DS200TCTGG1A là Bảng điều khiển tuabin được thiết kế bởi General Electric (GE) cho hệ thống điều khiển tuabin Mark V. Thuộc dòng TCTG (Turbine Trip Board), bo mạch này là một phần của nhóm G1 và đại diện cho phiên bản A (TCTGG1A). Nó được lắp đặt ở vị trí thứ tư của lõi P1 và đóng vai trò là bộ phận quan trọng để thực hiện các chức năng tắt an toàn trong hệ thống điều khiển tuabin.
Chức năng chính của bo mạch DS200TCTGG1A là vận hành các van ngắt nhiên liệu của tuabin, nhanh chóng cắt nguồn cung cấp nhiên liệu khi phát hiện điều kiện bất thường để bảo vệ thiết bị tuabin. Bảng này tích hợp nhiều cơ chế logic chuyến đi và sơ đồ bảo vệ dự phòng, bao gồm Rơle chuyến đi chính (PTR) và Rơle chuyến đi khẩn cấp (ETR), sử dụng logic biểu quyết hai trong ba (2/3) cấp phần cứng để đảm bảo độ tin cậy của các lệnh cắt. Ngoài ra, bo mạch còn kết hợp các mạch đóng cầu dao máy phát điện, rơle đồng bộ hóa và giao diện nút bấm ngắt phần cứng.
Bo mạch DS200TCTGG1A đóng vai trò bảo vệ an toàn quan trọng trong hệ thống điều khiển Mark V. Nó nhận tín hiệu ngắt từ Chương trình tuần tự điều khiển (CSP), bảng TCEA, bảng TCQA và các nút bấm ngắt có dây cứng bên ngoài. Sau khi xử lý các tín hiệu này thông qua logic dự phòng đa cấp, nó sẽ đưa ra các lệnh ngắt tới các van nhiên liệu và cầu dao máy phát điện. Thiết kế của bo mạch này phản ánh cam kết mạnh mẽ của GE về độ an toàn và độ tin cậy trong các ứng dụng điều khiển tua bin, khiến nó phù hợp với các thiết bị quay quan trọng như tua bin khí và tua bin hơi nước.
Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, cơ sở hóa dầu, truyền tải khí tự nhiên và các lĩnh vực công nghiệp khác, đặc biệt là trong các ứng dụng điều khiển tuabin có yêu cầu tắt an toàn nghiêm ngặt.
II. Chức năng chính
1. Điều khiển Rơle ngắt chính (PTR)
Rơle PTR là chức năng cốt lõi của bo mạch DS200TCTGG1A, được sử dụng để thực hiện các hoạt động ngắt khi phát hiện lỗi hệ thống. Tín hiệu ngắt PTR được điều khiển bởi bảng TCQA dựa trên dữ liệu do Chương trình trình tự điều khiển (CSP) tạo ra. Các tín hiệu này được truyền qua CoreBUS tới Công cụ I/O trong lõi R1. Sau đó, bảng STCA trong lõi R1 ghi các tín hiệu ngắt qua đầu nối 3PL vào bảng TCQA, cuối cùng ghi chúng vào bảng TCTG thông qua đầu nối JD.
Rơle PTR sử dụng logic biểu quyết hai phần ba (2/3) cấp phần cứng. Mặc dù cùng một tín hiệu được ghi vào cả ba rơle thông qua lõi R1, việc bỏ phiếu cấp phần cứng thứ cấp vẫn được thực hiện để đảm bảo độ tin cậy của lệnh ngắt và khả năng chống lại các lỗi một điểm. Khi chuyến đi PTR được bắt đầu, CSP sẽ tạo tín hiệu cắt chéo đồng thời kích hoạt các rơle ETR.
2. Điều khiển Rơle hành trình khẩn cấp (ETR)
Rơle ETR được điều khiển bởi các bảng TCEA (các kênh X, Y, Z) nằm trong lõi P1 thông qua các đầu nối JLX, JLY và JLZ. Rơle ETR cũng sử dụng logic biểu quyết hai trong ba (2/3) cấp độ phần cứng: nếu hai trong số ba rơle yêu cầu ngắt, bảng TCTG sẽ kích hoạt ngắt hệ thống bằng cách mở và đóng một loạt liên hệ liên quan.
