李瞰 張偉

摘 要：電力系統(tǒng)中嵌入式繼電保護(hù)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(yùn)行。針對(duì)此，提出了針對(duì)該裝置的在線故障檢測(cè)，主要解決該裝置運(yùn)行中難以定位故障點(diǎn)，以及斷電重啟再次故障的問(wèn)題，該方法需要應(yīng)用在線調(diào)試工具，其能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)讀取變量值和裝置不斷電時(shí)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(yīng)用此工具的在線故障檢測(cè)方法做簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式；繼電保護(hù)裝置；在線故障檢測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)覆蓋面更大，各個(gè)方面的有電量更多，因此，電力系統(tǒng)是否能穩(wěn)定安全運(yùn)行，關(guān)系到了國(guó)計(jì)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(jì)、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)影響其自身安全性和穩(wěn)定性，其中繼電保護(hù)裝置也會(huì)影響穩(wěn)定性和安全性。針對(duì)嵌入式繼電保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)在線式檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生，在保證繼電保護(hù)裝置平穩(wěn)運(yùn)行方面，發(fā)揮著重要作用。

1 在線故障檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)

嵌入式繼電保護(hù)裝置被廣泛地應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，以自身良好性能得到人們認(rèn)可，但是其功能越來(lái)越多，保護(hù)算法也有改進(jìn)，內(nèi)部程序則變得越來(lái)越大，邏輯更加復(fù)雜，耦合性更高，原有測(cè)試流程，并不能保證裝置零故障，很多故障是在裝置運(yùn)行瘺口很長(zhǎng)時(shí)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(cè)試技術(shù)并不能準(zhǔn)確測(cè)定出故障點(diǎn)，還存在錯(cuò)誤測(cè)出故障點(diǎn)的問(wèn)題，再次重啟裝置，依然不能正常運(yùn)行，威脅著電網(wǎng)健康運(yùn)行。就嵌入繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的軟件工作原理做了詳細(xì)分析后，設(shè)計(jì)在線故障檢測(cè)和調(diào)試的工具，當(dāng)繼電保護(hù)裝置發(fā)生問(wèn)題之后，能夠利用網(wǎng)口連接裝置，以實(shí)時(shí)狀態(tài)，檢測(cè)或者更改正在運(yùn)行中的裝置程序變量值，同時(shí)將開(kāi)發(fā)人員所編輯的調(diào)試代碼注入到裝置中，將原來(lái)的程序函數(shù)功能替換掉，從而實(shí)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(wèn)題的難度，為系統(tǒng)維護(hù)人員提供了可參考的信息，提升程序健康性，進(jìn)而能更好地保證繼電保護(hù)裝置的可靠性和穩(wěn)定性，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行更急安全。

2 設(shè)計(jì)在線故障檢測(cè)方法工具系統(tǒng)

2.1工具系統(tǒng)的工作原理

想要實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)的故障檢測(cè)，檢測(cè)工具系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)具有修改繼電保護(hù)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(yùn)行新系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試代碼。而要實(shí)現(xiàn)這些，應(yīng)當(dāng)掌握程序變量以及被調(diào)用函數(shù)，加載到繼電保護(hù)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(dá)到替換源函數(shù)的目標(biāo)。

首先分析嵌入式繼電保護(hù)裝置工作方式：當(dāng)裝置重新啟動(dòng)后，把編輯完成的目標(biāo)程序（英文簡(jiǎn)稱為ELF）文件，加載入內(nèi)存內(nèi)部運(yùn)行。這種文件可用于目標(biāo)代碼、可執(zhí)行文件、二進(jìn)制文件、核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)、共享庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。文件中會(huì)對(duì)整個(gè)程序運(yùn)行過(guò)程中保護(hù)裝置的內(nèi)存實(shí)際地址進(jìn)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(hù)裝置程度運(yùn)行時(shí)，所需要的函數(shù)地址和變量。

故障檢測(cè)工具同繼電保護(hù)裝置之間通信實(shí)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(bào)文，以系統(tǒng)開(kāi)銷比較小的那類UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。這對(duì)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(jì)思想，將工具系統(tǒng)劃分成四個(gè)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(gè)模塊被單獨(dú)分裝在各自動(dòng)態(tài)庫(kù)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(shí)現(xiàn)，確保了每個(gè)模塊有著獨(dú)立性，因此可更加方便地進(jìn)行功能移植與復(fù)用，有利于軟件后期維護(hù)。

探測(cè)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(guò)設(shè)備探索連接模塊實(shí)現(xiàn)；對(duì)裝置下載加載ELF文件以及上傳調(diào)式代碼ELF文件進(jìn)行處理，這部分需要文件傳輸模塊實(shí)現(xiàn)；解析裝置中已經(jīng)加載出來(lái)的ELF文件，從而可以將函數(shù)地址和變量地址進(jìn)行定位，這部分主要由ELF文件解析模塊實(shí)現(xiàn)；處理調(diào)試代碼給裝置刪除、寫(xiě)入，還有裝置CRC的校驗(yàn)規(guī)避，這部分則需要代碼掛接模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3設(shè)計(jì)檢測(cè)工具系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

設(shè)計(jì)各個(gè)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(kāi)始-保護(hù)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(xiě)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(xiě)入工作流程，具體：開(kāi)始-保護(hù)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(xiě)工作-結(jié)束。

各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)：設(shè)備搜索連接模塊用于連接繼電保護(hù)裝置和診斷工具，二者的連接，能夠看見(jiàn)裝置IP地址、操作系統(tǒng)版本號(hào)、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、程序校驗(yàn)碼等信息，從而方便使用者選擇更加合適的設(shè)備進(jìn)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(hù)裝置特有文件系統(tǒng)，對(duì)外支持FTP、TFTP類文件傳輸協(xié)議，因此診斷工具應(yīng)借助FTP客戶端，來(lái)完成文件傳輸。ELF文件解析模塊能根據(jù)符號(hào)名稱去獲取指定數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的實(shí)際存儲(chǔ)址。代碼掛接模塊的實(shí)現(xiàn)，需要把調(diào)試的代碼寫(xiě)入到裝置內(nèi)存中，把目標(biāo)函數(shù)更換成調(diào)試函數(shù)功能。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，嵌入式繼電保護(hù)裝置有著更好的工作性能，但是也提升針對(duì)其故障的檢測(cè)難度，傳統(tǒng)檢測(cè)方法檢測(cè)定位故障時(shí)，可能出現(xiàn)失誤，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。但新型在線實(shí)時(shí)故障檢測(cè)方法，縮短了檢測(cè)時(shí)間，提升檢測(cè)效率，為電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行，奠定良好基礎(chǔ)。

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