Hệ thống Hành trình chính dành riêng cho tuabin VTUR là thành phần bảo vệ cốt lõi của hệ thống điều khiển tuabin khí và hơi nước Mark VI, được thiết kế như tuyến phòng thủ đầu tiên để đảm bảo hoạt động an toàn của các tổ máy tuabin. IS200VTURH1B là bảng đầu cuối quan trọng trong hệ thống này, đóng vai trò là trung tâm giao diện giữa bảng điều khiển VTUR chính và cảm biến/bộ truyền động trường. Nó chịu trách nhiệm tổng hợp các tín hiệu quan trọng như tốc độ, điện áp và trạng thái ngọn lửa, đồng thời thực hiện các lệnh cắt và đồng bộ hóa từ bộ điều khiển. Được biết đến với độ tin cậy cao, phản hồi nhanh và chẩn đoán toàn diện, hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực năng lượng và công nghiệp nơi yêu cầu các tiêu chuẩn an toàn cao nhất.
2. Chức năng cốt lõi & Nguyên tắc chi tiết
Bảng đầu cuối IS200VTURH1B hoạt động phối hợp với bảng VTUR chính để triển khai hệ thống điều khiển và bảo vệ dự phòng, nhiều lớp cho tuabin.
2.1 Bảo vệ vượt tốc sơ cấp & Đo tốc độ
Đây là chức năng bảo vệ quan trọng nhất của hệ thống VTUR, được thiết kế để ngăn tốc độ tuabin vượt quá giới hạn thiết kế cơ học và tránh hư hỏng nghiêm trọng.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Thu tín hiệu: Hệ thống kết nối với bốn bộ thu tốc độ từ tính thụ động độc lập thông qua bảng đầu cuối IS200VTURH1B. Những cảm biến này được gắn liền kề với một bánh xe có tốc độ 60 răng quay cùng với trục tuabin. Răng và khe xen kẽ làm thay đổi từ thông, tạo ra tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ. Thiết kế này có ưu điểm là không cần nguồn điện bên ngoài, bền bỉ và có khả năng chống ồn mạnh.
Xử lý tín hiệu: Các tín hiệu hình sin yếu từ các cảm biến được truyền qua cáp có vỏ bọc đến IS200VTURH1B và sau đó đến bo mạch chính VTUR. VTUR chứa tốc độ xung cho các mạch kỹ thuật số, trước tiên lọc tín hiệu (loại bỏ nhiễu tần số cao), kẹp tín hiệu (giới hạn biên độ điện áp để bảo vệ các mạch tiếp theo) và áp dụng khớp nối AC (loại bỏ bù DC). Sau đó, bộ kích hoạt Schmitt chuyển đổi sóng hình sin thành chuỗi xung sóng vuông, trong đó mỗi xung đại diện cho sự đi qua của một chiếc răng.
Tính toán tốc độ & biểu quyết: Bộ điều khiển (VCMI) tính toán tốc độ thời gian thực (RPM) bằng cách đo tần số xung. Trong hệ thống TMR (Dự phòng ba mô-đun), ba mô-đun bộ điều khiển sẽ tính toán tốc độ một cách độc lập và việc lựa chọn giá trị trung bình được thực hiện—giá trị giữa của ba số đọc được sử dụng làm tốc độ hợp lệ cuối cùng để kiểm soát và bảo vệ. Cơ chế này có thể chịu được lỗi ở bất kỳ mô-đun hoặc cảm biến nào, nâng cao đáng kể độ tin cậy của hệ thống.
Logic hành trình vượt tốc: Việc tính toán hành trình vượt tốc chính chủ yếu được thực hiện trong bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh tốc độ trung bình đã được bình chọn với điểm đặt hành trình vượt quá tốc độ đã đặt trước. Khi tốc độ vượt quá điểm đặt, bộ điều khiển sẽ ngay lập tức tạo ra tín hiệu ngắt. Tín hiệu này được gửi đến bảng VTUR, sau đó điều khiển các rơle ngắt chính trên bảng đầu cuối chuyến đi TRPX. Các rơle này điều khiển mạch điện của Solenoid hành trình khẩn cấp (ETD). Việc ngắt điện rơle làm cho bộ điện từ xả áp suất, kích hoạt hệ thống thủy lực cơ học đóng nhanh các van nhiên liệu hoặc hơi nước của tuabin, khiến tuabin ngừng hoạt động.
2.2 Hành trình vượt tốc nhanh
Đối với các ứng dụng như tua-bin khí yêu cầu phản ứng cực nhanh, bảo vệ vượt tốc chính tiêu chuẩn có thể không đủ nhanh. Do đó, VTUR kết hợp thuật toán Hành trình vượt tốc nhanh chạy trực tiếp trên phần cứng VTUR, bỏ qua bộ điều khiển và giảm thời gian phản hồi hành trình xuống còn 30 mili giây hoặc ít hơn.
