一、概述
由于超超临界机组主蒸汽压力和温度高，在运行中会造成固体颗粒侵蚀而产生管壁腐蚀。当机组启停时，汽温的急剧变化容易造成管壁表皮脱落而堵塞过热器管，这常常是导致超超临界机组锅炉发生严重爆管事故的重要原因之一。
为了尽可能减少锅炉启停的不利影响，宁海二期工程的炉、机、电大联锁采用了单向联锁方式，即：锅炉跳闸后联跳汽机、发电机;汽机跳闸时不联跳锅炉，只联跳发电机;发电机跳闸时不联跳锅炉、汽机，只联跳发电机出口开关及灭磁;若500kV系统(主变差动保护区外)故障，只跳主变500kV侧开关，不联跳炉、机、电。该系统具备FCB功能，即可以停机不停炉，在发电机出口开关跳闸(主变500kV侧开关不跳闸)或主变500kV侧开关跳闸(发电机出口开关不跳闸)的情况下能迅速转为维持带厂用电的孤岛运行方式。
为了实现上述功能，宁海二期工程配置了大容量高低压两级串联汽机旁路系统。本文将对旁路相关的仪表控制系统设计情况进行简要介绍，供同类工程设计参考。
二、系统概况
2.1 主要设备和系统配置
本工程锅炉选用上海锅炉厂有限公司产品，引进的是Alstom-Power公司Boiler Gmbh的技术。主要技术规范为：超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、一次再热、单炉膛单切圆燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式布置。
汽轮机为上海汽轮机有限公司产品，引进的是西门子技术。主要技术规范为：TC4型，高中压联合启动、超超临界、一次中间再热、单轴、双背压、四缸四排汽。汽轮机采用定-滑-定运行方式。
旁路系统配置了100%BMCR容量高压旁路，配用4×25%BMCR液动执行机构;该旁路替代过热器安全阀，又作为主汽压力调节阀，俗称“三用阀”系统。低压旁路容量为65%BMCR，采用2×32.5%BMCR液动执行机构。另配100%再热器安全阀。旁路系统由西门子股份公司提供，采用了德国WELLAND&TUXHORN公司产品。
旁路系统控制功能由机组DCS实现;DCS采用了西门子公司的SPPA-T3000系统。
2.2 旁路系统功能
主要功能：
1) 提供超压安全保护的功能
锅炉超压时高压旁路开启，代替锅炉安全阀功能，并根据机组主蒸汽压力进行自动调节，直到恢复正常值。从而使系统回收工质，减少噪音。
2) 允许机组低负荷稳定运行
当汽机负荷低于锅炉最低不投油稳燃负荷时，通过高低压旁路装置的调节，使机组稳定在低负荷状态下运行。
3) 提供FCB功能
当汽轮发电机组发生故障跳闸，旁路系统迅速动作实现带厂用电运行或空转或停机或维持锅炉最小稳燃负荷运行功能，使机组能随时重新并网恢复正常运行。
4) 改善机组的启动性能及其它
机组在各种工况下(冷态、温态、热态和极热态)用高中压缸启动时，投入旁路系统，控制锅炉快速提高蒸汽温度使之与汽机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短机组启动时间，减少蒸汽向空排放，减少汽机循环寿命损耗，实现机组最佳启动。
启动和减负荷时，可保护布置在烟温较高区的再热器，以防烧坏。
启动时，使蒸汽中的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，从而防止汽轮机调速汽门、进汽口及叶片的硬粒侵蚀。
三、仪控测点设计
3.1 设计依据
本工程旁路系统的仪表控制根据技术协议及西门子公司提供的资料进行设计。
旁路系统招标文件提出了详细的测量要求，并要求卖方随旁路系统提供一套用于实现旁路系统控制、监视、报警及保护功能所需的过程量检测装置，如变送器、热电偶/热电阻、阀位传感器、压力及温度开关等。但在投标技术澄清时，各投标方均建议除了主汽过压保护装置、液压油站系统配套仪表及旁路系统阀门附件外，所有热控就地设备由卖方提供清单，统一纳入业主方全厂采购范围;技术协议的相关供货范围也据此确定。
旁路系统设备采购合同签订后，西门子公司在DCS二联会上提供了初步的P&ID图及测点清单。
3.2 测点优化设计
宁海工程设置100%BMCR容量的高压旁路，没有过热器安全门，由高旁阀兼作主汽过压保护。在锅炉厂提供的汽水系统图中，两个三级过热器左右出口共四根主汽管，在高旁阀接口后汇合为左右两根主汽总管。三级过热器出口的四根主汽管上共布置了6个PT及3个PS，PT用于MCS控制，PS用于主汽过压保护。这是源于ALSTOM公司的设计。同时，西门子旁路系统资料要求在四根高旁入口管上各设置两个PT，用于旁路控制。
