Gói I/O chuyến đi chính dành riêng cho tuabin GE IS220PTURH1B

IS220PTURH1B là Gói I/O chuyến đi chính dành riêng cho tuabin được sử dụng trong các hệ thống điều khiển Mark VIe và Mark VIeS của GE. Đây là model thuộc dòng PTUR, chứa bo mạch xử lý BPPC tương thích về mặt chức năng, yêu cầu bộ phần mềm ControlST V04.07 trở lên. Mô-đun này đóng vai trò là giao diện điện giữa các bảng đầu cuối điều khiển tuabin (ví dụ: TTURH1C, TRPAH1A, STURHxA) và một hoặc hai mạng Ethernet I/O, hoạt động như một thành phần cốt lõi để thực hiện các chức năng điều khiển và bảo vệ tuabin quan trọng.

IS220PTURH1B được thiết kế đặc biệt để xử lý các tín hiệu cần thiết cho hoạt động an toàn và ổn định của tua bin hơi nước và khí, bao gồm giám sát tốc độ, tự động đồng bộ hóa (đồng bộ), giám sát điện áp/dòng điện trên trục và phát hiện ngọn lửa (khi sử dụng với bảng đầu cuối TRPG). Mục tiêu cuối cùng của nó là dẫn động cầu dao chính và cuộn dây điện từ ngắt chính một cách đáng tin cậy, đảm bảo tắt thiết bị nhanh chóng trong các điều kiện nguy hiểm như chạy quá tốc độ. Mô-đun này hỗ trợ cả cấu hình hệ thống Simplex và Triple Module Redundant (TMR), cung cấp lớp bảo vệ chính có độ tin cậy cao cho các ứng dụng tuabin khác nhau.

Mô tả chức năng cốt lõi

IS220PTURH1B tích hợp nhiều chức năng xử lý tín hiệu vào nền tảng bảo vệ chính tuabin toàn diện.

1. Bốn đầu vào cảm biến tốc độ

• Tốc độ : Đối với tua bin một trục thông thường.

• Speed_High : Cung cấp phạm vi tốc độ mở rộng trên loại tiêu chuẩn.

• Speed_HSNG : Được sử dụng để bù cho khoảng cách giữa các răng không nhất quán trên bánh xe tốc độ, sử dụng thuật toán ánh xạ răng để loại bỏ các lỗi định kỳ khỏi các phép đo tốc độ.

• Speed_LM : Được thiết kế cho tua bin khí dòng LM.

• Lưu lượng : Để đo lưu lượng nhiên liệu của bộ chia lưu lượng.

• Loại giao diện: Cung cấp 4 kênh để kết nối các bộ thu tốc độ từ tính thụ động.

• Dải tần số: Hỗ trợ dải đầu vào tốc độ xung rộng từ 2 Hz đến 20.000 Hz, cho phép đo chính xác từ tốc độ bánh răng quay 2 vòng/phút (để xác định xem rôto có dừng không) đến tín hiệu vượt tốc độ vượt xa tốc độ định mức.

• Chuyển đổi tín hiệu: Các mạch bên trong chuyển đổi tín hiệu tần số xung thành giá trị tốc độ kỹ thuật số.

• Cấu hình loại tốc độ xung: Loại ứng dụng có thể được cấu hình linh hoạt thông qua tham số PRType :

2. Đầu vào điện áp máy phát và bus (Đồng bộ hóa tự động)

• Tín hiệu đầu vào: Nhận tín hiệu điện áp máy phát và điện áp bus từ Máy biến thế tiềm năng (PT) bên ngoài, 115 V RMS danh định.

• Chức năng cốt lõi: Những đầu vào này được sử dụng cho chức năng đồng bộ hóa tự động, cho phép máy phát khớp chính xác với điện áp, tần số và pha của bus hệ thống trước khi đóng cầu dao.

• Độ chính xác của phép đo: Độ chính xác đo tần số là 0,05% trên dải 45-66 Hz; độ chính xác đo độ lệch pha tốt hơn ± 1°.

3. Giám sát điện áp trục và dòng điện trục

• Kiểm tra AC: Áp dụng điện áp kiểm tra 2 kHz để xác minh tính toàn vẹn của mạch đo.

• Kiểm tra DC: Sử dụng nguồn DC 5 V để kiểm tra tính liên tục của mạch ngoài (bao gồm chổi than, trục và dây kết nối). Chỉ số điện trở trên cài đặt BrushLimit cho thấy có lỗi tiềm ẩn.

