El tablero de terminales de protección de emergencia IS200TPROH1C es un componente crítico dentro del sistema de control de turbina Mark VI, diseñado específicamente para implementar un sistema de protección de verificación de sincronización y sobrevelocidad de emergencia independiente, separado del sistema de control primario. Actúa como una unidad de interfaz de señal altamente confiable, responsable de recopilar señales de protección críticas de la turbina y distribuirlas a placas de protección VPRO de triple redundancia para su procesamiento. La filosofía de diseño central del TPRO es proporcionar una 'última línea de defensa' confiable, asegurando que se pueda activar de manera efectiva un disparo de turbina para proteger el equipo incluso si falla el sistema de control principal.
Esta placa de terminales no depende de los paquetes de E/S de Mark VIe y es una entidad de hardware independiente. Su diseño se adhiere a los principios de los sistemas de protección de alta integridad, utilizando tecnologías de redundancia, aislamiento y diagnóstico para minimizar la probabilidad tanto de disparos falsos como de fallas en el disparo.
2. Arquitectura del sistema y función funcional
El IS200TPROH1C desempeña el papel de un centro de distribución y agregación de señales dentro de la arquitectura del sistema de protección. Todo el sistema de protección de emergencia consta principalmente de tres partes:
Tablero de terminales IS200TPROH1C: Responsable de recibir todas las señales de protección sin procesar de los sensores de campo.
Placas de protección VPRO de triple redundancia (VPRO-R8, VPRO-S8, VPRO-T8): reciben señales del IS200TPROH1C, ejecutan de forma independiente la lógica de protección (p. ej., determinación de sobrevelocidad, verificación de sincronización) y emiten comandos de disparo.
Placas de relés de disparo TREx (p. ej., TREG): reciben comandos del VPRO y controlan directamente el circuito de alimentación de los solenoides de disparo.
La función principal del IS200TPROH1C es proporcionar señales de entrada idénticas y aisladas a las tres placas VPRO simultáneamente. Esto significa que cada señal, desde captadores de velocidad hasta transformadores de voltaje y termopares, es paralela y distribuida por el TPRO a tres canales VPRO independientes. Esta arquitectura es la base para lograr un sistema de protección triple modular redundante, asegurando que una sola placa VPRO o falla en la ruta de señal no conduzca a la pérdida de toda la función de protección.
El flujo de trabajo del sistema es el siguiente: Las señales del sensor están conectadas al TPRO -> TPRO distribuye señales en paralelo a los tres VPRO -> Cada VPRO ejecuta su lógica de forma independiente -> Los VPRO votan, a través de relés en la placa TREx, para decidir si energizar los solenoides de disparo. El TPRO se conecta a las placas VPRO a través de conectores tipo carcasa 'D' de 37 pines con sujetadores, lo que garantiza la confiabilidad de la conexión. Además, los bloques de terminales del TPRO tienen un diseño tipo barrera y se pueden desconectar completamente de la placa, lo que facilita significativamente los trabajos de mantenimiento y cableado.
3. Funciones detalladas y principios operativos
3.1 Función de protección de emergencia contra exceso de velocidad
Esta es la función más crítica del IS200TPROH1C. Su principio es monitorear la velocidad de la turbina y activar un apagado de emergencia cuando la velocidad excede un punto de ajuste seguro.
Adquisición de Señal: La placa terminal IS200TPROH1C está diseñada para conectar hasta nueve captadores de velocidad magnéticos pasivos. Estos nueve pickups generalmente se dividen en dos grupos: un grupo (los primeros tres) suministra el controlador principal para el control de velocidad y la protección primaria contra exceso de velocidad; el otro grupo (los siguientes tres o más) está dedicado al IS200TPROH1C para protección de emergencia contra exceso de velocidad. El TPRO enruta las señales de estos captadores de exceso de velocidad de emergencia a las tres placas VPRO a través de cables y conectores separados, y cada VPRO recibe una señal de un captador.
Procesamiento y transmisión de señales:
Los captadores magnéticos detectan los dientes del engranaje y generan una señal de voltaje sinusoidal. La amplitud y frecuencia de la señal aumentan al aumentar la velocidad.
El circuito de entrada de la placa IS200TPROH1C procesa estas señales de alta frecuencia. Su circuito de entrada tiene características de carga específicas y cuenta con un amplio rango de frecuencia de pulso y alta sensibilidad.
Las pastillas se pueden ubicar hasta a 300 metros del gabinete IS200TPROH1C utilizando un cable de par trenzado blindado, lo que ofrece una fuerte inmunidad al ruido.
Lógica de Redundancia: Las tres placas VPRO calculan de forma independiente la velocidad en función de sus respectivas señales recibidas. El comando de disparo de emergencia normalmente utiliza una lógica de votación 'dos de tres'; es decir, el sistema sólo iniciará un viaje si al menos dos VPRO detectan simultáneamente una condición de exceso de velocidad. Esto evita tanto disparos falsos debido a un solo arranque o falla de VPRO como fallas de disparo debido a una falla de un solo canal.
3.2 Función de protección de verificación de sincronización de respaldo
Esta función evita que el disyuntor del generador se cierre cuando el generador y la red no están sincronizados, evitando así daños masivos por tensión mecánica y eléctrica al generador y a la red.
