A placa terminal de proteção de emergência IS200TPROH1C é um componente crítico dentro do sistema de controle de turbina Mark VI, projetado especificamente para implementar um sistema independente de proteção contra sobrevelocidade de emergência (EOS) e verificação de sincronização, separado do sistema de controle primário. Ele atua como uma unidade de interface de sinal altamente confiável, responsável por coletar sinais de proteção críticos da turbina e distribuí-los para placas de proteção VPRO com redundância tripla para processamento. A principal filosofia de projeto do TPRO é fornecer uma “última linha de defesa” confiável, garantindo que o disparo da turbina possa ser efetivamente acionado para proteger o equipamento mesmo se o sistema de controle principal falhar.
Esta placa terminal não depende de pacotes de E/S Mark VIe e é uma entidade de hardware independente. Seu projeto segue os princípios de sistemas de proteção de alta integridade, utilizando tecnologias de redundância, isolamento e diagnóstico para minimizar a probabilidade de falsos disparos e falha no disparo.
2. Arquitetura do sistema e função funcional
O IS200TPROH1C desempenha o papel de um hub de agregação e distribuição de sinais dentro da arquitetura do sistema de proteção. Todo o sistema de proteção de emergência consiste principalmente em três partes:
Placa Terminal IS200TPROH1C: Responsável por receber todos os sinais brutos de proteção dos sensores de campo.
Placas de proteção VPRO triplamente redundantes (VPRO-R8, VPRO-S8, VPRO-T8): Recebem sinais do IS200TPROH1C, executam lógica de proteção de forma independente (por exemplo, determinação de sobrevelocidade, verificação de sincronização) e comandos de disparo de saída.
Placas de relé de disparo TREx (por exemplo, TREG): Recebem comandos do VPRO e controlam diretamente o circuito de potência dos solenóides de disparo.
A principal função do IS200TPROH1C é fornecer sinais de entrada idênticos e isolados para todas as três placas VPRO simultaneamente. Isso significa que cada sinal, desde captadores de velocidade até transformadores de tensão e termopares, é colocado em paralelo e distribuído pelo TPRO para três canais VPRO independentes. Esta arquitetura é a base para alcançar um sistema de proteção redundante modular triplo, garantindo que uma única falha na placa VPRO ou no caminho do sinal não leve à perda de toda a função de proteção.
O fluxo de trabalho do sistema é o seguinte: Os sinais do sensor são conectados ao TPRO -> O TPRO distribui sinais em paralelo aos três VPROs -> Cada VPRO executa sua lógica independentemente -> Os VPROs votam, por meio de relés na placa TREx, para decidir se devem energizar os solenóides de disparo. O TPRO se conecta às placas VPRO por meio de conectores tipo 'D' de 37 pinos com fechos de travamento, garantindo a confiabilidade da conexão. Além disso, os blocos de terminais do TPRO são do tipo barreira e podem ser totalmente desconectados da placa, facilitando significativamente o trabalho de manutenção e fiação.
3. Funções detalhadas e princípios operacionais
3.1 Função de proteção de emergência contra excesso de velocidade
Esta é a função mais crítica do IS200TPROH1C. Seu princípio é monitorar a velocidade da turbina e acionar um desligamento de emergência quando a velocidade ultrapassar um ponto de ajuste seguro.
Aquisição de sinal: A placa terminal IS200TPROH1C foi projetada para conectar até nove captadores de velocidade magnética passiva. Esses nove captadores são normalmente divididos em dois grupos: um grupo (os três primeiros) alimenta o controlador principal para controle de velocidade e proteção primária contra sobrevelocidade; o outro grupo (os próximos três ou mais) é dedicado ao IS200TPROH1C para proteção emergencial contra sobrevelocidade. O TPRO roteia os sinais desses captadores de sobrevelocidade de emergência para as três placas VPRO por meio de cabos e conectores separados, com cada VPRO recebendo um sinal de um captador.
Processamento e transmissão de sinal:
Os captadores magnéticos detectam os dentes da engrenagem, gerando um sinal de tensão senoidal. A amplitude e a frequência do sinal aumentam com o aumento da velocidade.
O circuito de entrada na placa IS200TPROH1C processa esses sinais de alta frequência. Seu circuito de entrada possui características de carga específicas e possui uma ampla faixa de frequência de pulso e alta sensibilidade.
Os captadores podem ser localizados a até 300 metros do gabinete IS200TPROH1C usando cabo de par trançado blindado, oferecendo forte imunidade a ruídos.
Lógica de Redundância: As três placas VPRO calculam independentemente a velocidade com base nos respectivos sinais recebidos. O comando de disparo de emergência normalmente usa uma lógica de votação “dois em três”; isto é, o sistema só iniciará um desarme se pelo menos dois VPROs detectarem simultaneamente uma condição de sobrevelocidade. Isso evita falsos desarmes devido a um único pickup ou falha do VPRO e falha de desarme devido a uma falha de canal único.
3.2 Função de proteção de verificação de sincronização de backup
Esta função evita que o disjuntor do gerador feche quando o gerador e a rede não estão sincronizados, evitando assim danos massivos por estresse mecânico e elétrico ao gerador e à rede.
