GE IS200TRPAH2A Aeroderivative Turbinen-Primärauslöseplatine

Das IS200TRPAH2A ist ein Aeroderivative Turbine Primary Trip Board, das von General Electric (GE) für sein Mark VIe™-Steuerungssystem entwickelt wurde. Bei dieser Platine handelt es sich um die Version der TRPA-Serie speziell für die 125-V-DC-Ausgangskontaktnennleistung, die hauptsächlich für Notfallschutzsysteme in Fluggasturbinen verwendet wird und Übergeschwindigkeitsschutz, Not-Aus- und Auslösesteuerungsfunktionen bietet.

Die IS200TRPAH2A-Karte kann mit drei I/O-Paketen zusammenarbeiten, um ein Triple Modular Redundant (TMR)-Schutzsystem zu bilden. Die Platine verfügt über mehrere Ein- und Ausgangskanäle, darunter Geschwindigkeitsaufnahmeeingänge, Spannungserkennungseingänge, E-Stop-Notstoppeingang und TMR-ausgewählte Auslösekontaktausgänge. Jumper ermöglichen eine flexible Konfiguration der Geschwindigkeitseingangssignalverteilung, um unterschiedlichen Systemanforderungen gerecht zu werden.

Zu den Hauptmerkmalen des IS200TRPAH2A gehören:

• Speziell für aerodynamische Turbinen: Geeignet für Notfallschutzsysteme in aerodynamischen Gasturbinen.

• Triple Modular Redundant (TMR)-Unterstützung: Arbeitet mit drei I/O-Paketen, um eine äußerst zuverlässige Schutzsteuerung zu erreichen.

• 125-V-DC-Ausgangskontakte: Auslösekontakte mit einer Nennspannung von 125 V DC, geeignet für standardmäßige industrielle Steuerspannungen.

• Mehrere Geschwindigkeitseingänge: Unterstützt 12 passive magnetische Geschwindigkeitsaufnehmer oder 6 aktive TTL-Geschwindigkeitsaufnehmer.

• Spannungserkennungseingänge: 4 isolierte Spannungserkennungskreise zur Überwachung des Spannungsstatus im Auslösestrang.

• E-Stop Not-Aus-Eingang: 1 ausfallsicherer Not-Aus-Eingang, 24–125 V DC, mit Hardware-Reaktionszeit <5 ms.

• Schnelle Auslösereaktion: Reaktionszeit des Not-Aus-Schaltkreises <5 ms plus Reaktionszeit des Auslöserelais <1 ms, was zu einer extrem schnellen Gesamtreaktion führt.

• Kurzschlusserkennung: Integrierte Relaiskontakt-Kurzschlusserkennungsschaltung zur Gewährleistung der Auslösezuverlässigkeit.

• Konfigurierbare Geschwindigkeitseingänge: Die Jumper JP1 und JP2 ermöglichen die Auswahl der Verteilungsmethode für das Geschwindigkeitseingangssignal.

• ID-Chip-Identifizierung: Steckverbinder verfügen über schreibgeschützte ID-Chips, die Platineninformationen zur Überprüfung durch I/O-Packs speichern.

Die Platine misst 33,0 cm hoch × 17,8 cm breit, nutzt Oberflächenmontagetechnik und ist für den industriellen Schaltschrankeinbau geeignet.

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II. Hauptfunktionen

Zu den Hauptfunktionen des IS200TRPAH2A gehören unter anderem die folgenden:

1. Geschwindigkeitssignaleingang

Die IS200TRPAH2A-Karte bietet mehrere Konfigurationsoptionen für den Geschwindigkeitseingang:

• 12 passive magnetische Geschwindigkeitsaufnehmer: 4 pro TMR-Abschnitt (R, S, T) zur Messung der Turbinengeschwindigkeit.

• 6 aktive TTL-Speed-Pickups: 2 pro TMR-Abschnitt als Alternative.

Die Jumper JP1 und JP2 konfigurieren die Geschwindigkeitseingangsverteilung:

• Jedes I/O-Paket erhält dedizierte 4 Geschwindigkeitseingänge.

• Die 4 Geschwindigkeitseingänge vom R-Abschnitt werden an die E/A-Pakete des S- und T-Abschnitts weitergeleitet.

