Pakiet we/wy wyzwalania podstawowego GE IS220PTURH1B dla turbiny

IS220PTURH1B to podstawowy zestaw we/wy wyzwalania specyficznego dla turbiny, stosowany w systemach sterowania GE Mark VIe i Mark VIeS. Jest to model z serii PTUR, zawierający funkcjonalnie kompatybilną płytkę procesora BPPC, która wymaga pakietu oprogramowania ControlST V04.07 lub nowszego. Moduł ten służy jako interfejs elektryczny pomiędzy listwami zaciskowymi sterowania turbiną (np. TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) a jedną lub dwiema sieciami I/O Ethernet, pełniąc rolę podstawowego komponentu do realizacji krytycznych funkcji zabezpieczających i sterujących turbiną.

IS220PTURH1B został specjalnie zaprojektowany do obsługi sygnałów niezbędnych do bezpiecznej i stabilnej pracy turbin parowych i gazowych, w tym monitorowania prędkości, automatycznej synchronizacji (synchronizacji), monitorowania napięcia/prądu na wale oraz (w przypadku użycia z listwą zaciskową TRPG) wykrywania płomienia. Jego ostatecznym celem jest niezawodne sterowanie głównym wyłącznikiem i głównymi cewkami wyłączającymi, zapewniając szybkie wyłączenie urządzenia w niebezpiecznych warunkach, takich jak nadmierna prędkość. Moduł obsługuje konfiguracje systemów Simplex i Triple Modular Redundant (TMR), zapewniając wysoce niezawodną podstawową warstwę ochronną dla różnych zastosowań turbinowych.

Podstawowy opis funkcjonalny

IS220PTURH1B integruje wiele funkcji przetwarzania sygnałów w kompleksową platformę podstawowego zabezpieczenia turbiny.

1. Cztery wejścia czujnika prędkości

• Prędkość : Dla normalnych turbin jednowałowych.

• Speed_High : Zapewnia rozszerzony zakres prędkości powyżej standardowego typu.

• Speed_HSNG : Służy do kompensacji niespójnego odstępu między zębami na kole prędkości przy użyciu algorytmu mapowania zębów w celu usunięcia okresowych błędów z pomiarów prędkości.

• Speed_LM : Zaprojektowany dla turbin gazowych serii LM.

• Przepływ : Do pomiarów przepływu paliwa z dzielnikiem przepływu.

• Typ interfejsu: Zapewnia 4 kanały do ​​podłączenia pasywnych magnetycznych przetworników prędkości.

• Zakres częstotliwości: Obsługuje szeroki zakres częstotliwości wejściowej impulsów od 2 Hz do 20 000 Hz, umożliwiając dokładny pomiar od prędkości obrotowej przekładni wynoszącej 2 obr./min (w celu ustalenia, czy wirnik jest zatrzymany) do sygnałów przekroczenia prędkości znacznie powyżej prędkości znamionowej.

• Konwersja sygnału: Obwody wewnętrzne przekształcają sygnały o częstotliwości impulsów na cyfrowe wartości prędkości.

• Konfiguracja typu częstości tętna: Typ aplikacji można elastycznie skonfigurować za pomocą parametru PRType :

2. Wejścia napięcia generatora i magistrali (automatyczna synchronizacja)

• Sygnały wejściowe: Odbiera sygnały napięcia generatora i napięcia magistrali z zewnętrznych transformatorów potencjałowych (PT), nominalnie 115 V RMS.

• Funkcja podstawowa: Wejścia te są wykorzystywane do funkcji automatycznej synchronizacji, umożliwiając generatorowi dokładne dopasowanie napięcia, częstotliwości i fazy magistrali systemowej przed zamknięciem wyłącznika.

• Dokładność pomiaru: Dokładność pomiaru częstotliwości wynosi 0,05% w zakresie 45–66 Hz; Dokładność pomiaru różnicy faz jest lepsza niż ±1°.

3. Monitorowanie napięcia i prądu na wale

• Test AC: Stosuje napięcie testowe 2 kHz w celu sprawdzenia integralności obwodu pomiarowego.

• Test DC: Stosuje źródło 5 V DC w celu sprawdzenia ciągłości obwodu zewnętrznego (w tym szczotek, wału i przewodów łączących). Odczyty rezystancji powyżej ustawienia BrushLimit wskazują na potencjalną usterkę.

