能绝大多数都是以运行维护为基础提出的。,其它技术,2023年3月13日,-47-,我国的智能变电站由于具有系统性的特点,使得其涉及的领域除了涵盖上述所有技术

18、及功能之外,还具有更多智能化的功能,因为我国的智能变电站是以智能化的一次设备、网络化的二次设备为基础,通过规范信息的标准化采集、传输、接入,构建一体化监控系统,从而实现全站信息的统一存储、统一管理和统一分析,也因此具备了更多智能化功能实现的基础。,国外,智能变电站发展方向,2023年3月13日,-48-,欧洲国家建立了学术交流的智能变电站网站,并于2013年11月26日-28日,在德国法兰克福召开了“下一代智能变电站”(Next-Generation Smart Substations)的研讨会,重点针对智能变电站投资、网络安全、IEC61850标准应用、电网通信、数据管理和分析及新能源集成等

19、领域进行了讨论,同时在会议结束后还召开了GOOSE和SV应用的研讨会。,国外,智能变电站发展方向,2023年3月13日,-49-,2014年,欧洲国家针对IEC61850标准的应用,于2014年10月15-16日在捷克布拉格召开了在智能电网架构下,推动IEC61850标准在输电网和配电网大规模应用的研讨会,重点对IEC61850第二版的影响和应用、基于IEC61850标准的系统结构优化、高级应用功能、变电站运行和维护、系统工具开发以及未来智能电网应用进行了讨论。,国外,智能变电站发展方向,2023年3月13日,-50-,可以看出,欧洲国家目前及今后一段时间的重点仍然是在新技术应用的深入分析、理

20、解及相关技术的探讨交流上,之后才会是IEC61850标准、电子式互感器等技术的大量推广应用。,国内,智能变电站发展方向,2023年3月13日,-51-,对于我国,我国智能变电站今后的发展重点一方面是要不断改进和完善当前智能变电站存在的问题,同时也会进一步向着设备高度集成、系统深度整合、结构更加开放、功能更加智能的方向发展,并以此为导向,开展系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体的新一代智能变电站建设。,2023年3月13日,提纲,52,继电保护面临的挑战和机遇,2023年3月13日,53,2010年以前，各网省公司试点阶段，技术不统一，无序发展,2010-2013

21、年，Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范颁布后，统一技术要求,2013年至今，总结经验，新一代智能变电站建设阶段,规范性及技术水平不断提升,智能变电站继电保护技术发展历程,通信规约统一,高级应用,智能一次设备,数字化和网络化,智能电网,站控层自动化系统,第一代电磁式保护,智能变电站,2023年3月13日,54,智能变电站继电保护技术发展历程,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,55,第一阶段：大量新技术、新设备，技术成熟度低,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,56,第一阶段：电子式互感器存在的主要问题,抗电磁干扰能力差：电子式互感器电子元器

22、件的电池兼容标准偏低，抗干扰能力普遍较差。,元器件质量问题：国内其他网省公司均发生电子元器件故障。,准确度问题：小信号传变进度、线性度较差，离散度大。,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,57,第一阶段：电子式互感器存在的主要问题,生产工艺及施工引起的问题：国内其他公司全光纤电子式互感器发生光纤断裂故障，敏感环光纤故障等。,潜在问题：温度稳定性及长期运行的稳定性,与合并单元参数不配合、调整困难：现场调试电子式互感器的精度需借助现场设备和技术人员人为修正，需在不同比例额定电压（电流）下调整，整个调整过程复杂、难度大，设备标准化、互换性差。,智能变电站继电保护技术发展历程,202

23、3年3月13日,58,第一阶段：网采网跳方式存在的主要问题,采样同步问题：网络延时不确定，保护装置的采样依赖外部对时系统，一旦对时系统异常，将导致全站继电保护异常，后果严重。,严重依赖交换机：交换机的可靠性不高，降低继电保护系统的可靠性，单一元件（交换机）故障，会影响多个保护设备的运行。,与合并单元参数不配合、调整困难：网络延时导致保护采样和挑战的时间均延长。,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,59,第一阶段：集中式保护存在的主要问题,检修风险大增，甚至无法检修：单间隔停电检修，共保护装置的其他间隔保护仍然运行，极大的增加了检修的风险。,配置文件变化，调试工作量大增：单间隔

24、配置文件发生变化将影响整套保护，多间隔的保护均需试验。,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,60,第二阶段：基本技术原则确立,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,61,第二阶段：基本技术原则确立,直采直跳：保护装置不依赖外部对时、不依赖网络交换机完成其功能，提高了保护的可靠性。,常规互感器+合并单元模式：鉴于电子式互感器技术不成熟，采用常规互感器，从源头上保证了保护采样数据的可靠性，是保护正确动作的基础。,间隔保护独立配置：提高保护的独立性和可靠性，方便运维检修。,智能变电站继电保护技术发展历程,2023年3月13日,62,第三阶段：新一代智能变电站,就地、

25、站域、广域多级保护控制，实现电网全范围功能覆盖。,保护功能与控制功能综合优化实现，从保护设备到保护电网。,在时间上相互衔接不同需求协同实现。,智能变电站继电保护应按照“系统高度集成，结构布局合理，装备先进适用，经济节能环保，支撑调控一体”的总体要求，在确保继电保护可靠性、选择性、快速性、灵敏性的基础上，以“性能提升、技术先进、运行可靠、功能整合、应用智能、标准规范、支持调控”为目标。,新一代智能变电站发展方向,新一代智能变电站继电保护总体框架是基于多维度信息的层次化保护系统。空间维度上形成就地层、站域层和广域层三层体系。时间维度上各层各有侧重，同时在时间上相互衔接。实现保护与安控系统的协同控制

