VTUR Türbine Özel Birincil Açma sistemi, türbin ünitelerinin güvenli çalışmasını sağlamak için ilk savunma hattı olarak tasarlanan Mark VI gaz ve buhar türbini kontrol sisteminin temel koruyucu bileşenidir. IS200VTURH1B, bu sistem içindeki kritik bir terminal kartıdır ve ana VTUR kontrol panosu ile saha sensörleri/aktüatörler arasında arayüz merkezi görevi görür. Hız, voltaj ve alev durumu gibi kritik sinyallerin toplanmasından ve kontrol ünitesinden açma ve senkronizasyon komutlarının yürütülmesinden sorumludur. Yüksek güvenilirliği, hızlı müdahalesi ve kapsamlı tanılama özelliğiyle bilinen bu sistem, en yüksek güvenlik standartlarının gerekli olduğu enerji ve sanayi sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Temel İşlevler ve Ayrıntılı İlkeler
IS200VTURH1B terminal kartı, türbinler için çok katmanlı, yedekli bir koruma ve kontrol sistemi uygulamak üzere ana VTUR kartıyla uyum içinde çalışır.
2.1 Birincil Aşırı Hız Koruması ve Hız Ölçümü
Bu, türbin hızının mekanik tasarım sınırlarını aşmasını önlemek ve ciddi arızaları önlemek için tasarlanan VTUR sisteminin en kritik koruma işlevidir.
Teknik Prensip:
Sinyal Toplama: Sistem, IS200VTURH1B terminal kartı aracılığıyla dört bağımsız pasif manyetik hız alıcısına bağlanır. Bu sensörler, türbin şaftıyla birlikte dönen altmış dişli bir hız çarkının yanına monte edilir. Alternatif diş ve boşluk, manyetik akıyı değiştirerek, frekansla hıza orantılı bir AC voltaj sinyali üretir. Bu tasarım, harici güç gerektirmemesi, sağlam olması ve güçlü gürültü bağışıklığına sahip olması nedeniyle avantajlıdır.
Sinyal İşleme: Sensörlerden gelen zayıf sinüzoidal sinyaller, korumalı kablolar aracılığıyla IS200VTURH1B'ye ve ardından VTUR ana kartına iletilir. VTUR, önce sinyali filtreleyen (yüksek frekanslı gürültüyü ortadan kaldıran), onu kelepçeleyen (sonraki devreleri korumak için voltaj genliğini sınırlayan) ve AC kuplajını uygulayan (DC ofsetini ortadan kaldıran) dijital devrelere yönelik darbe hızını içerir. Daha sonra bir Schmitt tetikleyici sinüs dalgasını, her darbenin bir dişin geçişini temsil ettiği kare dalga darbe katarına dönüştürür.
Hız Hesaplama ve Oylama: Kontrol cihazı (VCMI), darbe frekansını ölçerek gerçek zamanlı hızı (RPM) hesaplar. Bir TMR (Üçlü Modüler Yedekleme) sisteminde, üç kontrol modülü hızı bağımsız olarak hesaplar ve bir medyan değer seçimi gerçekleştirilir; üç okumanın orta değeri, kontrol ve koruma için son geçerli hız olarak kullanılır. Bu mekanizma, herhangi bir modül veya sensördeki arızayı tolere edebilir ve sistem güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.
Aşırı Hız Açma Mantığı: Birincil aşırı hız açma hesaplaması öncelikle kontrol cihazında gerçekleştirilir. Kontrol cihazı, oylanan ortalama hızı önceden ayarlanmış bir aşırı hız açma ayar noktasıyla karşılaştırır. Hız ayar noktasını aştığında kontrol cihazı derhal bir açma sinyali üretir. Bu sinyal VTUR panosuna gönderilir ve bu pano daha sonra TRPx açma terminali panosundaki birincil açma rölelerini çalıştırır. Bu röleler Acil Durum Açma Solenoidlerinin (ETD'ler) güç devresini kontrol eder. Rölenin enerjisinin kesilmesi, solenoidin basıncı boşaltmasına neden olarak mekanik hidrolik sistemin türbinin yakıt veya buhar valflerini hızla kapatmasını tetikleyerek kapanmayı sağlar.
2.2 Hızlı Aşırı Hız Açma
Gaz türbinleri gibi son derece hızlı yanıt gerektiren uygulamalar için standart birincil aşırı hız koruması yeterince hızlı olmayabilir. Bu nedenle VTUR, doğrudan VTUR donanımı üzerinde çalışan, denetleyiciyi atlayan ve açma yanıt süresini 30 milisaniye veya daha azına düşüren bir Hızlı Aşırı Hız Açma algoritması içerir.