• Napięcie wału-masy: Monitoruje częstotliwość impulsów (0-2000 Hz).

• Prąd wału: Mierzy prąd (ampery AC) poprzez bocznik.

• Cel: Monitorowanie potencjalnych uszkodzeń łożysk spowodowanych przepływem prądu elektrycznego, który może wynikać z elektryczności statycznej (np. kropelek wody z wiader ostatniego stopnia w turbinach parowych), tętnienia prądu przemiennego w polu generatora lub dysymetrii obwodu magnetycznego generatora.

• Treść monitorowania:

• Funkcje testowe:

4. Wejścia czujnika płomienia (z TRPG)

• W przypadku użycia z listwą zaciskową wyzwalacza pierwotnego TRPG, PTURH1B może monitorować sygnały z ośmiu czujników płomienia.

• Zasada działania: Bez płomienia czujnik ładuje się do napięcia zasilania. Obecność płomienia powoduje, że detektor ładuje się do pewnego poziomu, a następnie rozładowuje przez TRPG. Większa intensywność płomienia zwiększa częstotliwość wyładowań (0-1000 impulsów/s). PTUR przekształca te energie wyładowań w impulsy napięcia i zlicza je.

5. Funkcje wyjściowe

• Interfejs głównego elektromagnesu wyłączającego: Napędza elektromagnesy wyłączające podłączone do listew zaciskowych wyłączających serii TRPx (do 3), ostatecznie wyzwalając system awaryjnego wyłączania turbiny.

• Automatyczna kontrola synchronizacji: Wydaje precyzyjne polecenia zamknięcia cewki zamykającej wyłącznika głównego (52G) poprzez sterowanie przekaźnikiem K25 (Auto Sync) na listwie zaciskowej TTURH1C.

• Synchronizing Permissive: Zapewnia zezwolenie sekwencyjne na synchronizację generatora poprzez sterowanie przekaźnikiem K25P.

6. Diagnostyka i monitorowanie stanu

• Moduł zapewnia kompleksową autodiagnostykę, w tym monitorowanie zasilania, kontrolę sprzętu, stan komunikacji i monitorowanie sprzężenia zwrotnego krytycznych przekaźników i czujników.

Architektura sprzętu i zasady działania

(A) Skład sprzętu

Moduł IS220PTURH1B składa się z:

• Płyta procesora BPPC: wspólny rdzeń procesora dla rozproszonych pakietów we/wy, obsługujący komunikację, przetwarzanie logiczne i przetwarzanie danych.

• Płyta specyficzna dla aplikacji: zawiera dedykowane obwody do przetwarzania sygnałów specyficznych dla turbiny (np. prędkość, napięcie).

• Karta rozszerzeń do akwizycji analogowej: Odpowiedzialna za bardzo precyzyjną akwizycję sygnałów analogowych, takich jak napięcia i sygnały monitorowania wału.

• Złącza:

• Dolne złącze pinowe DC-62: Podłączane bezpośrednio do odpowiedniej listwy zaciskowej (TTUR, STUR, TRPA), przesyłające wszystkie sygnały we/wy.

• Porty Ethernet RJ-45 (ENET1, ENET2): Do komunikacji ze sterownikiem Mark VIe, obsługujące redundancję pojedynczej lub podwójnej sieci.

• 3-pinowe wejście zasilania: zewnętrzne zasilanie 28 V DC.

(B) Zasady systemu automatycznej synchronizacji

Jest to jedna z najbardziej złożonych i podstawowych funkcji IS220PTURH1B, której celem jest zamknięcie wyłącznika generatora w optymalnym momencie (w pobliżu zerowej różnicy faz) w celu zapewnienia płynnego połączenia z siecią.

1. Pozyskiwanie i obliczanie sygnału:

• IS220PTURH1B stale monitoruje napięcie generatora ( V_Gen ) i napięcie magistrali ( V_Bus ).

• Precyzyjnie oblicza różnicę faz ( GenPhaseDiff ), poślizg ( GenFreqDiff , różnica częstotliwości) i przyspieszenie między nimi, wykorzystując technikę przejścia napięcia zerowego.