由于本工程旁路系统的控制纳入了机组DCS，我们对这些PT进行了合并，共设了8个PT，使四根主汽管上均有冗余设置的测点;这个修改的必要性在后来与四大管道配管厂进行测点配合时得到了验证：四根主汽管上的三通直接与高旁阀相连，高旁阀前没有可以布置测点的入口管道。
为了使左右侧过压保护测点对称布置，同时不改变旁路系统原有的三取二硬接线保护逻辑，本工程在旁路合同谈判时经各方讨论后，由卖方增设了一套过压保护装置(3个PS)，并将PS的测点位置改设到主汽总管上，左右侧各3点。
在DCS二联会上，各方在西门子初步资料的基础上讨论并确定了高低压旁路系统及旁路油站的I/O信号测点。会议确定：凝汽器温度保护不用温度开关，改成Pt100热电阻由DCS逻辑实现;凝汽器水位开关取消，和凝汽器水位调节共用3台水位变送器。
3.3 测点安装设计
除主汽过压保护装置外，旁路系统全部汽水温度压力测量仪表均由业主方提供。
宁海二期工程主蒸汽、热再热蒸汽的设计温度605 ℃。高压旁路进口管道、低压旁路进口管道材质均为P92。目前国内对异种钢的焊接均需进行特别培训和工艺评定，程序较复杂，特别是P92与异种钢焊接对热处理的要求比较苛刻，应尽可能避免异种钢焊接。同时本工程业主方也有在四大管道上的测温套管应采用与主管道材质相同的明确要求。遵循此设计原则，本工程主蒸汽和热再热蒸汽管道热电偶保护管采用P92材料制作。
对于主蒸汽、热再热蒸汽压力测点，根据ASME B31.1-2001 中122.3.2 (A.1) 的规定：“信号源处的引出管包括连接套管、接管或连接装置至少应采用与之相连的容器或管道相当的材料来制造”。既要采用与主管道相当的材料，又要考虑焊接的可靠性和焊口的使用寿命问题，因此确定取压短管采用与主管道相同的P92材质。
西门子公司提供了主汽过压保护装置的安装调试资料，并称根据欧洲的保护规定要求其测量管路上不得安装仪表阀门。由于此要求与国内规定不符，我们要求西门子提供书面的规范文本以说明这样设计的依据，但西门子公司一直没有提供。因此，我们设计时遵循《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》(DL/T 5182-2004)的要求设置了相关的一次门。
在DCS一联会上已明确本工程主汽压力测点的一次门为双一次门，F92材质，其前后导管材质及规格为：P92、Φ33.4×7.5。
由于4×25%BMCR高压旁路阀是接在三级过热器出口的四根主汽管上，而主汽过压保护装置的压力测点已从四根主汽管上改设到主汽总管上，故在压力测点具体定位时应尽量选择主汽总管上靠近三级过热器出口的位置，同时还要注意主汽总管热位移可能对测点导管和一次阀门安装造成的影响。
四、安装接线设计
本工程旁路的驱动执行器采用液(油)动执行器，每台机组的旁路系统配供2套液动执行器的供油装置(油站)。所有电源及控制接线均在旁路油站一体化控制柜内接线;控制柜与旁路蒸汽阀、减温水调节阀及减温水截止门的接线由设备配供。
4.1 电源配置
每套旁路油站需要2回380VAC电源，熔断电流25A，由电气专业设计。电源重要类别为Ⅰ类，即短时停电可能影响人身安全或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。
旁路油站2回380VAC进线电源各带一台油泵;油冷却器有一个小电机接在第1回电源上。2回进线电源经三相变压器降压，整流成为24VDC，然后经二极管耦合作为控制电源。
旁路油站蓄能器所储能量，在其电源故障的情况下，能提供足够的液压动力，使旁路系统所有阀门完成1～2次全行程的开或关。
4.2 信号接口
高压旁路油站设有下列信号接口：
● 各高压旁路减温水液动调节阀阀位
● 各高压旁路阀阀位
● 各高压旁路阀控制指令
● 各高压旁路减温水液动调节阀控制指令
● 各高压旁路减温水液动阀全开、全关状态
● 各高压旁路阀全开、全关状态
● 各高压旁路阀调节正常
● 各高压旁路减温水液动调节阀全开、全关状态
● 各高压旁路阀快开、快关指令
● 各高压旁路减温水液动阀开指令
● 各高压旁路减温水液动调节阀快开、快关指令
● 各高压旁路阀就地操作
● 各高压旁路减温水液动调节阀调节正常
● 高旁站油压(模拟量)
● 高旁站油压低(三冗余)
● 高旁站油压高
● 高旁站油位低、低低
● 高旁站油温高
● 高旁站滤网差压高
● 安全保护装置在试验
● 各高旁安全保护动作(三冗余)
● 高旁站进线电源1、2 FAIL
● 高旁站24VDC分线开关FAIL
● 高旁<
