GE IS220PTURH1B Turbine Specific Primary Trip I/O Pack

IS220PTURH1B je primární I/O sada určená pro turbínu používaná v řídicích systémech Mark VIe a Mark VIeS společnosti GE. Jedná se o model ze série PTUR obsahující funkčně kompatibilní procesorovou desku BPPC, která vyžaduje softwarovou sadu ControlST V04.07 nebo novější. Tento modul slouží jako elektrické rozhraní mezi řídicími svorkovnicemi turbíny (např. TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) a jednou nebo dvěma I/O ethernetovými sítěmi a působí jako základní komponenta pro implementaci kritických funkcí ochrany a řízení turbíny.

IS220PTURH1B je speciálně navržen pro zpracování signálů nezbytných pro bezpečný a stabilní provoz parních a plynových turbín, včetně monitorování otáček, automatické synchronizace (synchronizace), monitorování napětí/proudu na hřídeli a (při použití se svorkovnicí TRPG) detekce plamene. Jeho konečným cílem je spolehlivě pohánět hlavní jistič a primární vypínací solenoidy a zajistit rychlé vypnutí jednotky v nebezpečných podmínkách, jako je překročení rychlosti. Modul podporuje konfigurace systému Simplex i Triple Modular Redundant (TMR) a poskytuje vysoce spolehlivou primární ochrannou vrstvu pro různé turbínové aplikace.

Základní funkční popis

IS220PTURH1B integruje více funkcí zpracování signálu do komplexní platformy primární ochrany turbíny.

1. Čtyři vstupy pro snímače rychlosti

• Rychlost : Pro normální jednohřídelové turbíny.

• Speed_High : Poskytuje rozšířený rozsah rychlostí nad standardní typ.

• Speed_HSNG : Používá se ke kompenzaci nekonzistentních roztečí zubů na rychlostním kole pomocí algoritmu mapování zubů k odstranění periodických chyb z měření rychlosti.

• Speed_LM : Navrženo pro plynové turbíny řady LM.

• Průtok : Pro měření průtoku paliva pomocí děliče průtoku.

• Typ rozhraní: Poskytuje 4 kanály pro připojení pasivních magnetických snímačů.

• Frekvenční rozsah: Podporuje široký vstupní rozsah pulzní frekvence od 2 Hz do 20 000 Hz, což umožňuje přesné měření od 2 ot./min. otáčky otáčení ozubeného kola (pro zjištění, zda je rotor zastaven) až po signály o překročení rychlosti vysoko nad jmenovitou rychlost.

• Převod signálu: Interní obvody převádějí signály pulzní frekvence na digitální hodnoty rychlosti.

• Konfigurace typu pulzní frekvence: Typ aplikace lze flexibilně konfigurovat pomocí parametru PRType :

2. Napěťové vstupy generátoru a sběrnice (automatická synchronizace)

• Vstupní signály: Přijímá napětí generátoru a napětí sběrnice z externích transformátorů potenciálu (PT), jmenovité 115 V RMS.

• Základní funkce: Tyto vstupy se používají pro funkci automatické synchronizace, která umožňuje generátoru přesně přizpůsobit napětí, frekvenci a fázi systémové sběrnice před uzavřením vypínače.

• Přesnost měření: Přesnost měření frekvence je 0,05 % v rozsahu 45-66 Hz; přesnost měření fázového rozdílu je lepší než ±1°.

3. Monitorování napětí a proudu hřídele

• AC Test: Aplikuje testovací napětí 2 kHz k ověření integrity měřicího obvodu.

• DC Test: Aplikuje zdroj 5 V DC pro testování kontinuity vnějšího obvodu (včetně kartáčů, hřídele a propojovacích vodičů). Hodnoty odporu nad nastavením BrushLimit indikují potenciální poruchu.

• Napětí mezi hřídelí a zemí: Monitoruje pulzní frekvenci (0-2000 Hz).

• Proud hřídele: Měří proud (AC ampéry) přes bočník.

• Účel: Monitorovat potenciální poškození ložiska způsobené tokem elektrického proudu, který může pocházet ze statické elektřiny (např. kapky vody z kbelíků posledního stupně v parních turbínách), zvlnění střídavého proudu na poli generátoru nebo nesymetrie magnetického obvodu generátoru.

• Monitorovací obsah:

• Testovací funkce:

4. Vstupy pro detektory plamene (s TRPG)

• Při použití s ​​primární vypínací svorkovnicí TRPG může PTURH1B monitorovat signály z osmi hlásičů plamene.

• Princip činnosti: Bez plamene se detektor nabíjí na napájecí napětí. Přítomnost plamene způsobí, že se detektor nabije na úroveň a poté se vybije přes TRPG. Vyšší intenzita plamene zvyšuje frekvenci výboje (0-1000 pulzů/s). PTUR převádí tyto energie výboje na napěťové impulzy a počítá je.