Adquisición de Señales: El IS200TPROH1C recibe señales del lado secundario de dos transformadores de potencial monofásicos: Voltaje del Generador y Voltaje del Bus. Estas señales suelen tener una potencia nominal de 115 V RMS.
Distribución y aislamiento de señales: El TPRO pone en paralelo internamente estas dos señales de voltaje y las distribuye a las tres placas VPRO. Cada entrada de PT está aislada magnéticamente dentro del TPRO, que cuenta con una barrera de aislamiento nominal de 1500 V RMS, y cada entrada de PT presenta una carga de menos de 3 VA, lo que garantiza la precisión y seguridad de la señal.
Principio de funcionamiento: Cada placa VPRO contiene un módulo de verificación de sincronización de alta precisión que monitorea continuamente la diferencia de magnitud de voltaje, diferencia de frecuencia y diferencia de ángulo de fase entre los voltajes del generador y del bus.
Salida de protección: Solo se emite una señal de permiso cuando las condiciones 'sincronizadas' de los tres canales VPRO se confirman a través de la lógica de votación. Esto acciona el relé K25A en la placa TREG. Los contactos del relé K25A están conectados en serie con los contactos del relé de permiso de sincronización principal y del relé de sincronización automática. Esta conexión en serie cableada forma un enclavamiento de seguridad robusto: el comando de cierre del disyuntor del generador solo se puede emitir si se otorgan la verificación de sincronización de respaldo, el sistema de sincronización principal y otros permisos, lo que previene efectivamente comandos de cierre falsos.
3.3 Funciones de termopar y entrada analógica
El IS200TPROH1C también proporciona canales de entrada de protección analógica adicionales para la turbina de gas, utilizados principalmente para la temperatura de respaldo y la protección de los parámetros del proceso.
Entradas de termopar: El IS200TPROH1C proporciona 9 entradas de termopar, utilizadas principalmente para protección contra sobretemperatura de escape de respaldo en turbinas de gas. Estos 9 termopares están distribuidos uniformemente en las tres placas VPRO, y cada VPRO recibe 3. Esta distribución proporciona redundancia: incluso si la función de medición de temperatura de un canal VPRO falla por completo, los otros dos canales aún pueden realizar la protección contra sobretemperatura.
Entradas analógicas: El IS200TPROH1C proporciona 3 entradas analógicas:
1 entrada multifunción: Configurable mediante puentes JP1A y JP1B para aceptar una señal de corriente de 4-20 mA, ±5 V CC o señal de voltaje ±10 V CC.
2 entradas de corriente dedicadas de 4-20 mA.
Estas entradas analógicas se pueden utilizar para monitorear parámetros críticos, como la presión del aceite lubricante o la presión del gas combustible, y sirven como protección de respaldo para el sistema de control principal. Las placas VPRO suministran alimentación de 28 V CC para estos sensores. Esta energía se acondiciona a través de circuitos en el TPRO antes de que las señales estándar de 4-20 mA se envíen a los tres VPRO.
4. Diseño e instalación de hardware
El IS200TPROH1C es un tablero de terminales independiente que mide 17,8 cm de ancho x 33,02 cm de alto, diseñado para montaje directo en la chapa del panel, generalmente utilizando un esquema de montaje en forma de cerradura.
Bloques de terminales: Los bloques de terminales en la placa están claramente divididos en áreas funcionales, que incluyen voltaje del generador/bus, entradas analógicas, entradas de termopar y entradas de captación de velocidad magnética. Cada terminal puede aceptar hasta dos cables #12 AWG con aislamiento de 300 voltios.
Mantenibilidad: Los bloques de terminales tipo barrera se pueden desconectar en su totalidad de la placa de circuito, lo cual es extremadamente conveniente para reemplazar o inspeccionar cables sin manipular la placa en sí.
Conectores: La conexión a las tres placas VPRO se logra a través de conectores tipo carcasa 'D' de 37 pines, que cuentan con mecanismos de bloqueo para una conexión confiable en ambientes vibrantes.
Alimentación: Las placas VPRO suministran alimentación de 28 V CC al TPRO, que se utiliza específicamente para alimentar los sensores analógicos conectados.
5. Diagnóstico y Mantenimiento
El sistema IS200TPROH1C y VPRO incorporan diagnósticos integrales en línea para garantizar el estado del sistema de protección.
Diagnóstico de señal: Los VPRO monitorean continuamente todas las señales de entrada del TPRO. Si una entrada analógica excede los límites alto/bajo preestablecidos, o si la calidad de la señal es anormal, el VPRO generará una falla.
Identificación de Hardware y Diagnóstico de Compatibilidad: Los conectores de la placa terminal TPRO incorporan un chip de identificación de sólo lectura. Este chip está codificado con el número de serie, el tipo de placa, el número de revisión y la ubicación del enchufe de la placa terminal. Cuando la placa VPRO se enciende o funciona, lee esta información de identificación. Si se detecta una discrepancia, el VPRO genera inmediatamente una falla de 'incompatibilidad de hardware', evitando anomalías en la función de protección causadas por una configuración incorrecta del hardware.
Resumen de alarma: si se diagnostica que alguna señal del TPRO o sus cables de conexión no está en buen estado, se activa la correspondiente alarma de diagnóstico compuesta del VPRO. Estas señales de diagnóstico se pueden bloquear y restablecer individualmente una vez que la señal vuelve a un estado saludable.
