El IS220PTURH1B es un paquete de E/S de disparo primario específico para turbina que se utiliza en los sistemas de control Mark VIe y Mark VIeS de GE. Es un modelo dentro de la serie PTUR que contiene una placa de procesador BPPC funcionalmente compatible que requiere el paquete de software ControlST V04.07 o posterior. Este módulo sirve como interfaz eléctrica entre los tableros de terminales de control de turbinas (por ejemplo, TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) y una o dos redes Ethernet de E/S, actuando como un componente central para implementar funciones críticas de control y protección de turbinas.
El IS220PTURH1B está diseñado específicamente para manejar señales esenciales para el funcionamiento seguro y estable de turbinas de vapor y gas, incluido el monitoreo de velocidad, sincronización automática (sync), monitoreo de voltaje/corriente del eje y (cuando se usa con el tablero de terminales TRPG) detección de llama. Su objetivo final es accionar de manera confiable el interruptor principal y los solenoides de disparo primario, asegurando un apagado rápido de la unidad en condiciones peligrosas como exceso de velocidad. El módulo admite configuraciones de sistema Simplex y Triple Modular Redundante (TMR), lo que proporciona una capa de protección primaria altamente confiable para diversas aplicaciones de turbinas.
Descripción funcional básica
El IS220PTURH1B integra múltiples funciones de procesamiento de señales en una plataforma integral de protección primaria de turbina.
Cuatro entradas de sensores de velocidad
Velocidad : Para turbinas normales de un solo eje.
Speed_High : Proporciona un rango de velocidad ampliado por encima del tipo estándar.
Speed_HSNG : se utiliza para compensar el espaciado inconsistente entre dientes en la rueda de velocidad, utilizando un algoritmo de mapeo de dientes para eliminar errores periódicos de las mediciones de velocidad.
Speed_LM : Diseñado para turbinas de gas de la serie LM.
Flujo : Para mediciones de flujo de combustible del divisor de flujo.
Tipo de interfaz: Proporciona 4 canales para conectar pastillas de velocidad magnéticas pasivas.
Rango de frecuencia: Admite un amplio rango de entrada de frecuencia de pulso de 2 Hz a 20 000 Hz, lo que permite una medición precisa desde la velocidad del engranaje de giro de 2 RPM (para determinar si el rotor está detenido) hasta señales de sobrevelocidad muy por encima de la velocidad nominal.
Conversión de señal: los circuitos internos convierten las señales de frecuencia de pulso en valores de velocidad digitales.
Configuración del tipo de frecuencia de pulso: el tipo de aplicación se puede configurar de manera flexible a través del PRType : parámetro
Entradas de voltaje de generador y bus (sincronización automática)
Señales de entrada: Recibe señales de voltaje del generador y voltaje del bus de transformadores de potencial (PT) externos, nominal 115 V RMS.
Función principal: Estas entradas se utilizan para la función de sincronización automática, lo que permite que el generador haga coincidir con precisión el voltaje, la frecuencia y la fase del bus del sistema antes de cerrar el disyuntor.
Precisión de la medición: La precisión de la medición de frecuencia es del 0,05 % en el rango de 45 a 66 Hz; La precisión de la medición de la diferencia de fase es mejor que ±1°.
Monitoreo de voltaje y corriente del eje
Prueba de CA: Aplica un voltaje de prueba de 2 kHz para verificar la integridad del circuito de medición.
Prueba de CC: aplica una fuente de 5 V CC para probar la continuidad del circuito externo (incluidas las escobillas, el eje y los cables de interconexión). Las lecturas de resistencia por encima del ajuste BrushLimit indican una posible falla.
Propósito: Monitorear el daño potencial a los rodamientos causado por el flujo de corriente eléctrica, que puede provenir de la electricidad estática (por ejemplo, gotas de agua de los cubos de la última etapa en las turbinas de vapor), ondulaciones de CA en el campo del generador o asimetrías del circuito magnético del generador.
Monitoreo de contenido:
Funciones de prueba:
Entradas para detectores de llama (con TRPG)
Cuando se utiliza con el tablero de terminales de disparo primario TRPG, el PTURH1B puede monitorear señales de ocho detectores de llama.
Principio de funcionamiento: Sin llama, el detector se carga al voltaje de suministro. La presencia de llama hace que el detector se cargue hasta un nivel y luego se descargue a través del TRPG. Una mayor intensidad de la llama aumenta la frecuencia de descarga (0-1000 pulsos/seg). El PTUR convierte estas energías de descarga en pulsos de voltaje y los cuenta.
