El sistema de disparo primario específico de turbina VTUR es un componente protector central del sistema de control de turbinas de gas y vapor Mark VI, diseñado como la primera línea de defensa para garantizar el funcionamiento seguro de las unidades de turbina. El IS200VTURH1B es un tablero terminal crítico dentro de este sistema, que actúa como centro de interfaz entre el tablero de control principal VTUR y los sensores/actuadores de campo. Es responsable de agregar señales críticas como velocidad, voltaje y estado de la llama, y de ejecutar comandos de disparo y sincronización desde el controlador. Conocido por su alta confiabilidad, respuesta rápida y diagnóstico integral, este sistema se usa ampliamente en los sectores energético e industrial donde se requieren los más altos estándares de seguridad.
2. Funciones básicas y principios detallados
El tablero de terminales IS200VTURH1B funciona en conjunto con el tablero principal VTUR para implementar un sistema de control y protección redundante de múltiples capas para turbinas.
2.1 Protección primaria contra sobrevelocidad y medición de velocidad
Esta es la función de protección más crítica del sistema VTUR, diseñada para evitar que la velocidad de la turbina exceda los límites de diseño mecánico y evitar fallas catastróficas.
Principio técnico:
Adquisición de señal: El sistema se conecta a cuatro captadores de velocidad magnéticos pasivos independientes a través del tablero de terminales IS200VTURH1B. Estos sensores están montados junto a una rueda de velocidad de sesenta dientes que gira con el eje de la turbina. El diente y el espacio alternos cambian el flujo magnético, generando una señal de voltaje CA con una frecuencia proporcional a la velocidad. Este diseño es ventajoso ya que no requiere alimentación externa, es robusto y tiene una fuerte inmunidad al ruido.
Procesamiento de señales: Las señales sinusoidales débiles de los sensores se transmiten mediante cables blindados al IS200VTURH1B y luego a la placa principal del VTUR. El VTUR contiene frecuencia de pulso para circuitos digitales, que primero filtran la señal (eliminando el ruido de alta frecuencia), la fijan (limitando la amplitud del voltaje para proteger los circuitos posteriores) y aplican el acoplamiento de CA (eliminando la compensación de CC). Luego, un disparador Schmitt convierte la onda sinusoidal en un tren de pulsos de onda cuadrada, donde cada pulso representa el paso de un diente.
Cálculo y votación de velocidad: el controlador (VCMI) calcula la velocidad en tiempo real (RPM) midiendo la frecuencia del pulso. En un sistema TMR (Triple Modular Redundante), tres módulos de controlador calculan la velocidad de forma independiente y se realiza una selección del valor medio: el valor medio de las tres lecturas se utiliza como la velocidad válida final para control y protección. Este mecanismo puede tolerar una falla en cualquier módulo o sensor, lo que mejora significativamente la confiabilidad del sistema.
Lógica de disparo por exceso de velocidad: el cálculo principal del disparo por exceso de velocidad se realiza principalmente en el controlador. El controlador compara la velocidad media votada con un punto de ajuste de disparo por sobrevelocidad preestablecido. Una vez que la velocidad excede el punto de ajuste, el controlador genera inmediatamente una señal de disparo. Esta señal se envía a la placa VTUR, que luego activa los relés de disparo primarios en la placa terminal de disparo TRPx. Estos relés controlan el circuito de alimentación de los solenoides de disparo de emergencia (ETD). La desenergización del relé hace que el solenoide ventile la presión, lo que activa el sistema hidráulico mecánico para cerrar rápidamente las válvulas de vapor o combustible de la turbina, logrando un apagado.
2.2 Disparo rápido por exceso de velocidad
Para aplicaciones como turbinas de gas que requieren una respuesta extremadamente rápida, la protección primaria estándar contra exceso de velocidad puede no ser lo suficientemente rápida. Por lo tanto, VTUR incorpora un algoritmo de disparo rápido por exceso de velocidad que se ejecuta directamente en el hardware VTUR, sin pasar por el controlador y reduciendo el tiempo de respuesta del disparo a 30 milisegundos o menos.
