La morsettiera di protezione di emergenza IS200TPROH1C è un componente critico all'interno del sistema di controllo della turbina Mark VI, progettato specificamente per implementare un sistema di protezione di emergenza di sovravelocità (EOS) e di controllo della sincronizzazione indipendente, separato dal sistema di controllo primario. Funziona come un'unità di interfaccia di segnale altamente affidabile, responsabile della raccolta dei segnali di protezione critici dalla turbina e della loro distribuzione alle schede di protezione VPRO a tripla ridondanza per l'elaborazione. La filosofia progettuale principale del TPRO è quella di fornire un'affidabile 'ultima linea di difesa', garantendo che l'intervento della turbina possa essere attivato in modo efficace per proteggere l'apparecchiatura anche in caso di guasto del sistema di controllo principale.
Questa morsettiera non si basa sui pacchetti I/O Mark VIe ed è un'entità hardware indipendente. Il suo design aderisce ai principi dei sistemi di protezione ad alta integrità, utilizzando tecnologie di ridondanza, isolamento e diagnostica per ridurre al minimo la probabilità di falsi interventi e di mancato intervento.
2. Architettura del sistema e ruolo funzionale
L'IS200TPROH1C svolge il ruolo di hub di aggregazione e distribuzione del segnale all'interno dell'architettura del sistema di protezione. L’intero sistema di protezione di emergenza è composto principalmente da tre parti:
Morsettiera IS200TPROH1C: responsabile della ricezione di tutti i segnali di protezione grezzi dai sensori di campo.
Schede di protezione VPRO a tripla ridondanza (VPRO-R8, VPRO-S8, VPRO-T8): ricevono segnali dall'IS200TPROH1C, eseguono in modo indipendente la logica di protezione (ad esempio, determinazione della velocità eccessiva, controllo della sincronizzazione) e comandi di sgancio in uscita.
Schede relè di viaggio TREx (ad esempio TREG): ricevono comandi dal VPRO e controllano direttamente il circuito di alimentazione dei solenoidi di viaggio.
La funzione principale dell'IS200TPROH1C è fornire segnali di ingresso identici e isolati a tutte e tre le schede VPRO contemporaneamente. Ciò significa che ogni segnale, dai rilevatori di velocità ai trasformatori di tensione e alle termocoppie, è messo in parallelo e distribuito dal TPRO su tre canali VPRO indipendenti. Questa architettura costituisce la base per ottenere un sistema di protezione ridondante modulare triplo, garantendo che un singolo guasto della scheda VPRO o del percorso del segnale non porti alla perdita dell'intera funzione di protezione.
Il flusso di lavoro del sistema è il seguente: I segnali dei sensori sono collegati al TPRO -> TPRO distribuisce i segnali in parallelo ai tre VPRO -> Ciascun VPRO esegue indipendentemente la propria logica -> I VPRO votano, tramite relè sulla scheda TREx, per decidere se eccitare i solenoidi di sgancio. Il TPRO si collega alle schede VPRO tramite connettori 'D' a 37 pin con dispositivi di fissaggio a scatto, garantendo l'affidabilità della connessione. Inoltre, le morsettiere del TPRO hanno un design a barriera e possono essere completamente scollegate dalla scheda, facilitando notevolmente le operazioni di manutenzione e cablaggio.
3. Funzioni dettagliate e principi operativi
3.1 Funzione di protezione di emergenza da velocità eccessiva
Questa è la funzione più critica dell'IS200TPROH1C. Il suo principio è monitorare la velocità della turbina e attivare un arresto di emergenza quando la velocità supera un setpoint di sicurezza.
Acquisizione del segnale: la morsettiera IS200TPROH1C è progettata per collegare fino a nove pickup magnetici passivi di velocità. Questi nove pickup sono generalmente divisi in due gruppi: un gruppo (i primi tre) alimenta il controller principale per il controllo della velocità e la protezione primaria da sovravelocità; l'altro gruppo (i successivi tre o più) è dedicato all'IS200TPROH1C per la protezione di emergenza da sovravelocità. Il TPRO instrada i segnali da questi pickup di emergenza di velocità eccessiva alle tre schede VPRO tramite cavi e connettori separati, con ciascun VPRO che riceve un segnale da un pickup.
Elaborazione e trasmissione del segnale:
I pickup magnetici rilevano i denti degli ingranaggi, generando un segnale di tensione sinusoidale. L'ampiezza del segnale e la frequenza aumentano con l'aumentare della velocità.
Il circuito di ingresso sulla scheda IS200TPROH1C elabora questi segnali ad alta frequenza. Il suo circuito di ingresso ha caratteristiche di carico specifiche e vanta un ampio intervallo di frequenza degli impulsi e un'elevata sensibilità.
I pickup possono essere posizionati fino a 300 metri dal cabinet IS200TPROH1C utilizzando un cavo a doppino intrecciato schermato, offrendo una forte immunità al rumore.
Logica di ridondanza: le tre schede VPRO calcolano indipendentemente la velocità in base ai rispettivi segnali ricevuti. Il comando di intervento di emergenza utilizza tipicamente una logica di voto 'due su tre'; ovvero, il sistema avvierà uno scatto solo se almeno due VPRO rilevano contemporaneamente una condizione di sovravelocità. Ciò impedisce sia falsi scatti dovuti a un singolo pickup o guasto del VPRO, sia il mancato intervento dovuto a un singolo guasto del canale.
3.2 Funzione di protezione controllo sincronizzazione backup
Questa funzione impedisce la chiusura dell'interruttore del generatore quando il generatore e la rete non sono sincronizzati, evitando così ingenti danni da stress meccanico ed elettrico al generatore e alla rete.