Các tín hiệu sau sẽ kích hoạt hành động chuyển tiếp ETR:
Trục áp suất cao quá tốc độ và giảm tốc nhanh
Trục áp suất thấp quá tốc độ và giảm tốc nhanh
Chuyến đi chéo (bắt nguồn từ chuyến đi PTR)
Sau đó, tín hiệu ngắt ETR được ghi vào bảng đầu cuối PTBA thông qua đầu nối JM để thực hiện các thao tác tắt máy thực tế.
3. Mạch đóng máy phát điện
Bo mạch DS200TCTGG1A tích hợp chức năng điều khiển đóng cầu dao máy phát điện. Các tín hiệu đóng bắt nguồn từ:
Bảng STCA (Lõi R1): Thực hiện tính toán kiểm tra đồng bộ (synch check) và tạo ra tín hiệu cho phép đóng cầu dao.
Bảng TCEA (Lõi P1): Sử dụng tín hiệu PT từ bảng đầu cuối PTBA để thực hiện các phép tính đồng bộ hóa tự động và tạo tín hiệu cho phép để đóng cầu dao.
Bo mạch DS200TCTGG1A thực hiện biểu quyết hai phần ba (2/3) về tín hiệu đồng bộ hóa tự động từ ba kênh TCEA. Nếu hai hoặc ba tín hiệu đồng bộ tự động hợp lệ và tín hiệu kiểm tra đồng bộ từ lõi R1 cũng đã được phát ra, bo mạch TCTG sẽ gửi tín hiệu cho phép đóng cầu dao vào bảng PTBA thông qua các đầu nối JN và JM thông qua rơle K1, K2 và K3.
4. Mạch hành trình bằng tay và bên ngoài
Bo mạch DS200TCTGG1A hỗ trợ kết nối có dây cứng với các thiết bị ngắt bên ngoài. Đầu vào tiếp điểm thường đóng có thể được nối trực tiếp vào bảng đầu cuối PTBA, kích hoạt ngắt khi tiếp điểm mở. Nút dừng khẩn cấp là một ví dụ điển hình của các thiết bị như vậy.
Các tín hiệu ngắt bên ngoài này được bo mạch TCTG đọc thông qua đầu nối JN và rơle kích hoạt K22, K23, K24 và K25 (được gọi là rơle '4', tương ứng với số thiết bị tiêu chuẩn ANSI cho Bảo vệ chính). Khi các rơle này được kích hoạt, chúng sẽ ngắt điện bus bảo vệ 24 V dc được sử dụng bởi rơle PTR và ETR, khiến chúng bắt đầu ngắt.
Các bo mạch TCEA thường giám sát các tín hiệu ngắt phần cứng từ 1 đến 3 để phát hiện các sự kiện dừng khẩn cấp và ghi lại các sự kiện này trở lại Công cụ Điều khiển.
5. Nút bấm hành trình phần cứng
Nút bấm ngắt phần cứng có thể ngắt điện trực tiếp nguồn điện 24 V dc cho cả rơle PTR và ETR, đạt được khả năng ngắt cấp phần cứng độc lập không phụ thuộc vào logic phần mềm, nâng cao hơn nữa độ tin cậy và an toàn của hệ thống.
6. Rơle đồng bộ hóa
Bo mạch DS200TCTGG1A còn tích hợp rơ-le đồng bộ giúp máy phát đồng bộ với lưới điện, đảm bảo thời gian đóng cửa chính xác, tránh ảnh hưởng đến cả máy phát và lưới điện.
7. Kích hoạt kẹp servo quá tốc độ khẩn cấp
Bảng mạch có một bộ nhảy phần cứng (J1) được sử dụng để cấp nguồn 24 V dc cho đầu ra servo. Khi được bật, jumper này cung cấp khả năng điều khiển kẹp servo vượt tốc khẩn cấp cho các van servo từ một đến bốn. Rơle thực sự cho chức năng này được đặt trên bo mạch TCQC.
