Lembaga Perlindungan Kecemasan Turbin IS215VPROH2B ialah teras, komponen bebas dalam sistem kawalan gas dan turbin stim General Electric (GE) Mark VI, membentuk seni bina perlindungan tahap keselamatan tertinggi. Papan ini direka khusus untuk Perlindungan Kelajuan Terlalu Kecemasan (EOS) dan fungsi sandaran keselamatan kritikal yang lain. Falsafah terasnya adalah untuk mewujudkan 'garis pertahanan terakhir' yang bebas dari segi fizikal, elektrik dan logik sepenuhnya daripada sistem kawalan utama. Semasa operasi turbin, terutamanya peralatan berputar berkelajuan tinggi yang besar seperti turbin gas dan wap, kelajuan lampau adalah salah satu kerosakan yang paling berbahaya yang boleh membawa kepada kerosakan yang besar. Sistem VPRO, terutamanya versi VPROH2B kuasa rendahnya, wujud untuk memastikan tersandung dan perlindungan peralatan itu sendiri yang boleh dipercayai, walaupun jika sistem kawalan utama (
,
,
) semua gagal.
Papan IS215VPROH2B beroperasi dalam Modul Perlindungan Berlebihan Modular Bertiga (TMR) bebas
rak. Modul ini mengandungi tiga papan VPRO yang sama, R8, S8 dan T8 yang ditetapkan (versi terdahulu dipanggil X, Y, Z). Ketiga-tiga papan ini berfungsi secara selari dalam kepungan yang terpencil secara fizikal, melaksanakan logik pengundian '2-dari-3'. Reka bentuk membenarkan pemadaman kuasa, penggantian atau penyelenggaraan mana-mana papan tunggal semasa unit sedang berjalan, tanpa menjejaskan integriti sistem perlindungan.
IS215VPROH2B menerima isyarat daripada penderia medan khusus melalui papan terminal TPRO, termasuk tiga pikap kelajuan magnet bebas, voltan semakan penyegerakan, termokopel dan input analog. Pada masa yang sama, ia mengawal secara langsung penggerak akhir—solenoid perjalanan (ETD)—melalui kumpulan geganti pada papan terminal TREG. Komunikasi dengan sistem kawalan utama terhad kepada pemantauan status tidak kritikal dan pertukaran arahan ujian melalui Ethernet (IONet), memastikan kebebasan dan kebolehpercayaan tindakan perlindungan.
Fungsi dan Ciri Teras
Papan perlindungan IS215VPROH2B menyepadukan sistem berbilang fungsi khusus untuk perlindungan kritikal, dengan fungsi teras dan ciri reka bentuk berikut:
1. Perlindungan Kelajuan Kelajuan Kecemasan Berganda Berlebihan Bebas (Misi Teras):
Saluran Penderiaan Bebas Sepenuhnya: Sistem ini menggunakan dua set kumpulan penderia kelajuan yang bebas sepenuhnya. Set pertama (3 pikap) digunakan oleh pengawal utama (VTUR) untuk kawalan kelajuan dan perlindungan terlebih kelajuan utama. Set kedua (3 pikap lagi) didedikasikan secara eksklusif untuk tiga papan VPRO dalam Modul Perlindungan
, mencapai pengasingan fizikal pada tahap penderiaan.
'2-out-of-3' Seni Bina Pengundian Berwayar Tegar: Papan VPRO R8, S8 dan T8 dalam modul perlindungan secara bebas memproses isyarat kelajuan yang ditetapkan. Sebarang keputusan perjalanan lebih laju mesti lulus undian '2-dari-3'. Arahan perjalanan dikeluarkan hanya jika sekurang-kurangnya dua papan secara bebas menilai keadaan lebih laju. Ini dengan ketara menghapuskan kemungkinan kesalahan papan tunggal menyebabkan perjalanan palsu (perjalanan gangguan) atau kegagalan untuk tersandung (perjalanan terlepas).