Teknik Prensip:
PR_Single (Darbe Hızı - Tek): Bu algoritma, iki yedek hız sensörü sinyalini iki yedek VTUR kartına böler. Her kart bağımsız bir aşırı hız kararı vermek için tek sensör sinyalini kullanır. Sistem ancak her iki kart da bir açma işlemini tetiklemezse çalışır durumda kalır. Bu, hem sensör hem de VTUR kartı düzeyinde yedeklilik sağlar ve LM serisi gaz türbinleri için tercih edilen algoritmadır.
PR_Max (Darbe Hızı - Maksimum): Bu algoritma, iki yedek hız sensörü sinyalini tek bir VTUR kartına bağlar. Kart sürekli olarak hız değerlerini karşılaştırır ve aşırı hız kararı için her zaman iki hızdan yüksek olanı kullanır. Bu yöntem, 'şaftın kırılması' veya bir sensör sinyalinin başarısız olduğu veya hatalı bir şekilde düştüğü ciddi yavaşlama durumlarında açma arızasına karşı etkili bir koruma sağlarken aynı zamanda tek bir sensör arızasından kaynaklanan rahatsız edici açmaları da önler.
Algoritma Seçenekleri: VTUR iki hızlı açma algoritması sunar.
Donanım Kilidi: Hızlı açma sinyali, VTUR kartı üzerindeki özel çıkışlar (PTR1'den PTR6'ya) aracılığıyla verilir ve bir OR kapısı mantığı aracılığıyla birincil açma rölesi devresine bağlanır. Bu, standart birincil açmanın VEYA hızlı açmanın tetiklenip tetiklenmediğini açma rölelerinin etkinleştirilmesini sağlar.
2.3 Şaft Gerilimi ve Akım İzleme
Bu fonksiyon, türbin-jeneratör yataklarını şaft akımlarının neden olduğu elektriksel erozyon hasarlarından korur.
Teknik Prensip:
AC Testi: R kontrol cihazı tarafından başlatılan, şaft voltajı ölçüm devresine 1 kHz'lik bir test sinyali enjekte eder. Sağlıklı S ve T kontrolörleri bu spesifik frekans kaymasını algılamalıdır. Bu test, VTUR'dan ölçüm noktasına kadar tüm devrenin bütünlüğünü doğrular.
DC Testi: Ayrıca R kontrol cihazı tarafından başlatılan bu test, harici şaft-topraklama döngüsüne 5 V DC voltaj uygular ve ortaya çıkan DC akımını ölçer. Sistem, döngü direncini hesaplayarak, fırça temas direncinin ( Fırça Sınırı ) ve şönt döngünün ( Şönt Sınırı ) normal aralıkta olup olmadığını belirleyebilir. Aşırı yüksek direnç tipik olarak fırçanın aşınmasını, zayıf teması veya açık devreyi gösterir.
Olay ve Tehlike: Türbin çalışması sırasında, buhar yüklemesi (kanatlara su damlacıklarının çarpması), jeneratör alanı dalgalanması veya manyetik devre asimetrisi nedeniyle rotor şaftında toprağa göre voltaj birikebilir. Bu voltaj, rulman yağı filmini parçalayacak kadar biriktiğinde, ani deşarj akımları meydana gelir ve rulman yataklarında ve bilyalarda elektriksel erozyona (buzlanma olarak bilinir) neden olur ve sonuçta rulman arızasına yol açar.
İzleme Sistemi: Şaft üzerine monte edilen karbon fırçalar, şaft voltajını VTURH1B terminal panosuna yönlendirir. Sistem hem şaft-toprak gerilimini hem de fırçalardan akan şaft akımını izler (hassas bir şönt direncindeki voltaj düşüşüyle ölçülür). VTUR, orijinal şaft topraklama sisteminin etkilenmemesini sağlamak için yüksek empedanslı enstrümantasyon devreleri kullanır.
Kendi Kendine Teşhis Testleri:
2.4 Alev Algılama
Gaz türbini uygulamalarında VTUR, sekiz adede kadar Geiger-Müller alev dedektörünü izlemek için TRPG kartıyla birlikte çalışır.
Teknik Prensip:
Dedektörün Çalışması: Alev olmadığında dedektörün dahili kapasitörü 335 V DC besleme voltajına şarj olur. Ultraviyole radyasyon mevcut olduğunda, dedektör içindeki gaz iyonlaşarak kapasitörün TRPG kartı üzerinden hızla boşalmasına neden olur.
Sinyal İşleme: VTUR ve TRPG, her deşarj olayını bir voltaj darbesine dönüştürür. Daha yüksek alev yoğunluğu, saniyede 0 ila 1000 darbelik bir darbe frekansı aralığı ile daha yüksek bir deşarj frekansına yol açar. VTUR, 40 milisaniyelik bir pencere üzerinden darbeleri sayar ve alev varlığını ve yoğunluğunu belirlemek için nabız hızını bir ayar noktasıyla karşılaştırır. Gerilim darbeleri üç kontrol modülüne (R, S, T) dağıtılarak yedekli koruma sağlanır.
