Pacote de E/S de disparo primário específico para turbina GE IS220PTURH1B

O IS220PTURH1B é um pacote de E/S de disparo primário específico para turbina usado nos sistemas de controle Mark VIe e Mark VIeS da GE. É um modelo da série PTUR, contendo uma placa de processador BPPC funcionalmente compatível que requer o conjunto de software ControlST V04.07 ou posterior. Este módulo serve como interface elétrica entre as placas terminais de controle da turbina (por exemplo, TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) e uma ou duas redes Ethernet de E/S, atuando como um componente central para implementar funções críticas de proteção e controle da turbina.

O IS220PTURH1B foi projetado especificamente para lidar com sinais essenciais para a operação segura e estável de turbinas a vapor e a gás, incluindo monitoramento de velocidade, sincronização automática (sincronização), monitoramento de tensão/corrente do eixo e (quando usado com a placa terminal TRPG) detecção de chama. Seu objetivo final é acionar de forma confiável o disjuntor principal e os solenóides de disparo primários, garantindo o desligamento rápido da unidade em condições perigosas, como excesso de velocidade. O módulo suporta configurações de sistema Simplex e Triplo Modular Redundante (TMR), fornecendo uma camada de proteção primária altamente confiável para diversas aplicações de turbinas.

Descrição Funcional Central

O IS220PTURH1B integra múltiplas funções de processamento de sinal em uma plataforma abrangente de proteção primária de turbina.

1. Quatro entradas de sensor de velocidade

• Velocidade : Para turbinas normais de eixo único.

• Speed_High : Fornece uma faixa de velocidade estendida acima do tipo padrão.

• Speed_HSNG : Usado para compensar o espaçamento inconsistente dos dentes na roda de velocidade, usando um algoritmo de mapeamento de dentes para remover erros periódicos das medições de velocidade.

• Speed_LM : Projetado para turbinas a gás da série LM.

• Fluxo : Para medições de fluxo de combustível do divisor de fluxo.

• Tipo de interface: Fornece 4 canais para conectar captadores de velocidade magnéticos passivos.

• Faixa de frequência: Suporta uma ampla faixa de entrada de taxa de pulso de 2 Hz a 20.000 Hz, permitindo medição precisa de velocidade da engrenagem giratória de 2 RPM (para determinar se o rotor está parado) até sinais de sobrevelocidade muito acima da velocidade nominal.

• Conversão de sinal: Os circuitos internos convertem sinais de frequência de pulso em valores digitais de velocidade.

• Configuração do tipo de taxa de pulso: O tipo de aplicação pode ser configurado de forma flexível através do PRType : parâmetro

2. Entradas de tensão do gerador e do barramento (sincronização automática)

• Sinais de Entrada: Recebe sinais de tensão do gerador e de barramento de Transformadores de Potencial (TPs) externos, 115 V RMS nominais.

• Função principal: Essas entradas são usadas para a função de sincronização automática, permitindo que o gerador corresponda com precisão à tensão, frequência e fase do barramento do sistema antes de fechar o disjuntor.

• Precisão de medição: A precisão da medição de frequência é de 0,05% na faixa de 45-66 Hz; a precisão da medição da diferença de fase é melhor que ± 1°.

3. Monitoramento de Tensão e Corrente do Eixo

• Teste AC: Aplica uma tensão de teste de 2 kHz para verificar a integridade do circuito de medição.

• Teste DC: Aplica uma fonte de 5 V DC para testar a continuidade do circuito externo (incluindo escovas, eixo e fios de interconexão). As leituras de resistência acima da configuração BrushLimit indicam uma falha potencial.

• Tensão eixo-terra: Monitora a frequência de pulso (0-2000 Hz).

• Corrente do eixo: Mede a corrente (amperes CA) por meio de um shunt.

• Objetivo: Monitorar danos potenciais aos rolamentos causados ​​pelo fluxo de corrente elétrica, que pode resultar de eletricidade estática (por exemplo, gotículas de água dos baldes do último estágio em turbinas a vapor), ondulação de CA no campo do gerador ou dissimetrias do circuito magnético do gerador.

• Conteúdo de monitoramento:

• Funções de teste:

4. Entradas do Detector de Chama (com TRPG)

• Quando usado com a placa terminal de disparo primário TRPG, o PTURH1B pode monitorar sinais de oito detectores de chama.

• Princípio de funcionamento: Sem chama, o detector carrega com a tensão de alimentação. A presença de chama faz com que o detector carregue até um nível e depois descarregue através do TRPG. Maior intensidade de chama aumenta a frequência de descarga (0-1000 pulsos/seg). O PTUR converte essas energias de descarga em pulsos de tensão e os conta.

