De IS220PTURH1B is een turbinespecifiek primair trip-I/O-pakket dat wordt gebruikt in GE's Mark VIe- en Mark VIeS-besturingssystemen. Het is een model binnen de PTUR-serie, met een functioneel compatibel BPPC-processorbord waarvoor ControlST-softwaresuite V04.07 of hoger vereist is. Deze module dient als de elektrische interface tussen turbinebesturingsklemmenborden (bijv. TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) en een of twee I/O Ethernet-netwerken, en fungeert als een kerncomponent voor het implementeren van kritische turbinebeschermings- en besturingsfuncties.
De IS220PTURH1B is speciaal ontworpen om signalen te verwerken die essentieel zijn voor de veilige en stabiele werking van stoom- en gasturbines, inclusief snelheidsbewaking, automatische synchronisatie (synchronisatie), asspannings-/stroombewaking en (indien gebruikt met het TRPG-klemmenbord) vlamdetectie. Het uiteindelijke doel is om op betrouwbare wijze de hoofdonderbreker en de primaire uitschakelmagneten aan te drijven, waardoor een snelle uitschakeling van de unit wordt gegarandeerd in gevaarlijke omstandigheden zoals te hoge snelheid. De module ondersteunt zowel Simplex als Triple Modular Redundant (TMR) systeemconfiguraties en biedt een zeer betrouwbare primaire beschermingslaag voor verschillende turbinetoepassingen.
Kern functionele beschrijving
De IS220PTURH1B integreert meerdere signaalverwerkingsfuncties in een uitgebreid primair beschermingsplatform voor turbines.
Vier snelheidssensoringangen
Toerental : Voor normale turbines met één as.
Speed_High : Biedt een uitgebreid snelheidsbereik boven het standaardtype.
Speed_HSNG : Wordt gebruikt om inconsistente tandafstanden op het snelheidswiel te compenseren, met behulp van een tandmapping-algoritme om periodieke fouten uit snelheidsmetingen te verwijderen.
Speed_LM : Ontworpen voor gasturbines uit de LM-serie.
Flow : Voor metingen van de brandstofstroom met stroomverdeler.
Interfacetype: Biedt 4 kanalen voor het aansluiten van passieve magnetische snelheidspickups.
Frequentiebereik: Ondersteunt een breed ingangsbereik van de pulsfrequentie van 2 Hz tot 20.000 Hz, waardoor nauwkeurige metingen mogelijk zijn vanaf een draaisnelheid van 2 RPM (om te bepalen of de rotor is gestopt) tot oversnelheidssignalen ver boven de nominale snelheid.
Signaalconversie: Interne circuits zetten pulsfrequentiesignalen om in digitale snelheidswaarden.
Pulse Rate Type Configuration: Het applicatietype kan flexibel worden geconfigureerd via de PRType- parameter:
Generator- en busspanningsingangen (automatische synchronisatie)
Ingangssignalen: Ontvangt generatorspannings- en busspanningssignalen van externe potentiaaltransformatoren (PT's), nominaal 115 V RMS.
Kernfunctie: Deze ingangen worden gebruikt voor de automatische synchronisatiefunctie, waardoor de generator de spanning, frequentie en fase van de systeembus nauwkeurig kan afstemmen voordat de onderbreker wordt gesloten.
Meetnauwkeurigheid: De nauwkeurigheid van de frequentiemeting is 0,05% over het bereik van 45-66 Hz; De nauwkeurigheid van de faseverschilmeting is beter dan ±1°.
Bewaking van asspanning en asstroom
AC-test: past een testspanning van 2 kHz toe om de integriteit van het meetcircuit te verifiëren.
DC-test: Past een 5 V DC-bron toe om de continuïteit van het externe circuit (inclusief borstels, as en verbindingsdraden) te testen. Weerstandsmetingen boven de BrushLimit -instelling duiden op een mogelijke fout.
Doel: Het monitoren van potentiële schade aan lagers veroorzaakt door elektrische stroom, die kan voortvloeien uit statische elektriciteit (bijv. waterdruppels uit emmers in de laatste fase van stoomturbines), AC-rimpels op het generatorveld of asymmetrieën in het magnetische circuit van de generator.
Inhoud monitoren:
Testfuncties:
Vlamdetectoringangen (met TRPG)
Bij gebruik met het TRPG primaire uitschakelklemmenbord kan de PTURH1B signalen van acht vlamdetectoren bewaken.
Werkingsprincipe: Zonder vlam laadt de detector op tot de voedingsspanning. De aanwezigheid van vlammen zorgt ervoor dat de detector zich oplaadt tot een niveau en vervolgens ontlaadt via de TRPG. Een hogere vlamintensiteit verhoogt de ontladingsfrequentie (0-1000 pulsen/sec). De PTUR zet deze ontladingsenergieën om in spanningspulsen en telt deze.