III. Kiến trúc phần cứng
1. Cơ cấu HĐQT
Bo mạch DS200TCTGG1A sử dụng cấu trúc bảng mạch in tiêu chuẩn và tích hợp:
Nhiều đầu nối giao diện: Để kết nối với lõi P1, lõi R1 và các thiết bị bên ngoài.
Bộ nhảy phần cứng: Một bộ nhảy có thể định cấu hình (J1).
Mảng Rơle: Bao gồm rơle PTR, rơle ETR, rơle đồng bộ hóa và rơle '4'.
Không có cấu hình phần mềm: Bảng TCTG không chứa cấu hình phần mềm; tất cả các chức năng được thực hiện thông qua logic phần cứng.
2. Mô tả đầu nối
| Chức năng kết nối |
Mô tả |
| J7W |
Phân phối nguồn điện một chiều 125 V từ bo mạch TCPD trong lõi P1. |
| JDR |
Đọc tín hiệu cắt PTR từ bảng TCQA trong lõi R1 (rơle K10, 13, 16, 19); đọc lệnh đồng bộ hóa; đọc tín hiệu máy phát và bus từ bảng PTBA; nối tiếp với JDS và JDT. |
| JDS |
Đọc tín hiệu cắt PTR từ bảng TCQA trong lõi R1 (rơle K11, 14, 17, 20); đọc lệnh đồng bộ hóa; đọc tín hiệu máy phát và bus từ bảng PTBA; được nối chuỗi với JDR và JDT. |
| JDT |
Đọc tín hiệu cắt PTR từ bảng TCQA trong lõi R1 (rơle K12, 15, 18, 21); đọc lệnh đồng bộ hóa; đọc tín hiệu máy phát và bus từ bảng PTBA; được nối chuỗi với JDR và JDS. |
| JLX |
Đọc tín hiệu ngắt ETR từ kênh X trong lõi P1; cấp nguồn cho rơle ETR K5 và K8; cung cấp bus bảo vệ 24 V dc. |
| JLY |
Đọc tín hiệu ngắt ETR từ kênh Y trong lõi P1; cấp nguồn cho rơle ETR K4 và K7; cung cấp bus bảo vệ 24 V dc. |
| JLZ |
Đọc tín hiệu ngắt ETR từ kênh Z trong lõi P1; cấp nguồn cho rơle ETR K6 và K9; cung cấp bus bảo vệ 24 V dc. |
| JN |
Đọc và ghi tín hiệu vào bảng đầu cuối PTBA trong lõi P1, bao gồm tín hiệu đóng cầu dao, tín hiệu cắt dây cứng và tín hiệu còi báo động. |
| JM |
Đọc và ghi tín hiệu vào bảng đầu cuối PTBA trong lõi P1, bao gồm tín hiệu đóng cầu dao và tín hiệu ngắt khẩn cấp. |
| JT |
Thông thường không được sử dụng. |
3. Nhảy phần cứng
| Jumper |
Tên |
Chức năng |
| J1 |
Kích hoạt kẹp servo quá tốc độ khẩn cấp |
Áp dụng 24 V dc cho đầu ra servo cho các van servo từ một đến bốn (rơle thực tế nằm trên bảng TCQC). |
4. Mô tả Rơle
| loại rơle |
chỉ định |
Chức năng |
| Rơle PTR |
K10-K21 |
Rơle chuyến đi chính, được kích hoạt bởi CSP và lỗi giao tiếp. |
| Rơle ETR |
K4-K9 |
Rơle chuyến đi khẩn cấp, được kích hoạt bởi bảng TCEA. |
| Rơle đồng bộ hóa |
K1-K3 |
Rơle điều khiển đóng máy phát điện. |
| Rơle '4' |
K22-K25 |
Rơle bảo vệ chính; cắt bus bảo vệ 24 V trong các chuyến đi có dây cứng bên ngoài. |
IV. Chi tiết logic mạch
1. Mạch chuyển tiếp ETR
Mạch rơle ETR là logic cốt lõi để thực hiện các chuyến đi khẩn cấp trên bo mạch TCTG. Các bo mạch TCEA (các kênh X, Y, Z) trong lõi P1 gửi tín hiệu ngắt đến bo mạch TCTG thông qua các đầu nối JLX, JLY và JLZ. Rơle ETR thực hiện biểu quyết hai phần ba (2/3) ở cấp độ phần cứng:
Ba kênh TCEA tương ứng điều khiển các rơle ETR tương ứng.