Principio técnico:
PR_Single (Frecuencia de pulso - Simple): este algoritmo divide dos señales de sensores de velocidad redundantes en dos placas VTUR redundantes. Cada placa utiliza su única señal de sensor para tomar una decisión independiente sobre exceso de velocidad. El sistema permanece operativo sólo si ninguna de las placas activa un viaje. Esto proporciona redundancia tanto a nivel del sensor como de la placa VTUR y es el algoritmo preferido para las turbinas de gas de la serie LM.
PR_Max (Frecuencia de pulso - Máxima): Este algoritmo conecta dos señales de sensores de velocidad redundantes a una sola placa VTUR. La placa compara continuamente los valores de velocidad y siempre utiliza la mayor de las dos velocidades para juzgar el exceso de velocidad. Este método protege eficazmente contra fallas de disparo en casos de 'eje roto' o desaceleración severa donde la señal de un sensor falla o cae erróneamente, al mismo tiempo que evita disparos molestos debido a una falla de un solo sensor.
Opciones de algoritmo: VTUR ofrece dos algoritmos de viaje rápido.
Enclavamiento de hardware: la señal de disparo rápido se emite a través de salidas dedicadas (PTR1 a PTR6) en la placa VTUR y se conecta al circuito de relé de disparo primario a través de una lógica de puerta OR. Esto asegura que los relés de disparo se activarán ya sea que se active el disparo primario estándar O el disparo rápido.
2.3 Monitoreo de voltaje y corriente del eje
Esta función protege los cojinetes del generador de turbina contra daños por erosión eléctrica causados por las corrientes del eje.
Principio técnico:
Prueba de CA: Iniciada por el controlador R, inyecta una señal de prueba de 1 kHz en el circuito de medición de voltaje del eje. Los controladores S y T en buen estado deberían detectar este desplazamiento de frecuencia específico. Esta prueba verifica la integridad de todo el circuito desde VTUR hasta el punto de medición.
Prueba de CC: también iniciada por el controlador R, aplica un voltaje de 5 V CC al bucle externo de eje a tierra y mide la corriente CC resultante. Al calcular la resistencia del bucle, el sistema puede determinar si la resistencia de contacto de las escobillas ( límite de escobillas ) y el bucle de derivación ( límite de derivación ) están dentro del rango normal. Una resistencia excesivamente alta generalmente indica desgaste de las escobillas, mal contacto o un circuito abierto.
Fenómeno y peligro: Durante el funcionamiento de la turbina, se puede acumular voltaje en el eje del rotor en relación con el suelo debido a la carga de vapor (el impacto de las gotas de agua en las palas), la ondulación del campo del generador o la asimetría del circuito magnético. Cuando este voltaje se acumula lo suficiente como para romper la película de aceite del rodamiento, se producen corrientes de descarga instantáneas que causan erosión eléctrica en las pistas y bolas del rodamiento (conocida como escarcha), lo que en última instancia conduce a la falla del rodamiento.
Sistema de monitoreo: Las escobillas de carbón instaladas en el eje guían el voltaje del eje al tablero de terminales VTURH1B. El sistema monitorea tanto el voltaje del eje a tierra como la corriente del eje que fluye a través de las escobillas (medida a través de la caída de voltaje a través de una resistencia de derivación de precisión). VTUR utiliza circuitos de instrumentación de alta impedancia para garantizar que el sistema de puesta a tierra del eje original no se vea afectado.
Pruebas de autodiagnóstico:
2.4 Detección de llamas
En aplicaciones de turbinas de gas, VTUR trabaja con la placa TRPG para monitorear hasta ocho detectores de llamas Geiger-Müller.
Principio técnico:
Operación del detector: En ausencia de llama, el capacitor interno del detector se carga al voltaje de suministro de 335 V CC. Cuando hay radiación ultravioleta, el gas dentro del detector se ioniza, lo que hace que el condensador se descargue rápidamente a través de la placa TRPG.