• Điện áp nối đất: Theo dõi tần số xung (0-2000 Hz).

• Dòng điện trục: Đo dòng điện (ampe AC) thông qua shunt.

• Mục đích: Để theo dõi hư hỏng tiềm ẩn của ổ trục do dòng điện gây ra, có thể xuất phát từ tĩnh điện (ví dụ: giọt nước từ thùng giai đoạn cuối trong tua bin hơi nước), gợn sóng AC trên từ trường máy phát điện hoặc sự không đối xứng của mạch từ máy phát điện.

• Nội dung giám sát:

• Chức năng kiểm tra:

4. Đầu vào đầu báo lửa (với TRPG)

• Khi được sử dụng với bảng đầu cuối hành trình chính TRPG, PTURH1B có thể giám sát tín hiệu từ tám đầu báo lửa.

• Nguyên lý hoạt động: Không có ngọn lửa, máy dò sẽ sạc vào điện áp nguồn. Sự hiện diện của ngọn lửa làm cho máy dò được tích điện đến một mức và sau đó phóng điện qua TRPG. Cường độ ngọn lửa cao hơn làm tăng tần số phóng điện (0-1000 xung/giây). PTUR chuyển đổi năng lượng phóng điện này thành xung điện áp và đếm chúng.

5. Chức năng đầu ra

• Giao diện điện từ hành trình chính: Điều khiển các nam châm điện hành trình được kết nối với bảng mạch đầu cuối hành trình dòng TRPx (tối đa 3), cuối cùng kích hoạt hệ thống hành trình khẩn cấp của tuabin.

• Điều khiển đồng bộ hóa tự động: Đưa ra các lệnh đóng chính xác cho cuộn đóng cầu dao chính (52G) bằng cách điều khiển rơle K25 (Tự động đồng bộ hóa) trên bảng đầu cuối TTURH1C.

• Đồng bộ hóa cho phép: Cung cấp quyền tuần tự để đồng bộ hóa máy phát bằng cách điều khiển rơle K25P.

6. Chẩn đoán và theo dõi trạng thái

• Mô-đun này cung cấp khả năng tự chẩn đoán toàn diện, bao gồm giám sát nguồn điện, kiểm tra phần cứng, trạng thái liên lạc và giám sát phản hồi của rơle và cảm biến quan trọng.

Kiến trúc phần cứng và nguyên tắc hoạt động

(A) Thành phần phần cứng

Mô-đun IS220PTURH1B bao gồm:

• Bo mạch xử lý BPPC: Lõi bộ xử lý chung cho các gói I/O phân tán, xử lý giao tiếp, xử lý logic và xử lý dữ liệu.

• Bảng dành riêng cho ứng dụng: Chứa mạch chuyên dụng để xử lý các tín hiệu dành riêng cho tuabin (ví dụ: tốc độ, điện áp).

• Bảng mạch con thu nhận tín hiệu tương tự: Chịu trách nhiệm thu thập các tín hiệu tương tự có độ chính xác cao như điện áp và tín hiệu giám sát trục.

• Kết nối:

• Đầu nối chân DC-62 phía dưới: Cắm trực tiếp vào bo mạch đầu cuối tương ứng (TTUR, STUR, TRPA), truyền tất cả tín hiệu I/O.

• Cổng Ethernet RJ-45 (ENET1, ENET2): Để liên lạc với bộ điều khiển Mark VIe, hỗ trợ dự phòng mạng đơn hoặc kép.

• Đầu vào nguồn 3 chân: Nguồn điện DC 28V bên ngoài.

(B) Nguyên tắc hệ thống đồng bộ hóa tự động

Đây là một trong những chức năng cốt lõi và phức tạp nhất của IS220PTURH1B, nhằm mục đích đóng cầu dao máy phát điện vào thời điểm tối ưu (độ lệch pha gần bằng 0) để kết nối thông suốt với lưới điện.

1. Thu thập và tính toán tín hiệu:

• IS220PTURH1B liên tục giám sát điện áp máy phát ( V_Gen ) và điện áp bus ( V_Bus ).

• Nó tính toán chính xác độ lệch pha ( GenPhaseDiff ), độ trượt ( GenFreqDiff , chênh lệch tần số) và gia tốc giữa chúng bằng kỹ thuật giao nhau điện áp bằng 0.