Titik Tetapan Perjalanan Boleh Laras Secara Bebas: Pengguna boleh mengkonfigurasi titik tetapan kelajuan perjalanan berasingan untuk Kelajuan Berlebihan Utama (sistem kawalan utama) dan Kelajuan Berlebihan Kecemasan (sistem perlindungan VPRO) ( OS_Setpoint ). Titik tetapan kelajuan lampau kecemasan biasanya ditetapkan lebih tinggi sebagai sandaran sebenar. Tambahan pula, VPRO menyokong Acceleration Trip ( Accel_Trip ) untuk mengesan lonjakan kelajuan yang tidak normal (cth, penolakan beban mengejut). Walaupun kelajuan mutlak tidak melebihi had, kadar pecutan yang terlalu tinggi (cth, melebihi 100%/s) boleh mencetuskan perjalanan.
2. Pemantauan Kelajuan Pintar dan Diagnostik Percanggahan:
Pengiraan Kelajuan Ketepatan Tinggi: VPRO mengira kelajuan dengan mengukur masa untuk gigi gear melepasi menggunakan pemasa ketepatan tinggi. Ia menyokong julat frekuensi nadi dari 2 Hz hingga 20 kHz dengan ketepatan 0.05% bacaan.
Perlindungan Perbezaan Kelajuan ( SpeedDiffEn ): Ini ialah fungsi pengesahan silang yang penting. VPRO secara berterusan membandingkan kelajuan dikira sendiri dengan isyarat kelajuan ( Speed1 ) yang diterima daripada pengawal utama melalui IONet. Jika perbezaan melebihi ambang yang dikonfigurasikan ( OS_Diff ) untuk tempoh yang berterusan, ini menunjukkan masalah besar dengan sistem utama atau gelung penderiaan, dan VPRO boleh memulakan perjalanan untuk mengelakkan kehilangan perlindungan akibat ralat pengukuran sistem utama.
Pengesanan Kelajuan Lapuk ( StaleSpdEn ): Memantau secara berterusan sama ada isyarat kelajuan daripada pengawal utama adalah 'beku' (tidak berubah untuk tempoh lanjutan). Pengesanan isyarat beku menunjukkan kemungkinan kegagalan dalam komunikasi atau pemprosesan pengawal utama, dan VPRO boleh memulakan perjalanan.
3. Kawalan Output Perjalanan Komprehensif dan Berlebihan:
Laluan Perjalanan Dwi Bebas: Solenoid perjalanan (ETD) diuruskan bersama oleh dua papan terminal: TRPG (menyediakan bekalan kuasa negatif) dan TREG (menyediakan bekalan dan kawalan positif melalui geganti). Mana-mana hujung boleh mengeluarkan kuasa secara bebas, menyahtenagakan solenoid dan memacu sistem hidraulik untuk menutup injap. Ini menyediakan titik putus perkakasan dwi.
Kawalan Pengundian Kumpulan Berganti-ganti: Papan terminal TREG menempatkan 12 geganti. Antaranya, 9 Geganti Perjalanan Kecemasan (ETR) dibahagikan kepada tiga kumpulan, masing-masing dikawal oleh papan VPRO R8, S8 dan T8. Setiap kumpulan mengawal satu solenoid perjalanan. Arahan perjalanan mesti lulus logik pengundian dalam kedua-dua VPRO dan antara kumpulan geganti, memastikan kebolehpercayaan tindakan.
Perintang Penjimatan dan Geganti Penjimatan (KE): Setiap litar solenoid perjalanan adalah串联 (disambungkan secara bersiri) dengan perintang penjimatan (10 Ω, 70 W) dan Geganti Penjimatan (KE). Semasa operasi biasa, geganti KE ditenagakan, memendekkan perintang, membolehkan solenoid menerima voltan penuh untuk kekal bertenaga. Sejurus perjalanan diarahkan, geganti KE dinyahtenagakan terlebih dahulu, memaksa arus melalui perintang pengehad selama kira-kira 0.1 saat sebelum ETR dibuka untuk melengkapkan perjalanan. Ini mengurangkan pemanasan gegelung dan penggunaan tenaga semasa operasi jangka panjang dan meminimumkan lengkok pada sesentuh geganti semasa pembukaan.