26、。,新一代智能变电站发展方向,就地层保护独立、分散实现其保护功能；站域层保护利用全站信息优化保护性能；广域层保护利用广域信息，优化站域层和就地层保护功能；三层保护协调配合，构成以就地层保护为基础、站域层保护与广域层保护为补充的多维度层次化继电保护系统。,新一代智能变电站发展方向,就地层 就地层保护是整个保护体系的基础，负责数据的采集和传送，快速切除故障设备，与站域及广域保护协同控制。就地化保护装置功能高度集成，可实现模块化安装，支持远方操作和运行维护。,新一代智能变电站发展方向,保护就地化技术发展,新一代智能变电站发展方向,保护就地化技术发展,预制小室体积小、占地少，可在开关场安全空余地点安装

27、，实现工厂化预装，现场装配式施工，效率高，综合造价省，突出优点是适应恶劣天气下运维、检修。,新一代智能变电站发展方向,保护就地化技术发展,智能控制柜具备环境调节功能为提供适宜的运行环境运行维护受恶劣环境影响较大,新一代智能变电站发展方向,保护就地化技术发展,国外二次设备就地化技术已出现了就地直接无防护安装的二次设备。装置小型化节省面积，对安装环境要求低。,新一代智能变电站发展方向,站域层,站域保护充分利用智能变电站信息共享优势，由跨间隔、跨电压等级基础数据构成全站信息，完成全站备自投和失灵功能，实现低电压等级保护非对称冗余，并实现站内保护和安全自动装置功能的策略优化。同时，向下优化就底层保护装

28、置、向上。为广域保护提供全站信息支持,新一代智能变电站发展方向,站域层对于110kV及以下电压电网，站域保护可实现失灵保护功能，实现开关失灵时的近后备，优化后备保护。利用全站故障分量，实现变电站内部故障精确定位，当主保护因故拒动时，可缩短后备保护切除故障时间。,新一代智能变电站发展方向,站域层当就地层保护异常退出时，站域保护可实现就地层保护的后备和补充。防止一次设备因二次设备异常被迫停电，可显著提高供电可靠性。根据站内开关运行方式优化就地层保护动作逻辑，提高就地层保护的灵敏性和可靠性。全站高、低压侧备自投相互配合，可缩短恢复供电时间。例如：当高压侧备自投不满足动作条件时，加快低压侧备自投动作时

29、间，使失电母线快速恢复供电。采用站内多组母线电压量相互校验，可有效防止一组电压异常时，低周低压减载误动作。,新一代智能变电站发展方向,广域层广域层保护：基于广域电网信息，实现多种广域保护功能，优化站域层和就地层保护功能，还可以解决站域保护无法应对的问题，如全站直流失电保护。同时充分利用电网基于广域信息的统一数据平台，结合智能控制决策，实现电网自愈、安稳装置策略优化等功能。,新一代智能变电站发展方向,广域层,通过广域信息分析，实现故障点的精确定位。例如获得相邻全站失电信息，通过多个变电站的信息综合快速切除全站失电变电站站内故障，优化站域和就地层保护性能。,新一代智能变电站发展方向,广域层,恢复控

30、制：基于广域信息的快速恢复供电技术,采用“广域实时采样、实时交换数据、实时判别、实时控制”的思路来实现地区电网快速恢复供电控制系统。,新一代智能变电站发展方向,广域层 通过广域信息平台获得事故前的负荷情况及各个负荷的权重，进行负荷切除优化。,新一代智能变电站发展方向,广域层 实时计算频率的动态变化过程，结合实际电网的低频、低压减载方案制定原则和控制目标，自动搜索最优化的减载方案。,新一代智能变电站发展方向,新一代智能变电站应该满足“内智外形”的要求，“内智”是指设备本身是智能化设备，“外形”是指设备数量少，屏柜数量少，占地面积小。新一代智能变电站内涵在不断发展，层次化继电保护系统的就底层、站域

31、层、广域层的内容也将不断充实和发展。,新一代智能变电站发展方向,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-80-,目前浙江电网已建成的智能站：全智能化站：云会变；全数字化站：大侣变、田乐变、浔北变等；常规采样GOOSE跳闸站：兰溪、宣家、牧岩变、元东、武胜；规约站：220KV以上近20座(包括500KV海宁、妙西）；其中采用点对点方案的为东关、文津变、武胜、云会变。,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,81,光纤网络大量应用,系统网络结构的创新,GOOSE回路设计规范,户外智能终端应用,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-82-,2009年7月投运,国内

32、外设备互操作,GOOSE机制创新应用,网络报文记录分析,采用智能操作箱,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-83-,2008年1月投运,采用预制式光缆,全站采用电子互感器,直采直跳模式全智能化变电站,单间隔保测一体化、就地化,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-84-,2011年12月投运,采用GMRP进行动态配置,试点应用电子互感器,三网合一,完全网采网跳数字化变电站,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-85-,2010年1月投运,临时代路功能,站域保护,最优备自投策略,浙江电网智能变电站典型应用,2023年3月13日,-86-,2011年11

33、月投运,2023年3月13日,提纲,87,继电保护面临的挑战和机遇,总结与展望,2023年3月13日,88,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,89,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,90,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,91,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,92,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,93,智能电网的建设与发展引入了各种新技术成果在电力系统的应用，为促进继电保护技术的跨代发展带来了新的动力源泉。,总结与展望,2023年3月13日,94,当前智能电网建设方兴未艾，在智能电网环境下，继电保护面临着众多的机遇和挑战：,谢 谢!,2023年3月13日,95,