Das IS220PTURH1B ist ein Turbinen-spezifisches Primärauslöse-I/O-Paket, das in den Mark VIe- und Mark VIeS-Steuerungssystemen von GE verwendet wird. Es handelt sich um ein Modell der PTUR-Serie, das eine funktionskompatible BPPC-Prozessorplatine enthält, die die ControlST-Software-Suite V04.07 oder höher erfordert. Dieses Modul dient als elektrische Schnittstelle zwischen Turbinensteuerungs-Anschlussplatinen (z. B. TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) und einem oder zwei E/A-Ethernet-Netzwerken und fungiert als Kernkomponente für die Implementierung wichtiger Turbinenschutz- und Steuerungsfunktionen.
Der IS220PTURH1B wurde speziell für die Verarbeitung von Signalen entwickelt, die für den sicheren und stabilen Betrieb von Dampf- und Gasturbinen unerlässlich sind, einschließlich Drehzahlüberwachung, automatische Synchronisierung (Synchronisierung), Wellenspannungs-/-stromüberwachung und (bei Verwendung mit der TRPG-Klemmenplatine) Flammenerkennung. Sein ultimatives Ziel besteht darin, den Hauptschalter und die primären Auslösemagnete zuverlässig anzutreiben und so ein schnelles Abschalten der Einheit unter gefährlichen Bedingungen wie Übergeschwindigkeit sicherzustellen. Das Modul unterstützt sowohl Simplex- als auch Triple Modular Redundant (TMR)-Systemkonfigurationen und bietet eine äußerst zuverlässige primäre Schutzschicht für verschiedene Turbinenanwendungen.
Kernfunktionsbeschreibung
Der IS220PTURH1B integriert mehrere Signalverarbeitungsfunktionen in eine umfassende Turbinen-Primärschutzplattform.
Vier Geschwindigkeitssensoreingänge
Drehzahl : Für normale Einwellenturbinen.
Speed_High : Bietet einen erweiterten Geschwindigkeitsbereich über den Standardtyp hinaus.
Speed_HSNG : Wird verwendet, um inkonsistente Zahnabstände am Geschwindigkeitsrad auszugleichen, indem ein Zahnzuordnungsalgorithmus verwendet wird, um periodische Fehler aus Geschwindigkeitsmessungen zu entfernen.
Speed_LM : Entwickelt für Gasturbinen der LM-Serie.
Durchfluss : Für Durchflussmessungen des Kraftstoffdurchflusses mit Strömungsteiler.
Schnittstellentyp: Bietet 4 Kanäle zum Anschluss passiver magnetischer Geschwindigkeitsaufnehmer.
Frequenzbereich: Unterstützt einen breiten Impulsfrequenz-Eingangsbereich von 2 Hz bis 20.000 Hz und ermöglicht so eine genaue Messung von der Getriebedrehzahl von 2 U/min (um festzustellen, ob der Rotor gestoppt ist) bis hin zu Überdrehzahlsignalen weit über der Nenndrehzahl.
Signalumwandlung: Interne Schaltkreise wandeln Pulsfrequenzsignale in digitale Geschwindigkeitswerte um.
Konfiguration des Pulsfrequenztyps: Der Anwendungstyp kann über den PRType- Parameter flexibel konfiguriert werden:
Generator- und Busspannungseingänge (automatische Synchronisierung)
Eingangssignale: Empfängt Generatorspannungs- und Busspannungssignale von externen Potenzialtransformatoren (PTs), nominal 115 V RMS.
Kernfunktion: Diese Eingänge werden für die automatische Synchronisierungsfunktion verwendet, die es dem Generator ermöglicht, die Spannung, Frequenz und Phase des Systembusses genau anzupassen, bevor der Leistungsschalter geschlossen wird.
Messgenauigkeit: Die Genauigkeit der Frequenzmessung beträgt 0,05 % im Bereich von 45–66 Hz; Die Genauigkeit der Phasendifferenzmessung ist besser als ±1°.
Überwachung von Wellenspannung und Wellenstrom
AC-Test: Legt eine 2-kHz-Testspannung an, um die Integrität des Messkreises zu überprüfen.