• Trượt: Tích cực khi tần số máy phát cao hơn tần số bus. Pha: Tích cực khi máy phát dẫn đầu bus.

2. Đóng Quyết định và Dự đoán:

• Thuật toán đồng bộ tự động không đưa ra lệnh đóng chính xác ở thời điểm lệch pha bằng 0 mà phải dự đoán thời gian vận hành của máy cắt.

• Dựa trên pha hiện tại, độ trượt hiện tại, gia tốc hiện tại và Thời gian đóng cầu dao đã được định cấu hình ( CBxCloseTime ), thuật toán sẽ tính toán thời gian đóng dự kiến.

• Lệnh đóng được đưa ra nếu máy phát hiện đang bị trễ (độ lệch pha âm) và đã bị trễ trong ít nhất 10 chu kỳ liên tiếp gần đây nhất VÀ thuật toán dự đoán nó sẽ dẫn đầu tại thời điểm đóng cầu dao thực tế. Chiến lược này đảm bảo độ lệch pha tối thiểu tại thời điểm đóng cửa.

3. Phối hợp rơle:
   Việc đóng máy cắt máy phát đòi hỏi phải đáp ứng đồng thời ba điều kiện, được điều khiển bởi ba rơle:

• K25P (Sync Permissive Relay): Được điều khiển trực tiếp bởi mã ứng dụng bộ điều khiển. Kiểm tra xem tuabin có ở trạng thái trình tự chính xác để đồng bộ hóa hay không.

• K25 (Rơle đồng bộ hóa tự động): Được điều khiển bởi thuật toán đồng bộ hóa tự động bên trong PTURH1B. Kích hoạt khi các điều kiện về điện áp, tần số và pha được đáp ứng và việc đóng được dự đoán chính xác.

• K25A (Rơle kiểm tra đồng bộ): Nằm trên TTUR, nhưng được điều khiển bởi thuật toán kiểm tra đồng bộ hóa trong mô-đun I/O PPRO hoặc YPRO (dựa trên logic 2 trên 3). Phục vụ như một kiểm tra dự phòng độc lập, đảm bảo pha hoặc trượt nằm trong khoảng thời gian cho phép.

• Mạch đóng cầu dao chỉ được hoàn thành nếu K25A được kích hoạt trước (để tránh ảnh hưởng đến việc tối ưu hóa), tiếp theo là K25 và K25P.

4. Kiểm soát thích ứng:

• Thuật toán có tính năng tự điều khiển thích ứng về thời gian đóng cầu dao. Nó đo thời gian đóng cầu dao thực tế bằng cách sử dụng phản hồi từ tiếp điểm phụ 52G/a sau mỗi lần đóng và so sánh nó với điểm đặt.

• Sau đó, nó tự động điều chỉnh tham số CBxCloseTime theo gia số một chu kỳ (16,6/20 ms) cho mỗi lần đóng để đưa nó đến gần giá trị thực hơn, liên tục cải thiện độ chính xác khi đóng. Việc điều chỉnh này bị giới hạn bởi tham số CBxAdaptLimit có thể định cấu hình .

5. Chế độ hoạt động:

• Tắt: Đồng bộ hóa bị tắt.

• Thủ công: Người vận hành khởi tạo lệnh đóng nhưng vẫn phải tuân theo các tiếp điểm K25A.

• Auto: Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và tốc độ, sau đó đóng cầu dao đúng thời điểm.

• Giám sát: Giống với chế độ Tự động, nhưng chặn đầu ra thực tế của rơle K25, được sử dụng để kiểm tra và xác minh hiệu suất hệ thống mà không thực sự đóng cầu dao.

(C) Nguyên tắc bảo vệ quá tốc độ nhanh

Đối với các ứng dụng yêu cầu phản hồi cực nhanh, IS220PTURH1B có thể kích hoạt thuật toán ngắt quá tốc độ nhanh được tích hợp sẵn. Logic ngắt được thực thi trực tiếp trong PTUR, bỏ qua bộ điều khiển, dẫn đến thời gian ngắt là 30 ms hoặc ít hơn.

1. Thuật toán PR_Single:

• Ứng dụng: Chủ yếu được sử dụng cho tua bin khí LM, mang lại khả năng dự phòng.