4. Pemeriksaan Penyegerakan Sandaran dan Perlindungan Penjana:
VPRO menyepadukan fungsi Semak Penyegerakan Sandaran. Ia menerima dua isyarat Transformer Potensi bebas (PT) (115 Vrms) dari penjana dan bahagian bas melalui papan terminal TPRO.
Ia menggunakan teknologi Gelung Berkunci Fasa (PLL) untuk mengukur dengan tepat perbezaan magnitud, perbezaan frekuensi dan perbezaan sudut fasa antara kedua-dua voltan. Ketepatan ukuran fasa adalah lebih baik daripada ±1 darjah pada voltan dan kekerapan nominal.
Keputusan semakan penyegerakan daripada tiga papan VPRO diundi melalui geganti (cth, K25A pada TTUR). Perintah rapat atau permisif dikeluarkan hanya jika ketiga-tiga lembaga menilai bahawa syarat penyegerakan dipenuhi, menyediakan interlock keselamatan sandaran kritikal untuk penyegerakan automatik.
5. Input Pemantauan dan Perlindungan Bantuan:
Input Termokopel: Menyokong sehingga 9 input termokopel (jenis E, J, K, T), biasanya digunakan untuk perlindungan suhu berlebihan ekzos sandaran pada turbin gas. Perjalanan boleh dimulakan jika suhu ekzos melebihi titik tetap ( OwTemp_Trip ). Spesifikasi adalah serupa dengan papan VTCC, yang menampilkan pampasan simpang sejuk dan diagnostik kendiri.
Input Analog: Menyediakan 3 input analog. Satu boleh dipilih antara 4-20 mA, ±5 V dc, dan ±10 V dc; dua lagi ialah input 4-20 mA. Ini boleh memantau parameter proses kritikal lain (cth, tekanan, aliran) dan berfungsi sebagai keadaan perjalanan.
Input Interlock Perjalanan: Menyediakan sehingga 7 input sentuhan kering untuk menerima isyarat perjalanan daripada sistem perlindungan lain (cth, getaran tinggi, tekanan minyak pelincir rendah, butang berhenti kecemasan manual). Boleh dikonfigurasikan untuk perjalanan terus atau mod perjalanan bersyarat.
6. Reka Bentuk Kebolehpercayaan Tinggi dan Keupayaan Penyelenggaraan Dalam Talian:
Bekalan Kuasa Bebas: Setiap papan VPRO, dan modul perlindungan secara keseluruhan, dilengkapi dengan bekalan kuasa onboard bebas, menukar 125 V DC daripada Modul Pengagihan Kuasa (PDM) kepada 5 V DC dan 28 V DC yang diperlukan. Reka bentuk bekalan kuasa tiga kali ganda menghapuskan risiko kegagalan kuasa satu titik.
Fungsi Ujian Dalam Talian: Setiap solenoid perjalanan boleh diuji dalam talian melalui perisian pengawal. Semasa ujian, satu solenoid boleh dinyahtenagakan tanpa menjejaskan dua yang lain, mengesahkan integriti litar mekanikal dan elektriknya. Ujian simulasi kelajuan lampau luar talian juga disokong.
Modulariti dan Hot-Swap: Disebabkan oleh reka bentuk redundansi tiga kali ganda, keseluruhan modul perlindungan membenarkan pengalihan dan penggantian mana-mana papan VPRO tunggal semasa unit berjalan, tanpa mengganggu perlindungan sistem.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja sistem IS215VPROH2B ialah rantai keselamatan gelung tertutup yang menyepadukan penderiaan bebas, pemprosesan selari, pengundian berlebihan dan pelaksanaan selamat.