Gleichstromtest: Legt eine 5-V-Gleichstromquelle an, um den Durchgang des externen Stromkreises (einschließlich Bürsten, Welle und Verbindungsdrähten) zu testen. Widerstandswerte über der BrushLimit -Einstellung weisen auf einen möglichen Fehler hin.
Zweck: Überwachung potenzieller Lagerschäden, die durch elektrischen Stromfluss verursacht werden, der auf statische Elektrizität (z. B. Wassertropfen aus Laufschaufeln der letzten Stufe in Dampfturbinen), Wechselstromwelligkeiten im Generatorfeld oder Asymmetrien des Generatormagnetkreises zurückzuführen sein kann.
Überwachungsinhalte:
Testfunktionen:
Flammenmeldereingänge (mit TRPG)
Bei Verwendung mit der TRPG-Primärauslöse-Klemmenplatine kann der PTURH1B Signale von acht Flammenmeldern überwachen.
Funktionsprinzip: Ohne Flamme lädt sich der Detektor auf die Versorgungsspannung auf. Das Vorhandensein einer Flamme bewirkt, dass sich der Detektor auf ein bestimmtes Niveau auflädt und sich dann über das TRPG entlädt. Eine höhere Flammenintensität erhöht die Entladungsfrequenz (0-1000 Impulse/Sek.). Der PTUR wandelt diese Entladungsenergien in Spannungsimpulse um und zählt diese.
Ausgabefunktionen
Primäre Auslösemagnetschnittstelle: Treibt Auslösemagnete an, die an Auslöseklemmenleisten der TRPx-Serie angeschlossen sind (bis zu 3), und löst letztendlich das Notauslösesystem der Turbine aus.
Automatische Synchronisationssteuerung: Gibt präzise Schließbefehle an die Einschaltspule des Hauptschalters (52G) aus, indem das Relais K25 (Auto Sync) auf der TTURH1C-Klemmenplatine gesteuert wird.
Synchronisierungsfreigabe: Bietet Sequenzerlaubnis für die Generatorsynchronisierung durch Steuerung des K25P-Relais.
Diagnose und Statusüberwachung
Das Modul bietet umfassende Selbstdiagnose, einschließlich Überwachung der Stromversorgung, Hardwareprüfungen, Kommunikationsstatus und Rückmeldungsüberwachung kritischer Relais und Sensoren.
Hardware-Architektur und Funktionsprinzipien
(A) Hardware-Zusammensetzung
Das IS220PTURH1B-Modul besteht aus:
BPPC-Prozessorplatine: Der gemeinsame Prozessorkern für verteilte E/A-Pakete, der Kommunikation, Logikverarbeitung und Datenverarbeitung übernimmt.
Anwendungsspezifische Platine: Enthält spezielle Schaltkreise zur Verarbeitung von Turbinen-spezifischen Signalen (z. B. Drehzahl, Spannung).
Analoge Erfassungstochterplatine: Verantwortlich für die hochpräzise Erfassung analoger Signale wie Spannungen und Wellenüberwachungssignale.
Anschlüsse:
Unterer DC-62-Pin-Anschluss: Wird direkt an die entsprechende Klemmenleiste (TTUR, STUR, TRPA) angeschlossen und überträgt alle I/O-Signale.
RJ-45-Ethernet-Ports (ENET1, ENET2): Für die Kommunikation mit dem Mark VIe-Controller, unterstützt einfache oder duale Netzwerkredundanz.
3-poliger Stromeingang: Externe 28-V-DC-Stromversorgung.
(B) Prinzipien des automatischen Synchronisierungssystems
Dies ist eine der komplexesten Kernfunktionen des IS220PTURH1B und zielt darauf ab, den Generatorschalter im optimalen Moment (Phasendifferenz nahe Null) zu schließen, um eine reibungslose Verbindung zum Netz zu gewährleisten.
Signalerfassung und -berechnung:
Der IS220PTURH1B überwacht kontinuierlich die Generatorspannung ( V_Gen ) und die Busspannung ( V_Bus ).