Nguyên tắc kỹ thuật:
PR_Single (Pulse Rate - Single): Thuật toán này tách hai tín hiệu cảm biến tốc độ dự phòng thành hai bo mạch VTUR dự phòng. Mỗi bo mạch sử dụng tín hiệu cảm biến duy nhất để đưa ra quyết định vượt tốc độc lập. Hệ thống chỉ tiếp tục hoạt động nếu cả hai bảng đều không kích hoạt chuyến đi. Điều này cung cấp khả năng dự phòng ở cả cấp độ cảm biến và bo mạch VTUR và là thuật toán được ưu tiên cho các tuabin khí dòng LM.
PR_Max (Pulse Rate - Maximum): Thuật toán này kết nối hai tín hiệu cảm biến tốc độ dự phòng vào một bảng VTUR duy nhất. Hội đồng liên tục so sánh các giá trị tốc độ và luôn sử dụng tốc độ cao hơn trong hai tốc độ để đánh giá tốc độ vượt quá. Phương pháp này bảo vệ hiệu quả khỏi sự cố ngắt trong trường hợp 'gãy trục' hoặc giảm tốc nghiêm trọng trong đó một tín hiệu cảm biến bị lỗi hoặc giảm do nhầm lẫn, đồng thời tránh các chuyến đi phiền toái do lỗi cảm biến duy nhất.
Tùy chọn thuật toán: VTUR cung cấp hai thuật toán chuyến đi nhanh.
Khóa liên động phần cứng: Tín hiệu ngắt nhanh được phát qua các đầu ra chuyên dụng (PTR1 đến PTR6) trên bo mạch VTUR và được kết nối với mạch rơle ngắt chính thông qua logic cổng OR. Điều này đảm bảo rằng các rơ-le ngắt sẽ kích hoạt cho dù kích hoạt ngắt chính tiêu chuẩn HOẶC ngắt nhanh.
2.3 Giám sát dòng điện và điện áp trục
Chức năng này bảo vệ vòng bi máy phát tuabin khỏi hư hỏng do xói mòn điện do dòng điện trên trục gây ra.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Kiểm tra AC: Được khởi tạo bởi bộ điều khiển R, nó đưa tín hiệu kiểm tra 1 kHz vào mạch đo điện áp trục. Bộ điều khiển S và T khỏe mạnh sẽ phát hiện độ lệch tần số cụ thể này. Thử nghiệm này xác minh tính toàn vẹn của toàn bộ mạch từ VTUR đến điểm đo.
Kiểm tra DC: Cũng được khởi tạo bởi bộ điều khiển R, nó cấp điện áp DC 5 V cho vòng lặp nối đất từ trục bên ngoài và đo dòng điện DC thu được. Bằng cách tính toán điện trở vòng lặp, hệ thống có thể xác định xem điện trở tiếp xúc của chổi than ( Giới hạn chổi than ) và vòng lặp shunt ( Giới hạn Shunt ) có nằm trong phạm vi bình thường hay không. Điện trở quá cao thường cho thấy chổi than bị mòn, tiếp xúc kém hoặc hở mạch.
Hiện tượng & Nguy hiểm: Trong quá trình vận hành tuabin, điện áp có thể tích tụ trên trục rôto so với mặt đất do nạp hơi nước (giọt nước va chạm vào cánh quạt), gợn sóng từ trường của máy phát điện hoặc mạch từ không đối xứng. Khi điện áp này tích tụ đủ để phá vỡ màng dầu ổ trục, dòng phóng điện tức thời sẽ xảy ra, gây ra hiện tượng ăn mòn điện trên các vòng bi và vòng bi (được gọi là đóng băng), cuối cùng dẫn đến hỏng ổ trục.
Hệ thống giám sát: Chổi than lắp trên trục dẫn điện áp trục đến bảng đầu cuối VTURH1B. Hệ thống giám sát cả điện áp nối đất và dòng điện trục chạy qua chổi than (được đo thông qua điện áp rơi trên điện trở shunt chính xác). VTUR sử dụng mạch đo đạc có trở kháng cao để đảm bảo hệ thống nối đất trục ban đầu không bị ảnh hưởng.
Các xét nghiệm tự chẩn đoán:
2.4 Phát hiện ngọn lửa
Trong các ứng dụng tuabin khí, VTUR làm việc với bảng TRPG để giám sát tới tám đầu báo lửa Geiger-Müller.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Hoạt động của máy dò: Trong trường hợp không có ngọn lửa, tụ điện bên trong của máy dò sẽ sạc vào điện áp nguồn 335 V DC. Khi có bức xạ cực tím, khí bên trong máy dò sẽ bị ion hóa, khiến tụ điện phóng điện nhanh qua bảng TRPG.