Uitgangsfuncties
Primaire uitschakelsolenoïde-interface: stuurt uitschakelsolenoïden aan die zijn aangesloten op uitschakelklemmenborden uit de TRPx-serie (maximaal 3), waardoor uiteindelijk het nooduitschakelsysteem van de turbine wordt geactiveerd.
Automatische synchronisatiecontrole: Geeft nauwkeurige sluitopdrachten aan de sluitspoel van de hoofdonderbreker (52G) door het K25-relais (Auto Sync) op het TTURH1C-klemmenbord te besturen.
Synchroniseren permissief: Biedt sequentietoestemming voor generatorsynchronisatie door het K25P-relais te besturen.
Diagnostiek en statusbewaking
De module biedt uitgebreide zelfdiagnose, inclusief monitoring van de voeding, hardwarecontroles, communicatiestatus en feedbackmonitoring van kritische relais en sensoren.
Hardwarearchitectuur en werkingsprincipes
(A) Hardwaresamenstelling
De IS220PTURH1B-module bestaat uit:
BPPC-processorkaart: De gemeenschappelijke processorkern voor gedistribueerde I/O-pakketten, die communicatie, logische verwerking en gegevensverwerking afhandelen.
Toepassingsspecifiek bord: Bevat speciale circuits voor het verwerken van turbinespecifieke signalen (bijv. snelheid, spanning).
Analoge acquisitie-dochterbord: Verantwoordelijk voor uiterst nauwkeurige acquisitie van analoge signalen zoals spanningen en asbewakingssignalen.
Connectoren:
Onderste DC-62-pins connector: wordt rechtstreeks op het overeenkomstige klemmenbord (TTUR, STUR, TRPA) aangesloten en verzendt alle I/O-signalen.
RJ-45 Ethernet-poorten (ENET1, ENET2): Voor communicatie met de Mark VIe-controller, ter ondersteuning van enkele of dubbele netwerkredundantie.
3-pins voedingsingang: externe 28V DC-voeding.
(B) Principes van automatisch synchronisatiesysteem
Dit is een van de meest complexe en kernfuncties van de IS220PTURH1B, met als doel de generatoronderbreker op het optimale moment (bijna nul faseverschil) te sluiten voor een soepele aansluiting op het elektriciteitsnet.
Signaalverwerving en -berekening:
De IS220PTURH1B bewaakt continu de generatorspanning ( V_Gen ) en busspanning ( V_Bus ).
Het berekent nauwkeurig het faseverschil ( GenPhaseDiff ), slip ( GenFreqDiff , frequentieverschil) en versnelling daartussen met behulp van een nulspanningsdoorgangstechniek.
Slip: Positief als de generatorfrequentie hoger is dan de busfrequentie. Fase: Positief wanneer de generator de bus leidt.
Beslissing en voorspelling sluiten:
Het automatische synchronisatiealgoritme geeft het sluitcommando niet precies op het moment waarop het faseverschil nul is, maar moet de bedrijfstijd van de onderbreker voorspellen.
Op basis van de huidige fase, huidige slip, huidige versnelling en de geconfigureerde Breaker Close Time ( CBxCloseTime ), berekent het algoritme een verwachte sluitingstijd.
Het sluitcommando wordt gegeven als de generator momenteel achterloopt (negatief faseverschil) en gedurende ten minste de laatste 10 opeenvolgende cycli achterloopt, EN het algoritme verwacht dat deze voorlopend zal zijn op het feitelijke moment van sluiting van de onderbreker. Deze strategie zorgt voor een minimaal faseverschil op het moment van sluiting.
Relaiscoördinatie:
Voor het sluiten van de generatoronderbreker moet aan drie voorwaarden tegelijkertijd worden voldaan, bestuurd door drie relais:
K25P (Sync Permissive Relay): rechtstreeks aangestuurd door de applicatiecode van de controller. Controleert of de turbine zich in de juiste sequentiestatus bevindt voor synchronisatie.
K25 (Auto Sync Relay): Aangestuurd door het automatische synchronisatie-algoritme in de PTURH1B. Wordt geactiveerd wanneer aan de spannings-, frequentie- en fasevoorwaarden wordt voldaan en de sluiting nauwkeurig wordt voorspeld.
K25A (Sync Check Relay): Bevindt zich op TTUR, maar wordt aangestuurd door het sync check-algoritme in de PPRO- of YPRO I/O-module (gebaseerd op 2-uit-3-logica). Dient als onafhankelijke back-upcontrole en zorgt ervoor dat de fase of slip binnen een toegestaan venster valt.
Het sluitcircuit van de onderbreker wordt alleen voltooid als K25A het eerst oppakt (om interferentie met de optimalisatie te voorkomen), gevolgd door K25 en K25P.
Adaptieve controle:
Het algoritme beschikt over een zelfaanpassende regeling van de sluitingstijd van de onderbreker. Het meet de werkelijke sluittijd van de onderbreker met behulp van feedback van het 52G/a hulpcontact na elke sluiting en vergelijkt deze met het instelpunt.