5. Funções de saída

• Interface primária do solenóide de disparo: Aciona os solenóides de disparo conectados às placas terminais de disparo da série TRPx (até 3), acionando, em última instância, o sistema de disparo de emergência da turbina.

• Controle de sincronização automática: Emite comandos de fechamento precisos para a bobina de fechamento do disjuntor principal (52G), controlando o relé K25 (Auto Sync) na placa terminal TTURH1C.

• Sincronização Permissiva: Fornece permissão de sequência para sincronização do gerador controlando o relé K25P.

6. Diagnóstico e monitoramento de status

• O módulo fornece autodiagnóstico abrangente, incluindo monitoramento da fonte de alimentação, verificações de hardware, status de comunicação e monitoramento de feedback de relés e sensores críticos.

Arquitetura de hardware e princípios operacionais

(A) Composição de Hardware

O módulo IS220PTURH1B consiste em:

• Placa do processador BPPC: O núcleo do processador comum para pacotes de E/S distribuídos, manipulação de comunicação, processamento lógico e processamento de dados.

• Placa Específica da Aplicação: Contém circuitos dedicados para processar sinais específicos da turbina (por exemplo, velocidade, tensão).

• Placa filha de aquisição analógica: Responsável pela aquisição de alta precisão de sinais analógicos, como tensões e sinais de monitoramento de eixo.

• Conectores:

• Conector inferior de pinos DC-62: Conecta-se diretamente à placa terminal correspondente (TTUR, STUR, TRPA), transmitindo todos os sinais de E/S.

• Portas Ethernet RJ-45 (ENET1, ENET2): Para comunicação com o controlador Mark VIe, suportando redundância de rede simples ou dupla.

• Entrada de alimentação de 3 pinos: Fonte de alimentação externa de 28 Vcc.

(B) Princípios do Sistema de Sincronização Automática

Esta é uma das funções mais complexas e centrais do IS220PTURH1B, visando fechar o disjuntor do gerador no momento ideal (diferença de fase próxima de zero) para uma conexão suave à rede.

1. Aquisição e Cálculo de Sinais:

• O IS220PTURH1B monitora continuamente a tensão do gerador ( V_Gen ) e a tensão do barramento ( V_Bus ).

• Ele calcula com precisão a diferença de fase ( GenPhaseDiff ), escorregamento ( GenFreqDiff , diferença de frequência) e aceleração entre eles usando uma técnica de cruzamento de tensão zero.

• Slip: Positivo quando a frequência do gerador é maior que a frequência do barramento. Fase: Positiva quando o gerador está conduzindo a barra.

2. Fechar decisão e previsão:

• O algoritmo de sincronização automática não emite o comando de fechamento precisamente no instante de diferença de fase zero, mas deve prever o tempo de operação do disjuntor.

• Com base na fase atual, escorregamento de corrente, aceleração de corrente e no tempo de fechamento do disjuntor configurado ( CBxCloseTime ), o algoritmo calcula um lead time de fechamento projetado.

• O comando de fechamento é emitido se o gerador estiver atualmente atrasado (diferença de fase negativa) e estiver atrasado pelo menos nos últimos 10 ciclos consecutivos, E o algoritmo antecipa que estará adiantado no momento real do fechamento do disjuntor. Esta estratégia garante uma diferença mínima de fase no instante do fechamento.

3. Coordenação de Relés:
   O fechamento do disjuntor do gerador requer três condições atendidas simultaneamente, controladas por três relés:

• K25P (Relé Permissivo de Sincronização): Acionado diretamente pelo código de aplicação do controlador. Verifica se a turbina está no estado de sequência correto para sincronização.

• K25 (Relé de sincronização automática): Acionado pelo algoritmo de sincronização automática dentro do PTURH1B. É ativado quando as condições de tensão, frequência e fase são atendidas e o fechamento é previsto com precisão.

• K25A (Relé de verificação de sincronização): Localizado no TTUR, mas acionado pelo algoritmo de verificação de sincronização no módulo de E/S PPRO ou YPRO (baseado na lógica 2 de 3). Serve como uma verificação de backup independente, garantindo que a fase ou escorregamento esteja dentro de uma janela permitida.

• O circuito de fechamento do disjuntor é concluído somente se K25A for ativado primeiro (para evitar sua interferência na otimização), seguido por K25 e K25P.

4. Controle Adaptativo:

• O algoritmo apresenta controle autoadaptativo do tempo de fechamento do disjuntor. Ele mede o tempo real de fechamento do disjuntor usando o feedback do contato auxiliar 52G/a após cada fechamento e compara-o com o ponto de ajuste.