Xử lý tín hiệu: VTUR và TRPG chuyển đổi từng sự kiện phóng điện thành xung điện áp. Cường độ ngọn lửa cao hơn dẫn đến tần số phóng điện cao hơn, với dải tần số xung từ 0 đến 1000 xung mỗi giây. VTUR đếm các xung trong cửa sổ 40 mili giây và so sánh tốc độ xung với điểm đặt để xác định sự hiện diện và cường độ ngọn lửa. Các xung điện áp được truyền tới cả ba mô-đun bộ điều khiển (R, S, T), đảm bảo bảo vệ dự phòng.
2.5 Tự động đồng bộ hóa
Chức năng này tự động khớp trạng thái của máy phát điện với lưới điện để kết nối trơn tru, không bị giật (đóng cầu dao chính).
Nguyên tắc kỹ thuật:
K25P (Cho phép đồng bộ hóa trình tự): Từ VTUR, nó kiểm tra xem trạng thái trình tự của chính tuabin có cho phép đồng bộ hóa hay không.
K25 (Rơle đồng bộ tự động): Từ VTUR, nó sử dụng kỹ thuật cắt điện áp bằng 0 và bù thời gian đóng cầu dao. Nó dự đoán thời điểm chính xác để đóng cầu dao sao cho các tiếp điểm hoạt động khi độ lệch pha gần bằng 0, tính đến độ trễ cơ học.
K25A (Sync Check Relay): Từ bảng bảo vệ VPRO, nó hoạt động như một bản sao lưu độc lập. Nó kiểm tra cửa sổ đồng bộ hóa cố định (thường là độ lệch pha ±10°, độ lệch tần số ±0,27 Hz). Danh bạ của nó chỉ đóng nếu tất cả các tham số đều nằm trong cửa sổ này.
Đầu vào tín hiệu: Điện áp máy phát và bus được đưa vào thông qua hai bộ Máy biến thế tiềm năng (PT) một pha, giảm xuống tín hiệu xoay chiều khoảng 115 V để đo trên bảng VTURH1B.
Quá trình đồng bộ hóa:
Đóng cửa cho phép & ngắt ba lần: Việc ban hành lệnh đóng tự động cần có sự cho phép đồng thời của ba chức năng độc lập:
Đóng cửa & Phản hồi: Khi cả ba mức cho phép đều được thỏa mãn, VTUR sẽ đưa ra lệnh đóng đối với cầu dao máy phát điện chính. Một tiếp điểm phụ 52G/a từ chính cầu dao (không phải rơle trung gian) cung cấp thời gian đóng thực tế trở lại hệ thống, được sử dụng để tối ưu hóa các dự đoán đóng cửa trong tương lai.
Khớp tần số (Điều chỉnh tốc độ): VTUR so sánh tần số máy phát và bus, tạo ra các lệnh tốc độ 'Tăng' hoặc 'Giảm' được gửi qua bộ điều khiển đến hệ thống điều tốc để điều chỉnh tốc độ máy phát thành đồng bộ với lưới.
Khớp điện áp (Điều chỉnh kích thích): VTUR so sánh điện áp máy phát và bus, gửi lệnh qua mạng UDH đến hệ thống kích thích EX2000 để điều chỉnh dòng kích từ máy phát, khớp điện áp với lưới.
Đồng bộ hóa pha: VTUR ghi lại chính xác các điểm giao nhau bằng 0 của dạng sóng điện áp bus và máy phát, tính toán độ lệch pha theo thời gian thực giữa chúng.
3. Giao diện và cài đặt phần cứng
4. Chẩn đoán & Bảo trì
Hệ thống VTUR có tính năng chẩn đoán trực tuyến toàn diện.
Đèn LED báo hiệu mặt trước: RUN (Đang hoạt động - Nhấp nháy màu xanh lá cây), FAIL (Lỗi - Đỏ liên tục), STATUS (Bình thường - Tắt, Cảnh báo chẩn đoán - Màu cam ổn định).
Các mục chẩn đoán chính:
Trình điều khiển rơle/Phản hồi không khớp: So sánh tín hiệu lệnh rơle ngắt với trạng thái phản hồi thực tế của nó.
Không có nguồn điện từ: Theo dõi nguồn điện mạch ngắt trên bảng TRPX.
Điện áp đầu báo lửa bất thường: Theo dõi xem nguồn điện 335 V DC có nằm trong dung sai hay không (314,9 V - 355,1 V).
Rơle đồng bộ hóa chậm hoặc bị khóa: Theo dõi thời gian kích hoạt của rơle K25, K25A và K25P.
Nhận dạng bảng đầu cuối: Đọc chip ID trên bảng đầu cuối (ví dụ: TTURH1B) để xác minh khả năng tương thích phần cứng và kết nối chính xác, ngăn ngừa cấu hình sai.
Xử lý lỗi: Tất cả thông tin chẩn đoán sẽ kích hoạt cảnh báo L3DIAG_VTUR tổng hợp. Mã lỗi cụ thể và nguyên nhân tiềm ẩn có thể được xem trên HMI, hướng dẫn nhân viên bảo trì nhanh chóng xác định vấn đề.