5. Výstupní funkce

• Rozhraní primárního vypínacího solenoidu: Řídí vypínací elektromagnety připojené k vypínacím svorkovnicím řady TRPx (až 3), což nakonec spouští systém nouzového vypínání turbíny.

• Řízení automatické synchronizace: Vydává přesné povely pro zavírání hlavního vypínače (52G) ovládáním relé K25 (Auto Sync) na svorkovnici TTURH1C.

• Povolení synchronizace: Poskytuje sekvenční povolení pro synchronizaci generátoru ovládáním relé K25P.

6. Diagnostika a sledování stavu

• Modul poskytuje komplexní autodiagnostiku včetně monitorování napájení, hardwarových kontrol, stavu komunikace a zpětnovazebního monitorování kritických relé a senzorů.

Hardwarová architektura a provozní principy

(A) Složení hardwaru

Modul IS220PTURH1B se skládá z:

• BPPC Processor Board: Společné procesorové jádro pro distribuované I/O balíčky, které zajišťuje komunikaci, logické zpracování a zpracování dat.

• Deska pro specifické aplikace: Obsahuje vyhrazené obvody pro zpracování signálů specifických pro turbínu (např. rychlost, napětí).

• Analog Acquisition Daughterboard: Zodpovídá za vysoce přesné získávání analogových signálů, jako jsou napětí a signály monitorování hřídele.

• Konektory:

• Spodní DC-62 pinový konektor: Zapojuje se přímo do odpovídající svorkovnice (TTUR, STUR, TRPA), přenáší všechny I/O signály.

• Ethernetové porty RJ-45 (ENET1, ENET2): Pro komunikaci s řadičem Mark VIe s podporou redundance jedné nebo dvou sítí.

• 3pinový napájecí vstup: Externí napájecí zdroj 28V DC.

(B) Principy automatického synchronizačního systému

Toto je jedna z nejsložitějších a nejzákladnějších funkcí IS220PTURH1B, jejímž cílem je sepnout jistič generátoru v optimálním okamžiku (téměř nulový fázový rozdíl) pro hladké připojení k síti.

1. Akvizice a výpočet signálu:

• IS220PTURH1B nepřetržitě monitoruje napětí generátoru ( V_Gen ) a napětí sběrnice ( V_Bus ).

• Přesně vypočítává fázový rozdíl ( GenPhaseDiff ), skluz ( GenFreqDiff , frekvenční rozdíl) a zrychlení mezi nimi pomocí techniky křížení nulového napětí.

• Skluz: Kladný, když je frekvence generátoru vyšší než frekvence sběrnice. Fáze: Pozitivní, když generátor vede sběrnici.

2. Zavřít rozhodnutí a předpověď:

• Algoritmus automatické synchronizace nevydává zapínací příkaz přesně v okamžiku nulového fázového rozdílu, ale musí předvídat provozní dobu vypínače.

• Na základě aktuální fáze, proudového skluzu, zrychlení proudu a nakonfigurované doby uzavření jističe ( CBxCloseTime ) vypočítá algoritmus předpokládanou dobu uzavření.

• Zapínací příkaz je vydán, pokud generátor aktuálně zpožďuje (záporný fázový rozdíl) a byl zpožďován po dobu alespoň 10 po sobě jdoucích cyklů A algoritmus předpokládá, že bude ve skutečném okamžiku sepnutí vypínače vést. Tato strategie zajišťuje minimální fázový rozdíl v okamžiku uzavření.

3. Koordinace relé:
   Zapnutí vypínače generátoru vyžaduje tři podmínky, které jsou splněny současně, ovládané třemi relé:

• K25P (Sync Permissive Relay): Řízené přímo aplikačním kódem ovladače. Kontroluje, zda je turbína ve správném stavu sekvence pro synchronizaci.

• K25 (Relé automatické synchronizace): Je řízeno algoritmem automatické synchronizace uvnitř PTURH1B. Aktivuje se, když jsou splněny podmínky napětí, frekvence a fáze a je přesně předpovězeno uzavření.

• K25A (Sync Check Relay): Nachází se na TTUR, ale je řízeno algoritmem kontroly synchronizace v PPRO nebo YPRO I/O modulu (založené na logice 2-out-of-3). Slouží jako nezávislá záložní kontrola, která zajišťuje, že fáze nebo skluz je v rámci povoleného okna.

• Zapínací obvod jističe je dokončen pouze tehdy, pokud nejprve sepne K25A (aby se zabránilo jeho rušení při optimalizaci), poté K25 a K25P.

4. Adaptivní ovládání:

• Algoritmus obsahuje samoadaptivní řízení doby sepnutí jističe. Měří skutečnou dobu sepnutí jističe pomocí zpětné vazby z pomocného kontaktu 52G/a po každém sepnutí a porovnává ji s nastavenou hodnotou.