• Nguyên tắc: Hai tín hiệu cảm biến tốc độ dự phòng được chia thành hai PTUR dự phòng. Mỗi PTUR xử lý độc lập các tín hiệu tốc độ của riêng mình ( PulseRate1 đến PulseRate4 ).

• Các loại bảo vệ: Mỗi kênh tốc độ có thể có một điểm đặt vượt tốc độ độc lập ( PRxSetpoint ). Đồng thời cung cấp tính năng bảo vệ ngắt khi tăng tốc ( AccATrip , AccBTrip ) để bảo vệ chống lại khả năng tăng tốc rô-to nhanh chóng.

2. Thuật toán PR_Max:

• Ứng dụng: Một PTUR đơn được kết nối với hai cảm biến tốc độ dự phòng.

• Nguyên tắc: Thuật toán sử dụng giá trị tối đa của hai tín hiệu tốc độ ( MAX(PR1, PR2) và MAX(PR3, PR4) ) để ra quyết định.

• Các loại bảo vệ: Bên cạnh bảo vệ quá tốc độ và tăng tốc, nó còn cung cấp bảo vệ ngắt khi giảm tốc ( DecelTrip ) (chống hỏng trục) và ngắt do chênh lệch tốc độ ( FastDiffTrip ). Nếu một cảm biến bị hỏng, cảm biến còn lại vẫn có thể bảo vệ, tránh những chuyến đi phiền toái.

(D) Nguyên tắc giám sát dòng điện/điện áp trục

• Giám sát thông thường: Sử dụng thiết bị đo có trở kháng cao để đo điện áp giữa trục và mặt đất cũng như dòng điện qua shunt, cảnh báo khi vượt quá mức.

• Chế độ kiểm tra:

• Kiểm tra AC: Cấp điện áp kiểm tra 2 kHz vào đầu vào của mạch đo để xác minh tính toàn vẹn của toàn bộ kênh.

• Kiểm tra DC: Áp dụng 5V DC để đo điện trở của mạch ngoài (bàn chải, trục, dây điện). Điện trở đo được trên cài đặt BrushLimit cho biết lỗi tiềm ẩn như khả năng tiếp xúc của bàn chải kém.

Cài đặt, cấu hình và chẩn đoán

1. Cài đặt:

• Cắm trực tiếp mô-đun IS220PTURH1B vào các đầu nối của bảng đầu cuối được gắn (TTUR, STUR, TRPA).

• Cố định gói I/O về mặt cơ học bằng cách sử dụng các đinh tán có ren liền kề với cổng Ethernet và một giá lắp cụ thể, đảm bảo không tác dụng lực vuông góc lên đầu nối chân DC-62.

• Kết nối một hoặc hai cáp Ethernet và nguồn điện 28V DC.

2. Cấu hình (Sử dụng phần mềm ToolboxST):

• Thông số tốc độ xung: Đặt PRType , PRScale (xung trên mỗi vòng quay), RăngPerRev (răng trên bánh xe tốc độ), v.v.

• Tham số tự động đồng bộ hóa: Định cấu hình CBxCloseTime (thời gian đóng cầu dao), CBxAdaptLimit (giới hạn thích ứng), v.v.

• Thông số chuyến đi nhanh: Chọn TripType (PR_Single hoặc PR_Max) và đặt các điểm đặt quá tốc, tăng tốc, giảm tốc tương ứng.

• Giới hạn hệ thống: Đặt giới hạn cảnh báo và chuyến đi cho các tín hiệu khác nhau.

3. Chẩn đoán và đèn LED:

• K25: Cho biết lệnh cấp điện cho rơle đồng bộ tự động.

• K25P: Biểu thị lệnh cấp điện cho rơle cho phép đồng bộ.

• DCT: Cho biết Kiểm tra DC đã được bật.

• K1, K2, K3: Cho biết lệnh cấp điện cho rơle ngắt tương ứng.

• PTURH1B thực hiện tự kiểm tra khi bật nguồn và giám sát phần cứng liên tục.

• Đèn LED trên tấm mặt mô-đun cung cấp các chỉ báo trạng thái chính:

• Bạn có thể xem cảnh báo chẩn đoán chi tiết, chẳng hạn như lỗi rơ-le đồng bộ, vượt quá giới hạn điều chỉnh thích ứng của cầu dao và phần cứng không khớp trong ToolboxST, hướng dẫn các bước khắc phục sự cố.