Die Empfindlichkeit des Geschwindigkeitseingangs ist frequenzabhängig: mindestens 24 mV pp bei 2 Hz, mindestens 276 mV pp bei 20 kHz. Der Pulsfrequenzbereich beträgt 2 Hz bis 20 kHz mit einer Genauigkeit von 0,05 % des Messwerts.

2. Von TMR zugelassene Auslösekontaktausgänge

Der IS200TRPAH2A verfügt über zwei TMR-ausgewählte Auslösekontaktausgänge zum Antrieb der Hauptschalterspule. Jeder Auslösekontakt besteht aus 6 unabhängigen Form-A-Geräten, die in einem Abstimmungsmuster angeordnet sind. Jegliche zwei Controller, die für den Abschluss stimmen, legen einen Leitungspfad fest.

Kontaktbewertungen (H2A-Version):

• Nennspannung: 125 V DC

• Widerstandslast: 1 A DC

• Induktive Last (L/R = 7 ms, keine Unterdrückung): 1 A DC

• Induktive Last (L/R = 100 ms, mit Unterdrückung): 1 A DC

• Aktive Spannungsbegrenzung: Maximale Spannung ≤200 V DC

• Kontaktbewertung: NEMA-Klasse F, Mindestbetätigungen: 100.000

Wichtige Hinweise:

• Kontaktausgänge sind polaritätsempfindlich. Verdrahten Sie den Stromkreis sorgfältig, um eine Beschädigung der Relais zu vermeiden.

• Es gibt keine Kontakt- oder Magnetunterdrückung. Benutzer müssen eine externe Magnetunterdrückung hinzufügen, um eine Beschädigung der Relais und ihrer Kontakte zu vermeiden.

3. Spannungserkennungseingänge

Der IS200TRPAH2A bietet 4 isolierte Allzweck-Spannungssensoreingänge. Damit können beliebige Punkte im Auslösesystem überwacht und der Spannungsstatus in die Systemsteuerung eingespeist werden. Zu den typischen Anwendungen gehören die Überwachung der Versorgungsspannung für die beiden Auslösestränge und die Erfassung der Magnetspannung des von den Relais angetriebenen Geräts.

Spezifikationen des Spannungserkennungseingangs:

• Min./Max. Eingangsspannung: 16/140 V DC max

• Max. Leckstrom: 3 mA

• Maximale Erkennungsverzögerung: 60 ms

• Isolationsspannung: Optisch isoliert, 2500 V rms für eine Minute

• Überspannungs-/Spitzenwert: 1000 V Spitze für 8,3 ms

4. E-Stop-Notstopp-Eingang

Der IS200TRPAH2A verfügt über eine Not-Aus-Funktion, die aus einem optisch isolierten Eingangskreis besteht, der für einen Gleichstromeingang im Bereich von 24 bis 125 V Nennspannung ausgelegt ist. Wenn der Schaltkreis mit Strom versorgt wird, ermöglicht er die Spulenantriebsleistung in den R-, S- und T-Relaisschaltkreisen über unabhängige Hardwarepfade.

Technische Daten des Not-Aus-Eingangs:

• Eingangsspannung: 24–125 V DC ±10 % (18/140 V Spitze Min./Max.)

• Maximale Belastung: 12 mA (5 mA typisch)

• Maximale Verzögerung: 5 ms (typischerweise <1 ms)

Wichtige Merkmale:

• Die Reaktionszeit des Not-Aus-Kreises beträgt <5 ms. Zusammen mit der Reaktionszeit des Auslöserelais von <1 ms ergibt sich daraus eine sehr schnelle Not-Aus-Reaktion.

• Der Not-Aus-Schalter wird vom I/O-Paket überwacht, die Aktion zum Unterbrechen der Stromversorgung der Auslöserelaisspule liegt jedoch vollständig in der Hardware des TRPA.

• Das in ToolboxST gemeldete Not-Aus-Signal wird von der Firmware gespeichert und erfordert einen Master-Reset, um diesen Status zu löschen.

• Der Not-Aus-Schalter muss an eine SAUBERE Gleichstromquelle angeschlossen werden – Batterie oder gefilterter (<5 % Welligkeit) gleichgerichteter Wechselstrom.