Acquisizione del segnale: IS200TPROH1C riceve segnali dal lato secondario di due trasformatori di potenziale monofase: tensione del generatore e tensione del bus. Questi segnali sono generalmente classificati a 115 V RMS.
Distribuzione e isolamento del segnale: il TPRO mette internamente in parallelo questi due segnali di tensione e li distribuisce alle tre schede VPRO. Ciascun ingresso PT è isolato magneticamente all'interno del TPRO, dotato di una barriera di isolamento nominale da 1500 V RMS e ciascun ingresso PT presenta un carico inferiore a 3 VA, garantendo precisione e sicurezza del segnale.
Principio di funzionamento: ciascuna scheda VPRO contiene un modulo di controllo della sincronizzazione ad alta precisione che monitora continuamente la differenza di ampiezza della tensione, la differenza di frequenza e la differenza dell'angolo di fase tra le tensioni del generatore e del bus.
Uscita di protezione: un segnale di autorizzazione viene emesso solo quando le condizioni di 'sincronizzazione' dei tre canali VPRO vengono confermate attraverso la logica di votazione. Questo pilota il relè K25A sulla scheda TREG. I contatti del relè K25A sono cablati in serie con il relè di autorizzazione sincronizzazione principale e i contatti del relè di sincronizzazione automatica. Questo collegamento in serie cablato costituisce un robusto interblocco di sicurezza: il comando di chiusura dell'interruttore del generatore può essere emesso solo se il controllo di sincronizzazione di backup, il sistema di sincronizzazione principale e altri permessi sono tutti concessi, prevenendo efficacemente falsi comandi di chiusura.
3.3 Funzioni termocoppia e ingresso analogico
L'IS200TPROH1C fornisce inoltre ulteriori canali di ingresso di protezione analogica per la turbina a gas, utilizzati principalmente per la protezione della temperatura di backup e dei parametri di processo.
Ingressi per termocoppia: IS200TPROH1C fornisce 9 ingressi per termocoppia, utilizzati principalmente per la protezione di riserva dalla sovratemperatura dello scarico sulle turbine a gas. Queste 9 termocoppie sono distribuite uniformemente sulle tre schede VPRO, ciascuna delle quali ne riceve 3. Questa distribuzione fornisce ridondanza: anche se la funzione di misurazione della temperatura di un canale VPRO fallisce completamente, gli altri due canali possono comunque eseguire la protezione da sovratemperatura.
Ingressi analogici: IS200TPROH1C fornisce 3 ingressi analogici:
1 ingresso multifunzione: configurabile tramite ponticelli JP1A e JP1B per accettare un segnale di corrente 4-20 mA, un segnale di tensione ±5 V CC o ±10 V CC.
2 ingressi di corrente dedicati 4-20 mA.
Questi ingressi analogici possono essere utilizzati per monitorare parametri critici come la pressione dell'olio lubrificante o la pressione del gas combustibile, fungendo da protezione di backup per il sistema di controllo principale. Le schede VPRO forniscono alimentazione a 28 V CC per questi sensori. Questa alimentazione viene condizionata tramite circuiti sul TPRO prima che i segnali standard da 4-20 mA vengano inviati ai tre VPRO.
4. Progettazione e installazione dell'hardware
IS200TPROH1C è una morsettiera autonoma che misura 17,8 cm di larghezza x 33,02 cm di altezza, progettata per il montaggio diretto sulla lamiera del pannello, in genere utilizzando uno schema di montaggio a buco della serratura.
Morsettiere: le morsettiere sulla scheda sono chiaramente suddivise in aree funzionali, tra cui tensione generatore/bus, ingressi analogici, ingressi termocoppia e ingressi sensore velocità magnetica. Ciascun terminale può accettare fino a due cavi n. 12 AWG con isolamento da 300 volt.
Manutenibilità: le morsettiere a barriera possono essere scollegate completamente dal circuito, il che è estremamente conveniente per la sostituzione o l'ispezione dei cavi senza maneggiare la scheda stessa.
Connettori: la connessione alle tre schede VPRO avviene tramite connettori 'D' a 37 pin, dotati di meccanismi di aggancio per una connessione affidabile in ambienti vibranti.
Alimentazione: le schede VPRO forniscono alimentazione a 28 V CC al TPRO, utilizzata specificamente per alimentare i sensori analogici collegati.
5. Diagnostica e Manutenzione
I sistemi IS200TPROH1C e VPRO incorporano una diagnostica online completa per garantire l'integrità del sistema di protezione.
Diagnostica del segnale: i VPRO monitorano continuamente tutti i segnali di ingresso dal TPRO. Se un ingresso analogico supera i limiti alto/basso preimpostati o se la qualità del segnale è anomala, il VPRO genererà un errore.
Identificazione hardware e diagnostica di compatibilità: i connettori sulla morsettiera TPRO incorporano un chip di identificazione di sola lettura. Questo chip è codificato con il numero di serie della morsettiera, il tipo di scheda, il numero di revisione e la posizione della spina. Quando la scheda VPRO si accende o funziona, legge queste informazioni ID. Se viene rilevata una mancata corrispondenza, il VPRO genera immediatamente un errore di 'incompatibilità hardware', prevenendo anomalie delle funzioni di protezione causate da un'errata configurazione hardware.
Riepilogo allarmi: se un segnale proveniente dal TPRO o dai suoi cavi di collegamento viene diagnosticato come non integro, viene attivato un allarme diagnostico VPRO composito corrispondente. Questi segnali diagnostici possono essere bloccati individualmente e ripristinati una volta che il segnale ritorna a uno stato integro.