Nếu hai hoặc ba rơle yêu cầu ngắt, hệ thống sẽ kích hoạt ngắt bằng cách mở và đóng một loạt các tiếp điểm liên quan.
Cơ chế biểu quyết ở cấp độ phần cứng này đảm bảo rằng ngay cả khi một kênh bị lỗi, hệ thống vẫn có thể phản hồi chính xác với các điều kiện ngắt.
Các điều kiện kích hoạt chuyến đi ETR bao gồm:
Trục áp suất cao quá tốc độ
Trục áp suất thấp quá tốc độ
Giảm tốc nhanh
Chuyến đi chéo (bắt nguồn từ chuyến đi PTR)
Tín hiệu ngắt ETR cuối cùng được ghi vào bảng đầu cuối PTBA thông qua đầu nối JM để thực hiện các hành động an toàn như cắt nhiên liệu.
2. Mạch chuyển tiếp PTR
Mạch rơle PTR xử lý các tín hiệu ngắt được tạo bởi Chương trình tuần tự điều khiển (CSP). Luồng tín hiệu như sau:
CSP dành riêng cho từng địa điểm sẽ tạo ra tín hiệu chuyến đi.
Tín hiệu được ghi vào Công cụ I/O trong lõi R1 thông qua CoreBUS.
Bo mạch STCA trong lõi R1 ghi tín hiệu vào bo mạch TCQA thông qua đầu nối 3PL.
Bảng TCQA ghi tín hiệu lên bảng TCTG thông qua đầu nối JD.
Mặc dù ba rơle PTR nhận được cùng một tín hiệu ngắt thông qua lõi R1, bo mạch TCTG vẫn thực hiện biểu quyết hai phần ba (2/3) cấp phần cứng để đảm bảo độ tin cậy của lệnh ngắt. Khi chuyến đi PTR được bắt đầu, CSP sẽ tạo tín hiệu cắt chéo đồng thời kích hoạt các rơle ETR.
3. Mạch đóng máy phát điện
Việc đóng máy cắt máy phát điện đòi hỏi phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:
Cho phép đồng bộ hóa tự động: Được tính toán theo ba kênh TCEA (X, Y, Z) dựa trên tín hiệu PT từ bảng đầu cuối PTBA. Hội đồng TCTG thực hiện biểu quyết 2/3 cho các tín hiệu này.
Đồng bộ hóa Check Permissive: Tính toán bằng board STCA trong lõi R1.
Chỉ khi cả hai điều kiện được đáp ứng, bảng TCTG mới gửi tín hiệu cho phép đóng cầu dao đến bảng PTBA thông qua rơle K1, K2 và K3.
4. Mạch hành trình bằng tay và bên ngoài
Các tín hiệu ngắt bên ngoài (như nút dừng khẩn cấp) được nối cứng vào bảng đầu cuối PTBA. Khi tiếp điểm thường đóng mở ra:
Đầu nối JN đọc tín hiệu này.
Bảng TCTG kích hoạt các rơle K22-K25 (rơle '4').
Rơle '4' ngắt điện cho bus bảo vệ 24 V dc được sử dụng bởi rơle PTR và ETR.
Rơle PTR và ETR bị mất điện, gây ra hiện tượng ngắt hệ thống.
Thiết kế này đảm bảo rằng các tín hiệu ngắt bên ngoài độc lập với logic phần mềm, đạt được sự bảo vệ an toàn độc lập ở cấp độ phần cứng.