• Für einen ordnungsgemäßen Betrieb müssen an den TRP-Eingängen mindestens 18 V Gleichstrom anliegen. Der erforderliche Strom wurde niedrig gehalten, um den Spannungsabfall bei langen Kabelstrecken zu minimieren.

5. Kurzschlusserkennung

Um die Auslösezuverlässigkeit zu gewährleisten, verfügt der IS200TRPAH2A über einen Sensorschaltkreis für jeden Relaissatz. Wenn den Relais der Befehl zum Öffnen erteilt wird und an den Relais Spannung anliegt, erkennt der Schaltkreis, ob ein oder mehrere Relais kurzgeschlossen sind. Dieses Signal geht an das I/O-Paket, um einen Alarm auszulösen. Der Erfassungsschaltkreis nutzt die Relaisbefehle aller drei I/O-Pakete, um Fehlanzeigen zu vermeiden, wenn ein I/O-Paket für das Schließen stimmt, während die anderen beiden für das Öffnen stimmen.

6. Konfiguration des Geschwindigkeitseingangs-Fanouts

Die Jumper JP1 und JP2 konfigurieren, ob die 4 passiven Geschwindigkeitseingänge vom R-Abschnitt zu den I/O-Paketen des S- und T-Abschnitts aufgefächert werden:

• Jumper nicht verwendet (in STORE-Position gespeichert): Jeder Satz von 4 Impulseingängen geht an sein eigenes dediziertes I/O-Paket.

• Verwendete Jumper (über Pin-Paaren platziert): Die 4 Geschwindigkeitseingänge des R-Abschnitts werden auf alle I/O-Pakete verteilt. Die Geschwindigkeitseingangsklemmen des S- und T-Abschnitts sind kontaktlos und sollten nicht verwendet werden.

  
  

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III. Systemanwendungen

1. Anwendung in aeroderivativen Turbinenschutzsystemen

Das IS200TRPAH2A ist die zentrale Anschlussplatine für aeroderivative Gasturbinenschutzsysteme. Zusammen mit drei I/O-Paketen (PTUR oder YTUR) bildet es ein Triple Modular Redundant (TMR) Notfallschutzsystem. Zu seinen Aufgaben innerhalb des Systems gehören:

• Übergeschwindigkeitsschutz: Überwacht die Turbinengeschwindigkeit über Geschwindigkeitssensoren und löst eine Abschaltung aus, wenn die Geschwindigkeit die Sollwerte überschreitet.

• Not-Aus: Empfängt externe Not-Aus-Signale über den Not-Aus-Eingang und versorgt die Auslöserelais schnell mit Strom.

• Auslösesteuerung: Treibt den Hauptschalter über TMR-gesteuerte Kontaktausgänge an, um eine Notabschaltung zu implementieren.

• Statusüberwachung: Überwacht die Versorgungsspannung und die Magnetspannung im Auslösestrang über Spannungserkennungseingänge.

• Fehlerdiagnose: Überwacht den Status der Relaiskontakte mithilfe von Schaltkreisen zur Kurzschlusserkennung und erkennt Fehler umgehend.

2. Unterschiede zur H1A-Version

Der Hauptunterschied zwischen der IS200TRPAH2A und der H1A-Version ist die Ausgangskontaktleistung:

Die H2A-Version eignet sich für industrielle Anwendungen, die eine Steuerspannung von 125 V DC erfordern, während die H1A-Version für 24 V DC-Systeme geeignet ist.

3. Sicherheitszertifizierte Versionen

Das Dokument erwähnt die Versionen IS200TRPAS1A und IS200TRPAS2A, die für die Verwendung mit YTUR sicherheitszertifiziert nach IEC 61508 sind. Der IS200TRPAH2A ist eine Standard-Industrieversion, die nicht als sicherheitszertifiziert erwähnt wird, aber funktionskompatibel mit den Sicherheitsversionen ist.

4. Typische Anwendungsszenarien

• Aeroderivative Gasturbinen: Notfallschutz für die LM-Serie und andere aeroderivative Gasturbinen.

• Industriegasturbinen: Geeignet für Industriegasturbinen, die eine Steuerspannung von 125 V Gleichstrom benötigen.