1. Pemerolehan dan Pemprosesan Isyarat Bebas:
Isyarat Kelajuan: Isyarat gelombang sinus daripada set kedua tiga Pickup Magnetik (MPU) khusus untuk perlindungan EOS dihantar melalui kabel panjang (sehingga 300m) ke papan terminal TPRO. Selepas penindasan hingar, ia dimasukkan ke dalam port input denyut berkelajuan tinggi khusus pada papan VPRO R8, S8 dan T8 (melalui penyambung J5/J6). Setiap papan VPRO secara bebas dan serentak mengira dan mendarabkan denyutan yang ditetapkan, menggunakan algoritma ketepatan tinggi untuk mengira kelajuan turbin ( PR1/2/3 ) dan pecutan ( PR1/2/3_Accel ) dalam masa nyata.
Penyegerakan dan Isyarat Analog: Isyarat seperti voltan PT penjana/bas, termokopel dan input analog adalah selari dan diedarkan pada papan terminal TPRO kepada ketiga-tiga papan VPRO (cth, tiga termokopel pergi ke R, S, T masing-masing). Setiap papan secara bebas melakukan penukaran A/D, penapisan dan pengiraan nilai kejuruteraan.
2. Penghakiman Logik Perlindungan dan Pengundian Dalam Lembaga:
Setiap papan VPRO membandingkan kelajuan yang dikira dengan Setpoint Perjalanan Kelajuan Lebih Kecemasan yang dikonfigurasikan pengguna ( OS_Setpoint ). Pada masa yang sama, ia menyemak sama ada pecutan melebihi had dan menilai perbezaan isyarat kelajuan dan status yang diterima daripada pengawal utama.
Untuk penyegerakan semakan, perlindungan lebih suhu, pelanggaran had analog, dsb., setiap papan juga melaksanakan logik perlindungan yang dikonfigurasikan secara bebas, menjana status 'keputusan perjalanan awal'.
3. Pengundian Tahap Sistem Berganda Berlebihan:
Ini adalah mekanisme keselamatan teras sistem VPRO. Papan R8, S8 dan T8 menukar maklumat status perlindungan masing-masing melalui satah belakang yang berdedikasi, terpencil atau sambungan titik ke titik, berasingan daripada rangkaian kawalan utama.
Untuk setiap keluaran perjalanan (cth, geganti ETR1 mengawal solenoid #1), perintah 'actuate' terakhir memerlukan sekurang-kurangnya dua papan VPRO untuk mengundi 'perjalanan diperlukan.' Sistem ini melaksanakan undian perkakasan dan logik '2-dari-3-3' yang ketat. Ini memastikan bahawa sebarang kerosakan pada papan VPRO tunggal (sama ada ralat penderia, kegagalan pemproses atau perisian lari) tidak boleh menyebabkan perjalanan palsu secara unilateral. Sebaliknya, selagi dua papan berfungsi dengan betul, perlindungan kekal berkesan, menghalang kegagalan untuk tersandung.
4. Pemanduan dan Pelaksanaan Output Selamat:
Arahan perjalanan yang diundi bertindak atas Relay Perjalanan Kecemasan (ETR) yang sepadan pada papan terminal TREG.
Urutan Perjalanan: Apabila keadaan perjalanan dipenuhi: 1) Mula-mula, Geganti Penghematan (KE) yang sepadan menyahtenaga, menyebabkan arus mengalir melalui perintang penjimatan siri. Voltan gegelung solenoid menurun tetapi dikekalkan untuk tempoh yang singkat. 2) Sejurus selepas (milisaat), Geganti Perjalanan Kecemasan (ETR) terbuka, memotong sepenuhnya kuasa 125 V DC ke solenoid itu. Solenoid dinyahtenaga menyebabkan injap hidraulik pandunya digerakkan, membawa kepada penyahtekanan litar hidraulik utama, yang mendorong injap wap atau bahan api ditutup dengan cepat, mematikan turbin.
Maklum Balas Status dan Diagnostik: VPRO sentiasa memantau arus gegelung pemacu (maklum balas pemacu) dan keadaan sebenar kenalan output (maklum balas kenalan) untuk setiap geganti ETR dan KE. Ia juga memantau kesihatan bekalan kuasa 125 V DC kepada solenoid. Sebarang ketidakpadanan antara 'arahan' dan 'maklum balas sebenar,' atau kehilangan kuasa, serta-merta mencetuskan penggera diagnostik terperinci dan ditunjukkan pada LED panel hadapan (RUN hijau denyar, FAIL merah stabil, STATUS jingga stabil), memastikan kerosakan dikenal pasti dengan segera.