Funciones de salida
Interfaz de solenoide de disparo primario: acciona los solenoides de disparo conectados a los tableros de terminales de disparo de la serie TRPx (hasta 3), lo que en última instancia activa el sistema de disparo de emergencia de la turbina.
Control de sincronización automática: Emite comandos de cierre precisos a la bobina de cierre del disyuntor principal (52G) controlando el relé K25 (Sincronización automática) en el tablero de terminales TTURH1C.
Permisivo de sincronización: Proporciona permiso de secuencia para la sincronización del generador mediante el control del relé K25P.
Diagnóstico y monitoreo de estado
El módulo proporciona autodiagnósticos integrales, que incluyen monitoreo del suministro de energía, verificaciones de hardware, estado de comunicación y monitoreo de retroalimentación de relés y sensores críticos.
Arquitectura de hardware y principios operativos
(A) Composición del hardware
El módulo IS220PTURH1B consta de:
Placa de procesador BPPC: el núcleo de procesador común para paquetes de E/S distribuidas, que maneja la comunicación, el procesamiento lógico y el procesamiento de datos.
Placa de aplicación específica: Contiene circuitos dedicados para procesar señales específicas de la turbina (p. ej., velocidad, voltaje).
Placa secundaria de adquisición analógica: responsable de la adquisición de alta precisión de señales analógicas como voltajes y señales de monitoreo de eje.
Conectores:
Conector inferior DC-62 pin: Se conecta directamente al tablero de terminales correspondiente (TTUR, STUR, TRPA), transmitiendo todas las señales de E/S.
Puertos Ethernet RJ-45 (ENET1, ENET2): Para comunicación con el controlador Mark VIe, admitiendo redundancia de red simple o doble.
Entrada de alimentación de 3 pines: Fuente de alimentación externa de 28 V CC.
(B) Principios del sistema de sincronización automática
Esta es una de las funciones más complejas y principales del IS220PTURH1B, cuyo objetivo es cerrar el disyuntor del generador en el momento óptimo (diferencia de fase casi nula) para una conexión fluida a la red.
Adquisición y Cálculo de Señales:
El IS220PTURH1B monitorea continuamente el voltaje del generador ( V_Gen ) y el voltaje del bus ( V_Bus ).
Calcula con precisión la diferencia de fase ( GenPhaseDiff ), el deslizamiento ( GenFreqDiff , diferencia de frecuencia) y la aceleración entre ellos utilizando una técnica de cruce de voltaje cero.
Deslizamiento: Positivo cuando la frecuencia del generador es mayor que la frecuencia del bus. Fase: Positiva cuando el generador está delante del bus.
Decisión cercana y predicción:
El algoritmo de sincronización automática no emite el comando de cierre precisamente en el instante de diferencia de fase cero, sino que debe predecir el tiempo de operación del interruptor.
Según la fase actual, el deslizamiento actual, la aceleración actual y el tiempo de cierre del interruptor configurado ( CBxCloseTime ), el algoritmo calcula un tiempo de entrega de cierre proyectado.
El comando de cierre se emite si el generador está actualmente retrasado (diferencia de fase negativa) y ha estado retrasado durante al menos los últimos 10 ciclos consecutivos, Y el algoritmo anticipa que estará adelantado en el momento real del cierre del interruptor. Esta estrategia garantiza una diferencia de fase mínima en el instante del cierre.
Coordinación de relés:
El cierre del disyuntor del generador requiere que se cumplan tres condiciones simultáneamente, controladas por tres relés:
K25P (Relé permisivo de sincronización): Impulsado directamente por el código de aplicación del controlador. Comprueba si la turbina está en el estado de secuencia correcto para la sincronización.
K25 (Relé de sincronización automática): Impulsado por el algoritmo de sincronización automática dentro del PTURH1B. Se activa cuando se cumplen las condiciones de voltaje, frecuencia y fase y el cierre se predice con precisión.
K25A (Relé de verificación de sincronización): Ubicado en TTUR, pero impulsado por el algoritmo de verificación de sincronización en el módulo de E/S PPRO o YPRO (basado en lógica 2 de 3). Sirve como una verificación de respaldo independiente, asegurando que la fase o el deslizamiento esté dentro de una ventana permitida.
El circuito de cierre del disyuntor se completa solo si K25A se activa primero (para evitar que interfiera con la optimización), seguido de K25 y K25P.