• Generatorschutz: Dient als Auslöseschnittstelle für Generatorhauptschutzsysteme.

• Kompressorschutz: Wird zum Schutz vor Überdrehzahl und zum Not-Aus in großen Industriekompressoren verwendet.

  
  

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IV. Detaillierte Schnittstellenbeschreibung

1. Klemmenblockzuordnung

Jeder Klemmenblock kann bis zu zwei AWG-Drähte Nr. 12 aufnehmen und ist für eine einfache Verkabelung und Wartung vor Ort steckbar. Unmittelbar links von jedem Klemmenblock befindet sich eine mit der Gehäuseerde verbundene Abschirmungsanschlussleiste.

2. Jumper-Konfiguration

3. Pinbelegung des Anschlusses

Pin	Signalname	Beschreibung
1-2	VSEN1_A/B	Spannungserkennungseingang 1
3-4	VSEN2_A/B	Spannungserkennungseingang 2
5-6	VSEN3_A/B	Spannungserkennungseingang 3
7-8	VSEN4_A/B	Spannungserkennungseingang 4
9	K1DCN	Auslöserelais 1 negativ
10	K1DCP	Auslöserelais 1 positiv
13	K2DCN	Auslöserelais 2 negativ
14	K2DCP	Auslöserelais 2 positiv
15	E-TRP	Not-Aus-Eingang
16	E-TRPR	Not-Aus-Rückkehr
17	P24O	24-V-Ausgang (für Not-Aus-Stromversorgung)
18	P24R	24 V-Rückführung
19-20	TTL2_T/TTL1_T	TTL-Geschwindigkeitseingänge im T-Abschnitt
21-22	TTL2_S/TTL1_S	S-Abschnitt TTL-Geschwindigkeitseingänge
23-24	TTL2_R/TTL1_R	TTL-Geschwindigkeitseingänge im R-Abschnitt
25-26	PR1_TH/PR1_TL	T-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 1
27-28	PR2_TH/PR2_TL	T-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 2
29-30	PR3_TH/PR3_TL	T-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 3
31-32	PR4_TH/PR4_TL	T-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 4
33-34	PR1_SH/PR1_SL	S-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 1
35-36	PR2_SH/PR2_SL	S-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 2
37-38	PR3_SH/PR3_SL	S-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 3
39-40	PR4_SH/PR4_SL	S-Abschnitt Passiver Geschwindigkeitseingang 4
41-42	PR1_RH/PR1_RL	Passiver Geschwindigkeitseingang 1 im R-Abschnitt
43-44	PR2_RH/PR2_RL	Passiver Geschwindigkeitseingang 2 im R-Abschnitt
45-46	PR3_RH/PR3_RL	Passiver Geschwindigkeitseingang R-Abschnitt 3
47-48	PR4_RH/PR4_RL	Passiver Geschwindigkeitseingang R-Abschnitt 4

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V. Funktionsprinzipien

1. Systemdesign

Die IS200TRPAH2A-Karte verfügt über zwei Anwendungsmethoden:

• Verwendung mit TTUR: Wenn eine TTUR-Klemmenplatine zur Aufnahme von drei I/O-Paketen verwendet wird, kann der TRPA über drei Kabel mit DC-37-Pin-Steckern an jedem Ende angeschlossen werden. In diesem Modus stellt der TRPA zwei kontaktgesteuerte Auslöserelaisausgänge, einen Not-Aus-Schalter und vier Spannungssensoren zur Verfügung. Die TRPA-Geschwindigkeitseingänge sind nicht aktiv und sollten nicht angeschlossen werden.

• Direkt montierte I/O-Packs: Drei I/O-Packs werden direkt auf dem TRPA montiert. In diesem Modus werden die TRPA-Geschwindigkeitseingänge zu aktiven Pfaden im I/O-Paket, was eine primäre Auslöselösung mit einer einzigen Klemmenplatine ermöglicht. Simplex-Betrieb ist nicht möglich.