2.5 Otomatik Senkronizasyon
Bu fonksiyon, sorunsuz, darbesiz bir bağlantı (ana devre kesicinin kapatılması) için jeneratörün durumunu otomatik olarak güç şebekesiyle eşleştirir.
Teknik Prensip:
K25P (Senkronizasyon Sırasına İzin Veren): VTUR'dan türbinin kendi sıra durumunun senkronizasyona izin verip vermediğini kontrol eder.
K25 (Otomatik Senkronizasyon Rölesi): VTUR'dan sıfır voltaj geçiş teknikleri kullanır ve kesici kapanma süresini telafi eder. Faz farkı sıfıra yakın olduğunda kontakların mekanik gecikmeyi hesaba katması için kesicinin kapatılacağı anı tam olarak tahmin eder.
K25A (Senkronizasyon Kontrol Rölesi): VPRO koruma kartından bağımsız bir yedek görevi görür. Sabit bir senkronizasyon penceresine (tipik olarak ±10° faz farkı, ±0,27 Hz frekans farkı) karşı kontrol yapar. Kontakları yalnızca tüm parametreler bu pencerenin içindeyse kapanır.
Sinyal Girişi: Jeneratör ve bara gerilimleri, iki set tek fazlı Potansiyel Transformatör (PT'ler) aracılığıyla getirilir ve VTURH1B kartında ölçüm için yaklaşık 115 V AC sinyallere düşürülür.
Senkronizasyon Süreci:
Üçlü İzin Veren ve Kesici Kapatma: Otomatik kapatma komutunun verilmesi, üç bağımsız fonksiyonun eşzamanlı iznini gerektirir:
Kapatma ve Geri Bildirim: Üç izin de karşılandığında, VTUR ana jeneratör kesicisine kapatma komutunu verir. Kesicinin kendisinden gelen bir 52G/a yardımcı kontak (ara röle değil), gelecekteki kapanma tahminlerini optimize etmek için kullanılan gerçek kapanma süresini sisteme geri besler.
Frekans Eşleştirme (Hız Ayarı): VTUR, jeneratör ve veri yolu frekanslarını karşılaştırarak, jeneratör hızını şebekeyle senkronize olacak şekilde ayarlamak için denetleyici aracılığıyla regülatör sistemine gönderilen 'Yükseltme' veya 'Düşürme' hız komutlarını üretir.
Voltaj Eşleştirme (Uyarma Ayarı): VTUR, jeneratör alan akımını ayarlamak ve voltajı şebekeyle eşleştirmek için UDH ağı üzerinden EX2000 uyarma sistemine komutlar göndererek jeneratör ve veri yolu voltajlarını karşılaştırır.
Faz Senkronizasyonu: VTUR, jeneratör ve bara voltajı dalga formlarının sıfır geçiş noktalarını hassas bir şekilde yakalayarak aralarındaki gerçek zamanlı faz farkını hesaplar.
3. Donanım Arayüzü ve Kurulumu
4. Teşhis ve Bakım
VTUR sistemi kapsamlı çevrimiçi teşhis özelliğine sahiptir.
Ön Panel LED Göstergesi: RUN (Çalışıyor - Yanıp Sönen Yeşil), FAIL (Arıza - Sabit Kırmızı), STATUS (Normal - Kapalı, Tanı Alarmı - Sabit Turuncu).
Temel Teşhis Öğeleri:
Röle Sürücüsü/Geri Besleme Uyuşmazlığı: Açma rölesi komut sinyalini gerçek geri besleme durumuyla karşılaştırır.
Solenoid Gücü Yok: TRPx kartındaki açma devresi gücünü izler.
Alev Dedektörü Gerilimi Anormal: 335 V DC beslemesinin tolerans dahilinde olup olmadığını izler (314,9 V - 355,1 V).
Senkronizasyon Rölesi Yavaş veya Kilitli: K25, K25A ve K25P rölelerinin harekete geçme zamanlamasını izler.
Terminal Kartı Tanımlaması: Donanım uyumluluğunu ve doğru bağlantıyı doğrulamak için terminal kartlarındaki (örn. TTURH1B) kimlik çipini okur ve yanlış yapılandırmayı önler.
Arızanın Giderilmesi: Tüm teşhis bilgileri bileşik bir L3DIAG_VTUR alarmını tetikler. Belirli hata kodları ve potansiyel nedenler HMI'da görüntülenebilir ve bakım personelinin sorunu hızlı bir şekilde bulmasına yardımcı olur.