Vervolgens wordt de CBxCloseTime- parameter automatisch aangepast met stappen van één cyclus (16,6/20 ms) per sluiting om deze dichter bij de werkelijke waarde te brengen, waardoor de sluitnauwkeurigheid voortdurend wordt verbeterd. Deze aanpassing wordt beperkt door de configureerbare CBxAdaptLimit- parameter.
Bedrijfsmodi:
Uit: Synchroniseren is uitgeschakeld.
Handmatig: De operator initieert het sluitcommando, maar is nog steeds onderworpen aan de K25A-contacten.
Auto: Het systeem past automatisch de spanning en snelheid aan en sluit vervolgens de stroomonderbreker op het juiste moment.
Monitor: Identiek aan de Auto-modus, maar blokkeert de daadwerkelijke uitvoer van het K25-relais, dat wordt gebruikt voor het testen en verifiëren van de systeemprestaties zonder de onderbreker daadwerkelijk te sluiten.
(C) Principes van bescherming tegen snelle oversnelheid
Voor toepassingen die een extreem snelle respons vereisen, kan de IS220PTURH1B ingebouwde algoritmen voor snelle overspeed-trip inschakelen. De uitschakellogica wordt rechtstreeks binnen de PTUR uitgevoerd, waarbij de controller wordt omzeild, wat resulteert in een uitschakeltijd van 30 ms of minder.
PR_Single algoritme:
Toepassing: voornamelijk gebruikt voor LM-gasturbines, waardoor redundantie ontstaat.
Principe: Twee redundante snelheidssensorsignalen worden gesplitst naar twee redundante PTUR's. Elke PTUR verwerkt onafhankelijk zijn eigen snelheidssignalen ( PulseRate1 tot PulseRate4 ).
Beveiligingstypes: Elk snelheidskanaal kan een onafhankelijk instelpunt voor oversnelheid hebben ( PRxSetpoint ). Biedt ook bescherming tegen acceleratie-trip ( AcATrip , AccBTrip ) om te beschermen tegen snelle rotorversnelling.
PR_Max-algoritme:
Toepassing: Een enkele PTUR wordt aangesloten op twee redundante snelheidssensoren.
Principe: Het algoritme gebruikt de maximale waarde van twee snelheidssignalen ( MAX(PR1, PR2) en MAX(PR3, PR4) ) voor besluitvorming.
Beveiligingstypes: Naast bescherming tegen oversnelheid en acceleratie, biedt het ook bescherming tegen vertraging ( DecelTrip ) (tegen asstoring) en snelheidsverschiltrip ( FastDiffTrip ). Als één sensor uitvalt, kan de andere nog steeds bescherming bieden, waardoor hinderlijke trips worden vermeden.
(D) Principes voor bewaking van asspanning/stroom
Installatie, configuratie en diagnose
Installatie:
Steek de IS220PTURH1B-module rechtstreeks in de connectoren van het gemonteerde klemmenbord (TTUR, STUR, TRPA).
Bevestig het I/O-pakket mechanisch met behulp van de draadeinden naast de Ethernet-poorten en een specifieke montagebeugel, waarbij u ervoor zorgt dat er geen haakse kracht wordt uitgeoefend op de DC-62-pins connector.
Sluit een of twee Ethernet-kabels en de 28V DC-voeding aan.
Configuratie (met ToolboxST-software):
Pulsfrequentieparameters: Stel PRType , PRScale in (pulsen per omwenteling), TeethPerRev (tanden op snelheidswiel), enz.
Parameters voor automatische synchronisatie: Configureer CBxCloseTime (sluittijd van de onderbreker), CBxAdaptLimit (adaptieve limiet), enz.
Fast Trip-parameters: Selecteer TripType (PR_Single of PR_Max) en stel de bijbehorende instelpunten voor oversnelheid, versnelling en vertraging in.
Systeemlimieten: stel alarm- en uitschakellimieten in voor verschillende signalen.
Diagnostiek en LED-indicatoren:
K25: Geeft een opdracht aan om het automatische synchronisatierelais te bekrachtigen.
K25P: Geeft een opdracht aan om het synchronisatie-permissieve relais te bekrachtigen.
DCT: Geeft aan dat DC-test is ingeschakeld.
K1, K2, K3: Geeft een commando aan om het bijbehorende uitschakelrelais te bekrachtigen.
De PTURH1B voert zelftests bij het opstarten uit en continue hardwaremonitoring.
LED's op de frontplaat van de module geven belangrijke statusindicaties:
Gedetailleerde diagnostische alarmen, zoals fouten in het synchronisatierelais, overschrijding van de adaptieve aanpassingslimieten van de onderbreker en hardware-mismatches, kunnen worden bekeken in ToolboxST, als leidraad voor de stappen voor probleemoplossing.