Es berechnet präzise die Phasendifferenz ( GenPhaseDiff ), den Schlupf ( GenFreqDiff , Frequenzdifferenz) und die Beschleunigung zwischen ihnen.mithilfe einer Nullspannungsdurchgangstechnik
Schlupf: Positiv, wenn die Generatorfrequenz höher als die Busfrequenz ist. Phase: Positiv, wenn der Generator den Bus anführt.
Enge Entscheidung und Vorhersage:
Der Auto-Sync-Algorithmus gibt den Schließbefehl nicht genau zum Zeitpunkt der Null-Phasendifferenz aus, sondern muss die Betriebszeit des Leistungsschalters vorhersagen.
Basierend auf der aktuellen Phase, dem aktuellen Schlupf, der aktuellen Beschleunigung und der konfigurierten Leistungsschalter-Schließzeit ( CBxCloseTime ) berechnet der Algorithmus eine voraussichtliche Schließvorlaufzeit.
Der Schließbefehl wird ausgegeben, wenn der Generator derzeit nacheilt (negative Phasendifferenz) und mindestens in den letzten 10 aufeinanderfolgenden Zyklen nacheilte, UND der Algorithmus davon ausgeht, dass er zum tatsächlichen Zeitpunkt des Schließens des Leistungsschalters voreilt. Diese Strategie stellt eine minimale Phasendifferenz zum Zeitpunkt des Schließens sicher.
Relaiskoordination:
Das Schließen des Generatorschalters erfordert die gleichzeitige Erfüllung von drei Bedingungen, gesteuert durch drei Relais:
K25P (Sync Permissive Relay): Wird direkt vom Controller-Anwendungscode gesteuert. Überprüft, ob sich die Turbine im richtigen Sequenzstatus für die Synchronisierung befindet.
K25 (Auto-Sync-Relais): Angesteuert durch den Auto-Sync-Algorithmus im PTURH1B. Wird aktiviert, wenn die Spannungs-, Frequenz- und Phasenbedingungen erfüllt sind und das Schließen genau vorhergesagt wird.
K25A (Sync-Check-Relais): Befindet sich auf TTUR, wird jedoch vom Sync-Check-Algorithmus im PPRO- oder YPRO-E/A-Modul gesteuert (basierend auf 2-aus-3-Logik). Dient als unabhängige Backup-Prüfung und stellt sicher, dass die Phase oder der Schlupf innerhalb eines zulässigen Fensters liegt.
Der Einschaltkreis des Leistungsschalters ist nur dann abgeschlossen, wenn K25A zuerst anzieht (um eine Beeinträchtigung der Optimierung zu verhindern), gefolgt von K25 und K25P.
Adaptive Steuerung:
Der Algorithmus ermöglicht eine selbstadaptive Steuerung der Schließzeit des Leistungsschalters. Es misst die tatsächliche Schließzeit des Leistungsschalters anhand der Rückmeldung vom 52G/a-Hilfskontakt nach jedem Schließen und vergleicht sie mit dem Sollwert.
Anschließend passt es den automatisch CBxCloseTime- Parameter in Schritten von einem Zyklus (16,6/20 ms) pro Schließung an, um ihn dem tatsächlichen Wert anzunähern und so die Schließgenauigkeit kontinuierlich zu verbessern. Diese Anpassung wird durch den konfigurierbaren begrenzt . CBxAdaptLimit Parameter
Betriebsarten:
Aus: Die Synchronisierung ist deaktiviert.
Manuell: Der Bediener leitet den Schließbefehl ein, er unterliegt jedoch weiterhin den K25A-Kontakten.
Auto: Das System passt Spannung und Geschwindigkeit automatisch an und schließt den Leistungsschalter dann zum richtigen Zeitpunkt.
Überwachung: Identisch mit dem Auto-Modus, blockiert jedoch den tatsächlichen Ausgang des K25-Relais, das zum Testen und Überprüfen der Systemleistung verwendet wird, ohne den Leistungsschalter tatsächlich zu schließen.