2. Funktionsprinzip des Auslöserelais

Die Auslöserelais bestehen aus Sätzen von sechs einzelnen Form-A-Geräten, die in einem Abstimmungsmuster angeordnet sind. Alle zwei Controller, die für die Schließung stimmen, richten einen Leitungspfad durch das Set ein. Um kurzgeschlossene Relais zu erkennen, wird an jedem Relaissatz eine Erkennungsschaltung angebracht. Wenn den Relais der Befehl zum Öffnen erteilt wird und an den Relais Spannung anliegt, erkennt der Schaltkreis, ob ein oder mehrere Relais kurzgeschlossen sind. Dieses Signal geht an das I/O-Paket, um einen Alarm auszulösen.

3. Funktionsprinzip des Not-Aus-Schalters

Die Not-Aus-Funktion besteht aus einem optisch isolierten Eingangskreis. Wenn der Schaltkreis mit Strom versorgt wird, ermöglicht er die Spulenantriebsleistung in den R-, S- und T-Relaisschaltkreisen über unabhängige Hardwarepfade. Der Not-Aus-Schalter wird vom I/O-Paket überwacht, aber die Aktion zum Unterbrechen der Stromversorgung der Auslöserelaisspule erfolgt vollständig in der Hardware des TRPA, was eine extrem schnelle Reaktion und hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.

Wichtige Hinweise:

• Das in ToolboxST gemeldete Not-Aus-Signal wird von der Firmware gespeichert und erfordert einen Master-Reset, um diesen Status zu löschen. „True“ zeigt einen abgeschlossenen Not-Aus-Schaltkreis an. „Falsch“ zeigt einen Verlust des Not-Aus-Schalters seit dem letzten Master-Reset an, nicht den aktuellen Zustand des Not-Aus-Schaltkreises.

• Wenn der Benutzer keinen Not-Aus-Schalter benötigt oder verwendet, verbinden Sie die lokale TRP-Stromquelle (P240 und P24R) mit den entsprechenden TRP-Eingängen an der Klemmenleiste.

  
  

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VI. Diagnose und Konfiguration

1. Diagnosefunktionen

Der IS200TRPAH2A führt die folgenden Diagnosetests über die I/O-Packs durch:

Diagnosesignale können einzeln zwischengespeichert und mit dem RESET_DIA-Signal nach Rückkehr in den Normalzustand zurückgesetzt werden.

2. Konfigurationsmethode

Die Konfiguration des IS200TRPAH2A erfolgt hauptsächlich über die Jumper JP1 und JP2, um die Fanout-Methode für den Drehzahleingang auszuwählen. Andere Konfigurationen werden über die I/O-Pakete und die ToolboxST-Software durchgeführt.

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VII. Installation und Wartung

1. Vorsichtsmaßnahmen bei der Installation

• 240-V-Wechselstrom-Anwendung Warnung: Bei 240-V-Wechselstrom-Anwendungen dürfen die 240-V-Wechselstrom- und die Gleichstromspannung nicht versehentlich miteinander verbunden werden. Die Spitzenspannung übersteigt die Transorb-Nennleistung, was zu einem Ausfall führt.

• 120-V-Wechselstromanwendungen: Bei 120-V-Wechselstromanwendungen kann die Transorb-Bewertung der Spitzenspannung standhalten, ohne dass es zu einem Ausfall kommt.

• Not-Aus-Verkabelung: Der Not-Aus-Schalter muss an eine saubere Gleichstromquelle angeschlossen werden. Verwenden Sie ein Twisted-Pair-Kabel und vermeiden Sie den Betrieb mit Wechselstromkabeln.

• Polarität der Kontaktausgänge: Kontaktausgänge sind polaritätsempfindlich. Verdrahten Sie den Stromkreis sorgfältig, um eine Beschädigung der Relais zu vermeiden.

2. Wartungsempfehlungen

• Regelmäßige Inspektion: Überprüfen Sie, ob die Klemmenblöcke fest eingesteckt sind und die Drähte nicht locker sind.

• Reinigung: Reinigen Sie das Board regelmäßig, um Staubansammlungen zu vermeiden.

• ESD-Schutz: Tragen Sie beim Umgang mit der Platine ein Erdungsband und bewahren Sie sie in antistatischen Beuteln auf.

• Ersatzteilmanagement: Halten Sie eine TRPAH2A-Ersatzplatine bereit, um Ausfallzeiten im Fehlerfall zu reduzieren.

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