• Poślizg: Dodatni, gdy częstotliwość generatora jest wyższa niż częstotliwość magistrali. Faza: Dodatnia, gdy generator prowadzi autobus.

2. Zamknij decyzję i przewidywanie:

• Algorytm automatycznej synchronizacji nie wydaje polecenia zamknięcia dokładnie w chwili zerowej różnicy faz, ale musi przewidzieć czas działania wyłącznika.

• Na podstawie aktualnej fazy, poślizgu prądu, przyspieszenia prądu i skonfigurowanego czasu zamknięcia wyłącznika ( CBxCloseTime ), algorytm oblicza przewidywany czas wyprzedzenia zamykania.

• Polecenie zamknięcia jest wydawane, jeśli generator jest aktualnie opóźniony (ujemna różnica faz) i opóźnia się przez co najmniej 10 ostatnich kolejnych cykli ORAZ algorytm przewiduje, że generator będzie wyprzedzał w faktycznym momencie zamknięcia wyłącznika. Strategia ta zapewnia minimalną różnicę faz w momencie zamknięcia.

3. Koordynacja przekaźników:
   Załączenie wyłącznika generatora wymaga jednoczesnego spełnienia trzech warunków, kontrolowanych przez trzy przekaźniki:

• K25P (przekaźnik zezwalający na synchronizację): sterowany bezpośrednio przez kod aplikacji kontrolera. Sprawdza, czy turbina znajduje się w odpowiednim stanie sekwencji do synchronizacji.

• K25 (przekaźnik automatycznej synchronizacji): sterowany algorytmem automatycznej synchronizacji w PTURH1B. Aktywuje się, gdy spełnione są warunki dotyczące napięcia, częstotliwości i fazy, a zamknięcie jest dokładnie przewidywane.

• K25A (przekaźnik kontroli synchronizacji): znajduje się na TTUR, ale sterowany jest algorytmem kontroli synchronizacji w module we/wy PPRO lub YPRO (w oparciu o logikę 2 z 3). Służy jako niezależna kontrola rezerwowa, zapewniająca, że ​​faza lub poślizg mieści się w dopuszczalnym oknie.

• Obwód zamknięcia wyłącznika jest zakończony tylko wtedy, gdy K25A zostanie pobudzony jako pierwszy (aby zapobiec zakłóceniom optymalizacji), a następnie K25 i K25P.

4. Sterowanie adaptacyjne:

• Algorytm charakteryzuje się samoadaptacyjną kontrolą czasu zamknięcia wyłącznika. Mierzy rzeczywisty czas zamknięcia wyłącznika na podstawie sprzężenia zwrotnego ze styku pomocniczego 52G/a po każdym zamknięciu i porównuje go z wartością zadaną.

• Następnie automatycznie dostosowuje parametr CBxCloseTime o jeden cykl (16,6/20 ms) na zamknięcie, aby zbliżyć go do wartości rzeczywistej, stale poprawiając dokładność zamykania. Regulacja ta jest ograniczona przez konfigurowalny parametr CBxAdaptLimit .

5. Tryby pracy:

• Wył.: Synchronizacja jest wyłączona.

• Ręczny: Operator inicjuje polecenie zamknięcia, ale nadal jest ono zależne od styków K25A.

• Auto: System automatycznie dopasowuje napięcie i prędkość, a następnie zamyka wyłącznik we właściwym czasie.

• Monitor: Identyczny z trybem Auto, ale blokuje rzeczywiste wyjście przekaźnika K25, używanego do testowania i weryfikacji działania systemu bez faktycznego zamykania wyłącznika.

(C) Zasady zabezpieczenia przed przekroczeniem prędkości

W przypadku zastosowań wymagających wyjątkowo szybkiej reakcji, IS220PTURH1B może włączyć wbudowane algorytmy szybkiego wyłączania spowodowanego przekroczeniem prędkości. Logika wyłączenia jest wykonywana bezpośrednio w PTUR, z pominięciem sterownika, co skutkuje czasem wyłączenia wynoszącym 30 ms lub mniej.

1. Algorytm PR_Pojedynczy:

• Zastosowanie: Stosowany głównie w turbinach gazowych LM, zapewniając redundancję.