(C) Prinzipien des schnellen Übergeschwindigkeitsschutzes
Für Anwendungen, die eine extrem schnelle Reaktion erfordern, kann der IS220PTURH1B integrierte Algorithmen zur schnellen Übergeschwindigkeitsauslösung aktivieren. Die Auslöselogik wird direkt im PTUR unter Umgehung des Controllers ausgeführt, was zu einer Auslösezeit von 30 ms oder weniger führt.
PR_Single-Algorithmus:
Anwendung: Wird hauptsächlich für LM-Gasturbinen verwendet und sorgt für Redundanz.
Prinzip: Zwei redundante Geschwindigkeitssensorsignale werden auf zwei redundante PTURs aufgeteilt. Jeder PTUR verarbeitet unabhängig seine eigenen Geschwindigkeitssignale ( PulseRate1 bis PulseRate4 ).
Schutzarten: Jeder Geschwindigkeitskanal kann einen unabhängigen Übergeschwindigkeitssollwert ( PRxSetpoint ) haben. Bietet außerdem einen Beschleunigungsauslöseschutz ( AccATrip , AccBTrip ), um vor einer schnellen Rotorbeschleunigung zu schützen.
PR_Max-Algorithmus:
Anwendung: Ein einzelner PTUR ist mit zwei redundanten Geschwindigkeitssensoren verbunden.
Prinzip: Der Algorithmus verwendet den Maximalwert zweier Geschwindigkeitssignale ( MAX(PR1, PR2) und MAX(PR3, PR4) ).zur Entscheidungsfindung
Schutzarten: Neben Übergeschwindigkeits- und Beschleunigungsschutz bietet es auch einen Verzögerungsschutz ( DecelTrip ), einen Schutz vor Wellenausfall und einen Geschwindigkeitsdifferenzschutz ( FastDiffTrip ). Wenn ein Sensor ausfällt, kann der andere immer noch Schutz bieten und Fehlauslösungen vermeiden.
(D) Prinzipien der Wellenspannungs-/-stromüberwachung
Installation, Konfiguration und Diagnose
Installation:
Stecken Sie das Modul IS220PTURH1B direkt in die Anschlüsse der montierten Klemmenplatine (TTUR, STUR, TRPA).
Befestigen Sie das I/O-Paket mechanisch mit den Gewindebolzen neben den Ethernet-Ports und einer speziellen Montagehalterung. Stellen Sie dabei sicher, dass keine rechtwinklige Kraft auf den DC-62-Pin-Anschluss ausgeübt wird.
Schließen Sie ein oder zwei Ethernet-Kabel und das 28-V-DC-Netzteil an.
Konfiguration (mit ToolboxST-Software):
Impulsfrequenzparameter: Stellen Sie PRType , PRScale (Impulse pro Umdrehung), TeethPerRev (Zähne am Geschwindigkeitsrad) usw. ein.
Auto-Sync-Parameter: Konfigurieren Sie CBxCloseTime (Schließzeit des Leistungsschalters), CBxAdaptLimit (adaptiver Grenzwert) usw.
Fast Trip-Parameter: Wählen Sie TripType (PR_Single oder PR_Max) und stellen Sie die entsprechenden Übergeschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Verzögerungssollwerte ein.
Systemgrenzen: Legen Sie Alarm- und Auslösegrenzen für verschiedene Signale fest.
Diagnose und LED-Anzeigen:
K25: Zeigt einen Befehl zum Aktivieren des Auto-Sync-Relais an.
K25P: Zeigt einen Befehl zum Aktivieren des Synchronisierungsfreigaberelais an.
DCT: Zeigt an, dass der DC-Test aktiviert ist.
K1, K2, K3: Zeigt einen Befehl zur Aktivierung des entsprechenden Auslöserelais an.
Der PTURH1B führt Power-Up-Selbsttests und eine kontinuierliche Hardware-Überwachung durch.
LEDs auf der Modulfrontplatte liefern wichtige Statusanzeigen:
Detaillierte Diagnosealarme, wie z. B. Synchronisierungsrelaisfehler, überschrittene adaptive Anpassungsgrenzen des Leistungsschalters und Hardware-Nichtübereinstimmungen, können in ToolboxST angezeigt werden und helfen bei der Fehlerbehebung.