Control adaptativo:
El algoritmo presenta un control autoadaptativo del tiempo de cierre del interruptor. Mide el tiempo de cierre real del interruptor utilizando la retroalimentación del contacto auxiliar 52G/a después de cada cierre y lo compara con el punto de ajuste.
Luego ajusta automáticamente el parámetro CBxCloseTime en incrementos de un ciclo (16,6/20 ms) por cierre para acercarlo al valor real, mejorando continuamente la precisión del cierre. Este ajuste está limitado por el parámetro configurable CBxAdaptLimit .
Modos de funcionamiento:
Apagado: la sincronización está deshabilitada.
Manual: El operador inicia el comando de cierre, pero aún está sujeto a los contactos K25A.
Automático: el sistema iguala automáticamente el voltaje y la velocidad y luego cierra el disyuntor en el momento adecuado.
Monitor: Idéntico al modo Auto, pero bloquea la salida real del relé K25, utilizado para probar y verificar el rendimiento del sistema sin cerrar realmente el disyuntor.
(C) Principios de protección rápida contra exceso de velocidad
Para aplicaciones que requieren una respuesta extremadamente rápida, el IS220PTURH1B puede habilitar algoritmos de disparo rápidos por sobrevelocidad incorporados. La lógica de disparo se ejecuta directamente dentro del PTUR, sin pasar por el controlador, lo que da como resultado un tiempo de disparo de 30 ms o menos.
PR_Algoritmo único:
Aplicación: Se utiliza principalmente para turbinas de gas LM, proporcionando redundancia.
Principio: Dos señales redundantes del sensor de velocidad se dividen en dos PTUR redundantes. Cada PTUR procesa de forma independiente sus propias señales de velocidad ( PulseRate1 a PulseRate4 ).
Tipos de protección: Cada canal de velocidad puede tener un punto de ajuste de sobrevelocidad independiente ( PRxSetpoint ). También proporciona protección de disparo por aceleración ( AcATrip , AccBTrip ) para proteger contra la rápida aceleración del rotor.
Algoritmo PR_Max:
Aplicación: Se conecta una única PTUR a dos sensores de velocidad redundantes.
Principio: El algoritmo utiliza el valor máximo de dos señales de velocidad ( MAX(PR1, PR2) y MAX(PR3, PR4) ) para la toma de decisiones.
Tipos de protección: Además de protección contra sobrevelocidad y aceleración, también proporciona protección de disparo por desaceleración ( DecelTrip ) (contra falla del eje) y disparo de diferencia de velocidad ( FastDiffTrip ). Si un sensor falla, el otro aún puede brindar protección, evitando activaciones molestas.
(D) Principios de monitoreo de corriente/voltaje del eje
Instalación, configuración y diagnóstico
Instalación:
Conecte el módulo IS220PTURH1B directamente a los conectores del tablero de terminales montado (TTUR, STUR, TRPA).
Asegure mecánicamente el paquete de E/S utilizando los pernos roscados adyacentes a los puertos Ethernet y un soporte de montaje específico, asegurando que no se aplique fuerza en ángulo recto al conector de clavija DC-62.
Conecte uno o dos cables Ethernet y la fuente de alimentación de 28 V CC.
Configuración (usando el software ToolboxST):
Parámetros de frecuencia de pulso: establezca PRType , PRScale (pulsos por revolución), TeethPerRev (dientes en la rueda de velocidad), etc.
Parámetros de sincronización automática: configure CBxCloseTime (tiempo de cierre del interruptor), CBxAdaptLimit (límite adaptativo), etc.
Parámetros de viaje rápido: seleccione el tipo de viaje (PR_Single o PR_Max) y establezca los puntos de ajuste de sobrevelocidad, aceleración y desaceleración correspondientes.
Límites del sistema: establezca límites de alarma y disparo para varias señales.
Diagnóstico e indicadores LED:
K25: Indica un comando para energizar el relé de sincronización automática.
K25P: Indica un comando para energizar el relé permisivo de sincronización.
DCT: Indica que la prueba de CC está habilitada.
K1, K2, K3: Indica un comando para energizar el relé de disparo correspondiente.
El PTURH1B realiza autopruebas de encendido y monitoreo continuo del hardware.
Los LED en la placa frontal del módulo proporcionan indicaciones de estado clave:
Las alarmas de diagnóstico detalladas, como fallas del relé de sincronización, límites de ajuste adaptativo del interruptor excedidos y discrepancias de hardware, se pueden ver en ToolboxST, lo que guía los pasos de solución de problemas.