Procesamiento de señales: VTUR y TRPG convierten cada evento de descarga en un pulso de voltaje. Una mayor intensidad de la llama conduce a una mayor frecuencia de descarga, con un rango de frecuencia de pulso de 0 a 1000 pulsos por segundo. VTUR cuenta los pulsos en una ventana de 40 milisegundos y compara la frecuencia del pulso con un punto de ajuste para determinar la presencia e intensidad de la llama. Los pulsos de voltaje se distribuyen en abanico hacia los tres módulos del controlador (R, S, T), lo que garantiza una protección redundante.
2.5 Sincronización automática
Esta función hace coincidir automáticamente el estado del generador con la red eléctrica para una conexión suave y sin descargas eléctricas (cierre del disyuntor principal).
Principio técnico:
K25P (Secuencia de Sincronización Permisiva): Desde VTUR se comprueba si el estado de secuencia propio de la turbina permite la sincronización.
K25 (Auto Sync Relay): De VTUR, emplea técnicas de cruce de tensión cero y compensa el tiempo de cierre del interruptor. Predice el momento exacto para cerrar el interruptor para que los contactos se establezcan cuando la diferencia de fase sea cercana a cero, lo que explica el retraso mecánico.
K25A (Relé de verificación de sincronización): Desde la placa de protección VPRO, actúa como respaldo independiente. Comprueba una ventana de sincronización fija (normalmente ±10° de diferencia de fase, ±0,27 Hz de diferencia de frecuencia). Sus contactos se cierran solo si todos los parámetros están dentro de esta ventana.
Entrada de señal: Los voltajes del generador y del bus se introducen a través de dos conjuntos de transformadores de potencial (PT) monofásicos, reducidos a señales de aproximadamente 115 V CA para medición en la placa VTURH1B.
Proceso de sincronización:
Triple Permisivo y Cierre con Disyuntor: La emisión del comando de cierre automático requiere el permiso simultáneo de tres funciones independientes:
Cierre y retroalimentación: cuando se cumplen los tres permisos, VTUR emite el comando de cierre al disyuntor del generador principal. Un contacto auxiliar 52G/a del propio interruptor (no un relé intermedio) devuelve el tiempo de cierre real al sistema, utilizado para optimizar las predicciones de cierre futuras.
Coincidencia de frecuencia (ajuste de velocidad): VTUR compara las frecuencias del generador y del bus, generando comandos de velocidad 'Subir' o 'Bajar' enviados a través del controlador al sistema regulador para ajustar la velocidad del generador en sincronismo con la red.
Coincidencia de voltaje (Ajuste de excitación): VTUR compara los voltajes del generador y del bus, enviando comandos a través de la red UDH al sistema de excitación EX2000 para ajustar la corriente de campo del generador, haciendo coincidir el voltaje con la red.
Sincronización de fase: VTUR captura con precisión los puntos de cruce por cero de las formas de onda de voltaje del generador y del bus, calculando la diferencia de fase en tiempo real entre ellos.
3. Interfaz e instalación de hardware
4. Diagnóstico y mantenimiento
El sistema VTUR presenta diagnósticos integrales en línea.
Indicación LED del panel frontal: RUN (en funcionamiento, verde intermitente), FAIL (fallo, rojo fijo), ESTADO (normal, apagado, alarma de diagnóstico, naranja fijo).
Elementos clave de diagnóstico:
Controlador de relé/Discordancia de retroalimentación: Compara la señal de comando del relé de disparo con su estado de retroalimentación real.
Energía del solenoide ausente: monitorea la energía del circuito de disparo en la placa TRPx.
Voltaje anormal del detector de llama: monitorea si el suministro de 335 V CC está dentro de la tolerancia (314,9 V - 355,1 V).
Sincronización del relé lento o bloqueado: monitorea el tiempo de actuación de los relés K25, K25A y K25P.
Identificación del tablero de terminales: Lee el chip de identificación en los tableros de terminales (por ejemplo, TTURH1B) para verificar la compatibilidad del hardware y la conexión correcta, evitando una mala configuración.
Manejo de fallas: toda la información de diagnóstico activa una alarma L3DIAG_VTUR compuesta. Se pueden ver códigos de falla específicos y causas potenciales en la HMI, lo que guía al personal de mantenimiento para localizar rápidamente el problema.