• Poté automaticky upraví parametr CBxCloseTime v krocích po jednom cyklu (16,6/20 ms) na každé uzavření, aby se přiblížil skutečné hodnotě, a neustále zlepšuje přesnost zavírání. Tato úprava je omezena konfigurovatelným parametrem CBxAdaptLimit .

5. Provozní režimy:

• Vypnuto: Synchronizace je zakázána.

• Manuální: Operátor zahájí příkaz k uzavření, ale stále je podřízen kontaktům K25A.

• Auto: Systém automaticky přizpůsobí napětí a rychlost a poté sepne jistič ve správný čas.

• Monitor: Identický s automatickým režimem, ale blokuje skutečný výstup relé K25, který se používá pro testování a ověřování výkonu systému bez skutečného sepnutí jističe.

(C) Principy ochrany proti rychlému překročení rychlosti

Pro aplikace vyžadující extrémně rychlou odezvu může IS220PTURH1B povolit vestavěné algoritmy rychlého vypnutí při překročení rychlosti. Vypínací logika se provádí přímo v PTUR, obchází regulátor, což má za následek dobu vypnutí 30 ms nebo méně.

1. PR_Single Algorithm:

• Použití: Používá se především pro plynové turbíny LM, poskytuje redundanci.

• Princip: Dva redundantní signály snímače rychlosti jsou rozděleny do dvou redundantních PTUR. Každý PTUR nezávisle zpracovává své vlastní rychlostní signály ( PulseRate1 až PulseRate4 ).

• Typy ochrany: Každý rychlostní kanál může mít nezávislou žádanou hodnotu překročení rychlosti ( PRxSetpoint ). Poskytuje také ochranu proti vypnutí při zrychlení ( AccATrip , AccBTrip ), která chrání před rychlým zrychlením rotoru.

2. Algoritmus PR_Max:

• Použití: Jeden PTUR je připojen ke dvěma redundantním snímačům rychlosti.

• Princip: Algoritmus využívá MAX(PR1, PR2) a MAX(PR3, PR4) ).pro rozhodování maximální hodnotu dvou rychlostních signálů (

• Typy ochrany: Kromě ochrany proti překročení rychlosti a zrychlení poskytuje také ochranu při deceleraci ( DecelTrip ) (proti selhání hřídele) a vypnutí při rozdílu rychlosti ( FastDiffTrip ). Pokud jeden snímač selže, druhý může stále poskytovat ochranu, čímž se zabrání obtěžujícímu vypnutí.

(D) Principy monitorování napětí/proudu hřídele

• Normální monitorování: Používá vysokoimpedanční instrumentaci k měření napětí mezi hřídelí a zemí a proudu procházejícího bočníkem, což je alarmující při nadměrné úrovni.

• Testovací režimy:

• AC Test: Aplikuje testovací napětí 2 kHz na vstup měřicího obvodu pro ověření integrity celého kanálu.

• DC Test: Aplikuje 5V DC pro měření odporu externího obvodu (kartáče, hřídel, dráty). Naměřený odpor nad nastavením BrushLimit indikuje potenciální poruchu, jako je špatný kontakt kartáče.

Instalace, konfigurace a diagnostika

1. Instalace:

• Modul IS220PTURH1B zapojte přímo do konektorů osazené svorkovnice (TTUR, STUR, TRPA).

• Mechanicky zajistěte sadu I/O pomocí šroubů se závitem v blízkosti ethernetových portů a speciální montážní konzoly, abyste zajistili, že na konektor DC-62 nebude aplikována žádná síla v pravém úhlu.

• Připojte jeden nebo dva ethernetové kabely a napájecí zdroj 28V DC.

2. Konfigurace (pomocí softwaru ToolboxST):

• Parametry tepové frekvence: Nastavte PRType , PRScale (pulzy na otáčku), TeethPerRev (zuby na rychlostním kolečku) atd.

• Parametry automatické synchronizace: Nakonfigurujte CBxCloseTime (čas uzavření jističe), CBxAdaptLimit (adaptivní limit) atd.

• Parametry rychlého vypnutí: Vyberte TripType (PR_Single nebo PR_Max) a nastavte odpovídající žádané hodnoty překročení rychlosti, zrychlení a zpomalení.

• Limity systému: Nastavte limity alarmu a vypnutí pro různé signály.

3. Diagnostika a LED indikátory:

• K25: Označuje příkaz k aktivaci relé automatické synchronizace.

• K25P: Označuje příkaz k aktivaci synchronizačního permisivního relé.

• DCT: Indikuje, že je povolen DC test.

• K1, K2, K3: Označuje příkaz k aktivaci příslušného vypínacího relé.

• PTURH1B provádí samočinné testy při zapnutí a nepřetržité monitorování hardwaru.

• LED na čelním panelu modulu poskytují klíčové indikace stavu:

• Podrobné diagnostické alarmy, jako jsou poruchy synchronizačního relé, překročení limitů adaptivního nastavení vypínače a nesoulad hardwaru, lze zobrazit v ToolboxST, kde jsou pokyny pro odstraňování problémů.