5. Antara Muka Selamat dengan Sistem Kawalan Utama:
VPRO berkomunikasi dengan pengawal utama (VCMI) melalui IONet Ethernet. Komunikasi ini digunakan terutamanya untuk:
Melaporkan status kesihatan VPRO sendiri, maklumat diagnostik dan data yang dikira seperti kelajuan kepada pengawal utama.
Menerima arahan ujian dalam talian, nilai rujukan kelajuan (untuk perbandingan perbezaan kelajuan) dan mengawal isyarat pengawas daripada pengawal utama.
Perkara Utama: Rangkaian komunikasi ini tidak digunakan untuk menghantar keputusan perjalanan masa nyata. Keputusan perjalanan dibuat sepenuhnya secara bebas dalam modul perlindungan. Kegagalan komunikasi tidak menghalang keupayaan VPRO untuk melaksanakan fungsi perlindungannya, mematuhi prinsip 'fail-safe' sistem keselamatan. Malah, jika kehilangan komunikasi menyebabkan 'Control Watchdog' ( ContWdogEn ) tamat masa, VPRO mungkin memulakan perjalanan kerana ia tidak dapat mengesahkan pengawal utama masih berfungsi.
Perbezaan Utama daripada Versi VPROH1A/H1B
Sebagai versi dioptimumkan kuasa rendah, perbezaan fungsi utama VPROH2B berbanding VPROH1A/H1B ialah:
Tiada Sokongan untuk Papan TREG Kedua: IS215VPROH2B mengetepikan sokongan untuk menyambungkan papan terminal TREG kedua (yang membolehkan kawalan lebih banyak solenoid perjalanan) melalui penyambung J4. Ini bermakna satu papan VPROH2B boleh mengurus paling banyak satu papan TREG dan 3 solenoid perjalanan yang berkaitan. Aplikasi yang memerlukan papan TREG kedua mesti menggunakan VPROH1A atau VPROH1B.
Pengoptimuman Penggunaan Kuasa: Dengan memperkemas sebahagian litar pemacu (untuk TREG kedua), penggunaan kuasa keseluruhan dikurangkan, berpotensi membantu penyejukan kabinet dan perancangan beban kuasa.
Aplikasi dan Ringkasan
Lembaga Perlindungan Kecemasan Turbin IS215VPROH2B ialah 'penjaga' yang amat diperlukan dalam seni bina keselamatan turbin gas dan wap moden yang besar. Ia melangkaui skop sistem kawalan konvensional, membentuk Sistem Instrumen Keselamatan (SIS) khusus yang sejajar dengan prinsip Tahap Integriti Keselamatan (SIL) yang tinggi. Nilainya bukan sahaja terletak pada menyediakan Perlindungan Kelajuan Terlalu Kecemasan tetapi, yang lebih penting, dalam mewujudkan 'sempadan keras keselamatan' yang benar melalui reka bentuk pengasingan berlebihan tiga kali ganda yang menyeluruh, output keselamatan berwayar keras dan seni bina yang bebas daripada rangkaian kawalan.
Dalam aplikasi, sistem VPRO membentuk hubungan 'saling kunci perlindungan' yang mendalam dengan sistem kawalan utama (VTUR, dsb.): sistem utama mengendalikan kawalan tepat dan perlindungan utama, manakala VPRO berfungsi sebagai sandaran bebas dan boleh dipercayai. Mereka saling memantau antara satu sama lain melalui mekanisme seperti perbandingan perbezaan kelajuan dan pemasa pengawas. Kegagalan dalam mana-mana boleh dikesan oleh yang lain dan boleh memulakan tindakan keselamatan, dengan ketara meningkatkan toleransi kesalahan dan keselamatan keseluruhan sistem.