• Zasada: Dwa redundantne sygnały czujnika prędkości są dzielone na dwa redundantne PTUR. Każdy PTUR niezależnie przetwarza własne sygnały prędkości ( PulseRate1 do PulseRate4 ).

• Rodzaje zabezpieczeń: Każdy kanał prędkości może mieć niezależną wartość zadaną nadmiernej prędkości ( PRxSetpoint ). Zapewnia także zabezpieczenie przed nagłym przyspieszeniem ( AccATrip , AccBTrip ), chroniące przed gwałtownym przyspieszaniem wirnika.

2. Algorytm PR_Max:

• Zastosowanie: Pojedynczy PTUR jest podłączony do dwóch redundantnych czujników prędkości.

• Zasada: Algorytm wykorzystuje MAX(PR1, PR2) i MAX(PR3, PR4) .do podejmowania decyzji maksymalną wartość dwóch sygnałów prędkości (

• Rodzaje zabezpieczeń: Oprócz zabezpieczenia przed przekroczeniem prędkości i przyspieszenia, zapewnia również zabezpieczenie przed hamowaniem ( DecelTrip ) (przed awarią wału) i wyłączenie przed różnicą prędkości ( FastDiffTrip ). Jeśli jeden czujnik ulegnie awarii, drugi może nadal zapewniać ochronę, unikając uciążliwych wyłączeń.

(D) Zasady monitorowania napięcia/prądu na wale

• Normalne monitorowanie: wykorzystuje przyrządy o wysokiej impedancji do pomiaru napięcia między wałem a ziemią oraz prądu płynącego przez bocznik, alarmując w przypadku nadmiernych poziomów.

• Tryby testowe:

• Test AC: Przykłada napięcie testowe 2 kHz na wejście obwodu pomiarowego w celu sprawdzenia integralności całego kanału.

• Test DC: Przykłada napięcie 5 V DC do pomiaru rezystancji obwodu zewnętrznego (szczotki, wał, przewody). Zmierzona rezystancja powyżej ustawienia BrushLimit wskazuje na potencjalną usterkę, taką jak słaby kontakt szczotek.

Instalacja, konfiguracja i diagnostyka

1. Instalacja:

• Podłącz moduł IS220PTURH1B bezpośrednio do złącz zamontowanej listwy zaciskowej (TTUR, STUR, TRPA).

• Zamocuj mechanicznie pakiet we/wy za pomocą gwintowanych kołków sąsiadujących z portami Ethernet i specjalnego wspornika montażowego, upewniając się, że na złącze pinowe DC-62 nie jest przykładana siła kątowa.

• Podłącz jeden lub dwa kable Ethernet i zasilacz 28 V DC.

2. Konfiguracja (przy użyciu oprogramowania ToolboxST):

• Parametry pulsu: Ustaw PRType , PRScale (impulsy na obrót), TeethPerRev (zęby na kole prędkości) itp.

• Parametry automatycznej synchronizacji: Skonfiguruj CBxCloseTime (czas zamknięcia wyłącznika), CBxAdaptLimit (limit adaptacyjny) itp.

• Parametry szybkiej podróży: Wybierz TripType (PR_Single lub PR_Max) i ustaw odpowiednie wartości zadane nadmiernej prędkości, przyspieszania i zwalniania.

• Limity systemu: Ustaw limity alarmów i wyłączeń dla różnych sygnałów.

3. Diagnostyka i wskaźniki LED:

• K25: Wskazuje polecenie włączenia przekaźnika automatycznej synchronizacji.

• K25P: Wskazuje polecenie włączenia przekaźnika zezwalającego na synchronizację.

• DCT: Wskazuje, że test DC jest włączony.

• K1, K2, K3: Wskazuje polecenie włączenia odpowiedniego przekaźnika wyłączającego.

• PTURH1B wykonuje autotesty po włączeniu zasilania i ciągłe monitorowanie sprzętu.

• Diody LED na płycie czołowej modułu zapewniają kluczowe wskazania stanu:

• Szczegółowe alarmy diagnostyczne, takie jak awarie przekaźników synchronizacji, przekroczenie limitów adaptacyjnej regulacji wyłącznika i niezgodności sprzętowe, można przeglądać w ToolboxST, prowadząc kroki rozwiązywania problemów.