淺析嵌入式繼電保護裝置在線故障檢測方法

李瞰 張偉

摘 要：電力系統(tǒng)中嵌入式繼電保護裝置占有非常重要的地位，一旦出現(xiàn)故障將威脅電力系統(tǒng)的運行。針對此，提出了針對該裝置的在線故障檢測，主要解決該裝置運行中難以定位故障點，以及斷電重啟再次故障的問題，該方法需要應用在線調(diào)試工具，其能實現(xiàn)實時讀取變量值和裝置不斷電時注入調(diào)式代碼的功能，從而使得故障環(huán)境保持，故障查找難度降低。本文就應用此工具的在線故障檢測方法做簡要分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式；繼電保護裝置；在線故障檢測

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)覆蓋面更大，各個方面的有電量更多，因此，電力系統(tǒng)是否能穩(wěn)定安全運行，關(guān)系到了國計民生，受到電力企業(yè)和政府的高度重視。電力系統(tǒng)設(shè)計、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會影響其自身安全性和穩(wěn)定性，其中繼電保護裝置也會影響穩(wěn)定性和安全性。針對嵌入式繼電保護裝置的實時在線式檢測方法應運而生，在保證繼電保護裝置平穩(wěn)運行方面，發(fā)揮著重要作用。

1 在線故障檢測方法的優(yōu)勢

嵌入式繼電保護裝置被廣泛地應用在電力系統(tǒng)中，以自身良好性能得到人們認可，但是其功能越來越多，保護算法也有改進，內(nèi)部程序則變得越來越大，邏輯更加復雜，耦合性更高，原有測試流程，并不能保證裝置零故障，很多故障是在裝置運行瘺口很長時間之后，被一些特殊條件而引發(fā)的，但是故障出現(xiàn)后，原有故障測試技術(shù)并不能準確測定出故障點，還存在錯誤測出故障點的問題，再次重啟裝置，依然不能正常運行，威脅著電網(wǎng)健康運行。就嵌入繼電保護裝置運行的軟件工作原理做了詳細分析后，設(shè)計在線故障檢測和調(diào)試的工具，當繼電保護裝置發(fā)生問題之后，能夠利用網(wǎng)口連接裝置，以實時狀態(tài)，檢測或者更改正在運行中的裝置程序變量值，同時將開發(fā)人員所編輯的調(diào)試代碼注入到裝置中，將原來的程序函數(shù)功能替換掉，從而實現(xiàn)代碼式調(diào)試。這樣能大大削減了定位故障的難度和查找問題的難度，為系統(tǒng)維護人員提供了可參考的信息，提升程序健康性，進而能更好地保證繼電保護裝置的可靠性和穩(wěn)定性，使得電力系統(tǒng)運行更急安全。

2 設(shè)計在線故障檢測方法工具系統(tǒng)

2.1工具系統(tǒng)的工作原理

想要實現(xiàn)在線實時的故障檢測，檢測工具系統(tǒng)就應當具有修改繼電保護裝置工作狀態(tài)、讀取工作狀態(tài)的程序變量的功能，才能在不斷電的情況下注入和運行新系統(tǒng)的運行調(diào)試代碼。而要實現(xiàn)這些，應當掌握程序變量以及被調(diào)用函數(shù)，加載到繼電保護裝置的內(nèi)存地址，借助地址，去讀取并修改變量值，才能修改源函數(shù)的跳轉(zhuǎn)地址，使得其能指向調(diào)試代碼，最終達到替換源函數(shù)的目標。

首先分析嵌入式繼電保護裝置工作方式：當裝置重新啟動后，把編輯完成的目標程序（英文簡稱為ELF）文件，加載入內(nèi)存內(nèi)部運行。這種文件可用于目標代碼、可執(zhí)行文件、二進制文件、核心轉(zhuǎn)儲、共享庫的標準文件格式。文件中會對整個程序運行過程中保護裝置的內(nèi)存實際地址進行記錄，因此必須新先要解析此文件內(nèi)容，才能有效獲取保護裝置程度運行時，所需要的函數(shù)地址和變量。

故障檢測工具同繼電保護裝置之間通信實現(xiàn)方式為UDP以及TCO網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，而設(shè)備搜索則需借助發(fā)廣播發(fā)送報文，以系統(tǒng)開銷比較小的那類UDP協(xié)議實現(xiàn)通信。這對于文件傳輸?shù)目煽啃?，有著非常高的要求，因此必須以TCP協(xié)議做輔助通信。

2.2工具系統(tǒng)的總體架構(gòu)

以在線診斷工具理論工具原理為依據(jù)，提出模塊化設(shè)計思想，將工具系統(tǒng)劃分成四個模塊，分別是設(shè)備搜索連接模塊、文件傳輸模塊、ELF文件解析模塊、代碼掛接模塊。這四個模塊被單獨分裝在各自動態(tài)庫中，并提供統(tǒng)一接口，與外部連接使用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的功能在脫離硬件的狀態(tài)下，也能實現(xiàn)，確保了每個模塊有著獨立性，因此可更加方便地進行功能移植與復用，有利于軟件后期維護。

探測需要連接工具裝置的IP地質(zhì)，從而獲得程序的版本等信息可通過設(shè)備探索連接模塊實現(xiàn)；對裝置下載加載ELF文件以及上傳調(diào)式代碼ELF文件進行處理，這部分需要文件傳輸模塊實現(xiàn)；解析裝置中已經(jīng)加載出來的ELF文件，從而可以將函數(shù)地址和變量地址進行定位，這部分主要由ELF文件解析模塊實現(xiàn)；處理調(diào)試代碼給裝置刪除、寫入，還有裝置CRC的校驗規(guī)避，這部分則需要代碼掛接模塊來實現(xiàn)。

2.3設(shè)計檢測工具系統(tǒng)并實現(xiàn)應用

設(shè)計各個環(huán)節(jié)的工作流程：第一環(huán)節(jié)，碼掛接基本工作流程，具體：開始-保護裝置的選擇-注入代碼選擇-與裝置連接-下載裝置ELF文件-調(diào)試代碼寫入裝置-修改函數(shù)跳轉(zhuǎn)地址-結(jié)束；第二環(huán)節(jié)，變量讀取和寫入工作流程，具體：開始-保護裝置選擇-裝置ELF文件的選擇-與裝置連接-解析裝置ELF文件-執(zhí)行用戶讀寫工作-結(jié)束。

各個功能模塊的實現(xiàn)：設(shè)備搜索連接模塊用于連接繼電保護裝置和診斷工具，二者的連接，能夠看見裝置IP地址、操作系統(tǒng)版本號、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、程序校驗碼等信息，從而方便使用者選擇更加合適的設(shè)備進行連接。文件傳輸模塊能夠?qū)崿F(xiàn)裝置ELF文件下載，上傳文件，繼電保護裝置特有文件系統(tǒng)，對外支持FTP、TFTP類文件傳輸協(xié)議，因此診斷工具應借助FTP客戶端，來完成文件傳輸。ELF文件解析模塊能根據(jù)符號名稱去獲取指定數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的實際存儲址。代碼掛接模塊的實現(xiàn)，需要把調(diào)試的代碼寫入到裝置內(nèi)存中，把目標函數(shù)更換成調(diào)試函數(shù)功能。

結(jié)束語

綜上所述，嵌入式繼電保護裝置有著更好的工作性能，但是也提升針對其故障的檢測難度，傳統(tǒng)檢測方法檢測定位故障時，可能出現(xiàn)失誤，影響電力系統(tǒng)運行。但新型在線實時故障檢測方法，縮短了檢測時間，提升檢測效率，為電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的運行，奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻

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