• Em seguida, ele ajusta automaticamente o parâmetro CBxCloseTime em incrementos de um ciclo (16,6/20 ms) por fechamento para aproximá-lo do valor real, melhorando continuamente a precisão do fechamento. Este ajuste é limitado pelo parâmetro configurável CBxAdaptLimit .

5. Modos de operação:

• Apagado: a sincronização está desativada.

• Manual: O operador inicia o comando de fechamento, mas ainda está sujeito aos contatos K25A.

• Automático: O sistema combina automaticamente a tensão e a velocidade e fecha o disjuntor no momento certo.

• Monitor: Idêntico ao modo Auto, mas bloqueia a saída real do relé K25, usado para testar e verificar o desempenho do sistema sem realmente fechar o disjuntor.

(C) Princípios de proteção contra excesso de velocidade rápida

Para aplicações que exigem resposta extremamente rápida, o IS220PTURH1B pode habilitar algoritmos integrados de disparo rápido por excesso de velocidade. A lógica de disparo é executada diretamente no PTUR, ignorando o controlador, resultando em um tempo de disparo de 30 ms ou menos.

1. Algoritmo PR_Single:

• Aplicação: Usado principalmente para turbinas a gás LM, proporcionando redundância.

• Princípio: Dois sinais de sensores de velocidade redundantes são divididos em dois PTURs redundantes. Cada PTUR processa independentemente seus próprios sinais de velocidade ( PulseRate1 a PulseRate4 ).

• Tipos de Proteção: Cada canal de velocidade pode ter um setpoint de sobrevelocidade independente ( PRxSetpoint ). Também fornece proteção contra desarme de aceleração ( AccATrip , AccBTrip ) para proteger contra aceleração rápida do rotor.

2. Algoritmo PR_Max:

• Aplicação: Um único PTUR é conectado a dois sensores de velocidade redundantes.

• Princípio: O algoritmo utiliza o valor máximo de dois sinais de velocidade ( MAX(PR1, PR2) e MAX(PR3, PR4) ) para a tomada de decisão.

• Tipos de proteção: Além da proteção contra sobrevelocidade e aceleração, também fornece proteção contra desaceleração ( DecelTrip ), (contra falha do eixo) e desarme por diferença de velocidade ( FastDiffTrip ). Se um sensor falhar, o outro ainda poderá fornecer proteção, evitando disparos incômodos.

(D) Princípios de monitoramento de tensão/corrente do eixo

• Monitoramento Normal: Utiliza instrumentação de alta impedância para medir a tensão entre o eixo e o terra e a corrente através do shunt, alarmando em níveis excessivos.

• Modos de teste:

• Teste AC: Aplica uma tensão de teste de 2 kHz à entrada do circuito de medição para verificar a integridade de todo o canal.

• Teste DC: Aplica 5V DC para medir a resistência do circuito externo (escovas, eixo, fios). Uma resistência medida acima da configuração BrushLimit indica uma falha potencial, como mau contato da escova.

Instalação, configuração e diagnóstico

1. Instalação:

• Conecte o módulo IS220PTURH1B diretamente nos conectores da placa de terminais montada (TTUR, STUR, TRPA).

• Prenda mecanicamente o pacote de E/S usando os pinos roscados adjacentes às portas Ethernet e um suporte de montagem específico, garantindo que nenhuma força em ângulo reto seja aplicada ao conector de pino DC-62.

• Conecte um ou dois cabos Ethernet e a fonte de alimentação de 28 Vcc.

2. Configuração (usando o software ToolboxST):

• Parâmetros de taxa de pulso: Defina PRType , PRScale (pulsos por revolução), TeethPerRev (dentes na roda de velocidade), etc.

• Parâmetros de Sincronização Automática: Configure CBxCloseTime (tempo de fechamento do disjuntor), CBxAdaptLimit (limite adaptativo), etc.

• Parâmetros de disparo rápido: Selecione TripType (PR_Single ou PR_Max) e defina os pontos de ajuste de sobrevelocidade, aceleração e desaceleração correspondentes.

• Limites do Sistema: Defina limites de alarme e desarme para vários sinais.

3. Diagnósticos e indicadores LED:

• K25: Indica comando para energizar o relé de autossincronismo.

• K25P: Indica um comando para energizar o relé permissivo de sincronismo.

• DCT: Indica que o teste DC está habilitado.

• K1, K2, K3: Indica um comando para energizar o relé de disparo correspondente.

• O PTURH1B realiza autotestes de inicialização e monitoramento contínuo de hardware.

• Os LEDs no painel frontal do módulo fornecem indicações importantes de status:

• Alarmes de diagnóstico detalhados, como falhas de relé de sincronização, limites de ajuste adaptativo do disjuntor excedidos e incompatibilidades de hardware, podem ser visualizados no ToolboxST, orientando as etapas de solução de problemas.