V. Cài đặt và bảo trì
1. Vị trí lắp đặt
Board DS200TCTGG1A được lắp đặt ở vị trí thứ 4 của lõi P1, tạo thành thành phần lõi của hệ thống điều khiển Mark V cùng với các bo mạch lõi khác.
2. Các bước cài đặt
Xác minh nguồn đã tắt: Đảm bảo hệ thống đã được ngắt điện và xác minh rằng không có nguồn điện nào tồn tại trên bất kỳ mạch nào sử dụng thiết bị kiểm tra điện áp cao.
Xác định vị trí Khe bảng: Xác nhận rằng có sẵn khe thứ tư của lõi P1.
Lắp đặt Bảng mạch: Căn chỉnh bảng TCTG với các thanh dẫn hướng khe cắm và đẩy nó vào một cách trơn tru cho đến khi các đầu nối bảng nối đa năng được ăn khớp hoàn toàn.
Cố định bảng mặt trước: Siết chặt các vít cố định ở phía trên và dưới bảng phía trước để cố định bảng.
Kết nối cáp: Theo bản vẽ hệ thống, kết nối các đầu nối J7W, JDR, JDS, JDT, JLX, JLY, JLZ, JN, JM, v.v.
Định cấu hình Jumper: Đặt jumper J1 (Bật kẹp servo quá tốc độ khẩn cấp) theo yêu cầu của ứng dụng.
Bật nguồn và xác minh: Sau khi bật nguồn, hãy xác minh hoạt động bình thường của bo mạch thông qua chẩn đoán hệ thống.
3. Các bước loại bỏ
Xác minh nguồn đã tắt: Đảm bảo hệ thống đã được ngắt điện và xác minh rằng không có nguồn điện nào tồn tại trên bất kỳ mạch nào.
Dán nhãn cáp: Dán nhãn vị trí kết nối của tất cả các cáp trước khi tháo.
Ngắt kết nối cáp: Cẩn thận ngắt kết nối tất cả các đầu nối.
Nới lỏng bảng mặt trước: Nới lỏng các vít cố định trên bảng mặt trước.
Tháo bảng: Nhẹ nhàng kéo bảng TCTG ra.
4. Khuyến nghị bảo trì
Kiểm tra định kỳ: Thường xuyên kiểm tra trạng thái bảng mạch và tính toàn vẹn của đầu nối.
Phòng ngừa chống tĩnh điện: Luôn đeo dây đeo cổ tay nối đất khi xử lý bảng. Bảo quản bảng trong túi chống tĩnh điện khi không sử dụng.
Xác nhận Jumper: Khi thay thế một bảng, hãy đảm bảo cài đặt jumper J1 trên bảng mới khớp với cài đặt của bảng cũ.
Quản lý phụ tùng thay thế: Nên giữ ít nhất một bo mạch TCTG giống hệt tại chỗ để dự phòng nhằm giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động trong trường hợp hỏng hóc.
VI. Ứng dụng
Bảng mạch tua bin DS200TCTGG1A được sử dụng rộng rãi trong các tình huống công nghiệp sau:
Điều khiển tuabin khí: Là thành phần bảo vệ an toàn trong hệ thống Mark V, thực hiện cắt nhiên liệu khi phát hiện tốc độ quá mức, giảm tốc nhanh và các bất thường khác.
Điều khiển tuabin hơi: Thực hiện các hoạt động ngắt trong hệ thống bảo vệ tuabin hơi để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị.
Bảo vệ máy phát điện: Làm việc với các mạch đóng cầu dao máy phát điện để đạt được sự đồng bộ hóa và bảo vệ cho kết nối máy phát điện với lưới điện.
Nhà máy điện chu trình hỗn hợp: Đóng vai trò là thành phần cốt lõi của hệ thống bảo vệ tuabin ở cấu hình nhiều trục hoặc một trục.
Hệ thống truyền động công nghiệp: Cung cấp chức năng bảo vệ an toàn trong hệ thống điều khiển cho máy nén lớn, máy bơm và các thiết bị quay khác.