Aquisição de Sinais: O IS200TPROH1C recebe sinais do lado secundário de dois transformadores de potencial monofásicos: Tensão do Gerador e Tensão do Barramento. Esses sinais são normalmente classificados em 115 V RMS.
Distribuição e isolamento de sinal: O TPRO coloca em paralelo esses dois sinais de tensão internamente e os distribui para as três placas VPRO. Cada entrada de TP é isolada magneticamente dentro do TPRO, apresentando uma barreira de isolamento com classificação RMS de 1500 V, e cada entrada de TP apresenta uma carga inferior a 3 VA, garantindo precisão e segurança do sinal.
Princípio operacional: Cada placa VPRO contém um módulo de verificação de sincronização de alta precisão que monitora continuamente a diferença de magnitude de tensão, diferença de frequência e diferença de ângulo de fase entre as tensões do gerador e do barramento.
Saída de Proteção: Um sinal de permissão somente é emitido quando as condições “sincronizadas” dos três canais VPRO são confirmadas através da lógica de votação. Isso aciona o relé K25A na placa TREG. Os contatos do relé K25A são conectados em série com o relé principal de permissão de sincronização e os contatos do relé de sincronização automática. Esta conexão em série com fio forma um intertravamento de segurança robusto: o comando de fechamento do disjuntor do gerador só pode ser emitido se a verificação de sincronização de backup, o sistema de sincronização principal e outras permissões forem concedidas, evitando efetivamente falsos comandos de fechamento.
3.3 Funções de Termopar e Entrada Analógica
O IS200TPROH1C também fornece canais de entrada de proteção analógica adicionais para a turbina a gás, usados principalmente para temperatura de backup e proteção de parâmetros de processo.
Entradas de termopar: O IS200TPROH1C fornece 9 entradas de termopar, usadas principalmente para proteção de sobretemperatura de exaustão em turbinas a gás. Esses 9 termopares são distribuídos uniformemente pelas três placas VPRO, com cada VPRO recebendo 3. Essa distribuição fornece redundância: mesmo que a função de medição de temperatura de um canal VPRO falhe completamente, os outros dois canais ainda podem realizar a proteção contra superaquecimento.
Entradas Analógicas: O IS200TPROH1C fornece 3 entradas analógicas:
1 entrada multifuncional: configurável através dos jumpers JP1A e JP1B para aceitar um sinal de corrente de 4-20 mA, sinal de tensão de ±5 V CC ou ±10 V CC.
2 entradas de corrente dedicadas de 4-20 mA.
Essas entradas analógicas podem ser usadas para monitorar parâmetros críticos, como pressão do óleo lubrificante ou pressão do gás combustível, servindo como proteção de backup para o sistema de controle principal. As placas VPRO fornecem alimentação de 28 V CC para esses sensores. Essa energia é condicionada por meio de circuitos no TPRO antes que os sinais padrão de 4 a 20 mA sejam enviados aos três VPROs.
4. Projeto e instalação de hardware
O IS200TPROH1C é uma placa terminal independente medindo 17,8 cm de largura x 33,02 cm de altura, projetada para montagem direta na chapa metálica do painel, normalmente usando um esquema de montagem em formato de buraco de fechadura.
Blocos terminais: Os blocos terminais na placa são claramente divididos em áreas funcionais, incluindo tensão do gerador/barramento, entradas analógicas, entradas de termopares e entradas de captação de velocidade magnética. Cada terminal pode aceitar até dois fios #12 AWG com isolamento de 300 volts.
Facilidade de manutenção: Os blocos terminais do tipo barreira podem ser desconectados como um todo da placa de circuito, o que é extremamente conveniente para substituição ou inspeção de fios sem manusear a própria placa.
Conectores: A conexão às três placas VPRO é obtida por meio de conectores tipo 'D' de 37 pinos, que apresentam mecanismos de travamento para conexão confiável em ambientes vibrantes.
Alimentação: As placas VPRO fornecem alimentação de 28 V DC ao TPRO, usada especificamente para alimentar os sensores analógicos conectados.
5. Diagnóstico e Manutenção
Os sistemas IS200TPROH1C e VPRO incorporam diagnósticos on-line abrangentes para garantir a integridade do sistema de proteção.
Diagnóstico de Sinal: Os VPROs monitoram continuamente todos os sinais de entrada do TPRO. Se uma entrada analógica exceder os limites alto/baixo predefinidos ou se a qualidade do sinal for anormal, o VPRO gerará uma falha.
Identificação de hardware e diagnóstico de compatibilidade: Os conectores na placa terminal TPRO incorporam um chip de identificação somente leitura. Este chip é codificado com o número de série da placa terminal, tipo de placa, número de revisão e localização do plugue. Quando a placa VPRO é ligada ou opera, ela lê essas informações de ID. Se for detectada uma incompatibilidade, o VPRO gera imediatamente uma falha de “incompatibilidade de hardware”, evitando anomalias nas funções de proteção causadas por configuração incorreta de hardware.
Resumo de alarme: Se qualquer sinal do TPRO ou de seus cabos de conexão for diagnosticado como não saudável, um alarme de diagnóstico composto VPRO correspondente será acionado. Esses sinais de diagnóstico podem ser travados e redefinidos individualmente assim que o sinal retornar a um estado íntegro.
