ПРОБЛЕМЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ ПОСЛЕ ЛВЛРИИ НЛ СЛЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС
Академик РАН М. П. ФЁДОРОВ, доктор технических наук В. В. ЕЛИСТРАТОВ
Йварии на ГЭС в значительной мере могут повлиять на перспективы развития гидроэнергетики ии. Тем более важен своевременный анализ факторов безопасности, их учёт на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации. Безопасность в конечном счёте связана и со значительной экономической эффективностью использования этого источника возобновляемой энергии.
17 августа 2009 г. на крупнейшей гидроэлектростанции России - Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС) на 2 гидроагрегате произошла авария. В результате станция полностью вышла из строя, были человеческие жертвы. Благодаря активным действиям МЧС России машинный зал в кратчайшие сроки был расчищен от обломков конструкций и оборудования, откачана вода из помещений. Специалисты получили возможность установить причины аварии, а гидроэнергетики приступили к восстановлению ГЭС. Последствия оказали негативное воздействие не только на энергетику страны, но и на социально-экономическую и экологическую обстановку в Красноярском крае, взбудоражили население, проживающее ниже ГЭС, породили множество версий относительно аварии и последствий этого чрезвычайного события. Статья продолжает обсуждение новых решений, направленных на повышение надёжности оборудования и сооружений ГЭС*.
т * Подробнее см.: Фортов В.Е., Фёдоров М.П., Елистратов В.В. Научно-технические проблемы гидроэнергетики после аварии на Саяно-Шушенской ГЭС // Вестник РАН. 2011. Т. 81. № 7.
На Саяно-Шушенской ГЭС продолжаются восстановительные работы. После ввода в эксплуатацию гидроагрегата № 9 в декабре 2012 г. основные усилия специалистов направлены на монтаж гидроагрегата № 10. Подходит к завершению сборка основных узлов гидроагрегата1: на штатные места установлены рабочее колесо и вал турбины, крышка турбины, генератор и подпятник. Продолжается монтаж рабочих механизмов гидротурбины, системы автоматического управления гидроагрегатом, торможения, технического водоснабжения, системы возбуждения генератора, элегазового генераторного комплекса НЕС-8С, необходимого для коммутации гидроагрегата с сетью, а также монтаж металлического балкона на отметке 333.0 м (БС), на котором будут расположены панели управления и защиты гидроагрегата. В соответствии с графиком восстановления Саяно-Шушенской ГЭС ввод в эксплуатацию гидроагрегата № 10 был запланирован на март 2013 г.
Развёрнуты работы по реконструкции гидроагрегатов № 5 и 6, которые за время эксплуатации с момента восстановления в 2010 г. в сумме выработали 16.7 млрд кВт.ч электроэнергии, что составляет около 80% среднемноголетнего значения выработки СШГЭС. В кратере гидроагрегата № 6 завершён демонтаж оборудования и закладных частей агрегата, идёт монтаж системы водяного охлаждения генератора и восстановление фундаментных шпилек статора генератора, специалисты монтажных организаций ведут сборку нижнего кольца направляющего аппарата турбины, укрупни-
1 Сроки ввода в эксплуатацию и завершения сборки даются на момент сдачи статьи в набор.
2
© М. П. Фёдоров, В. В. Елистратов
Рис. 1.
Общий вид Саяно-Шушенской ГЭС.
тельную сборку крышки турбины, опоры подпятника и регулирующего кольца направляющего аппарата, а также сборку ротора генератора. В кратере гидроагрегат № 5 идёт обследование спиральной камеры турбины, а специалисты ОАО "Саяно-Шушенский Гидроэнергоремонт" ведут демонтаж закладных частей турбины и монтаж стабилизирующих рёбер в конусе отсасывающей трубы. Гидроагрегаты № 5 и 6 были выведены на реконструкцию в феврале и июле 2012 г. соответственно, и, согласно плану-графику восстановительных работ, вновь вернутся в строй в 2013 г.
Кроме этого, на трансформаторной площадке энергоблока Т-3, через который осуществляется выдача мощности гидроагрегатов № 5 и 6, идёт демонтаж старых трансформаторов, а также трансформатора собственных нужд станции. В дальнейшем здесь будет проведена замена гидроизоляционного слоя и фундаментов, на которых будут установлены новые трансформаторы производства Запорожского трансформаторного завода.
К концу 2014 г. Саяно-Шушенская ГЭС будет пол-
ностью оснащена абсолютно новым и современным оборудованием, изготовленным ОАО "Силовые машины", обладающим улучшенными рабочими характеристиками и соответствующим всем требованиям надёжности и безопасности. Срок службы новых агрегатов увеличен до 40 лет, при этом максимальный КПД гидротурбины составляет 96.6%. Улучшены её энергетические и кавитационные характеристики. Также турбины оснащены более эффективной системой технологических защит, действующих на автоматический останов агрегата в случае возникновения недопустимых режимных отклонений контролируемых параметров.
После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС были пересмотрены правила, определяющие требования к обеспечению надёжности и безопасности эксплуатации гидроэнергетических объектов. В результате, в правилах появилось более ста дополнений и изменений, и восстановление станции идёт с учётом этих требований. Было установлено, что срок службы, требования к контролю состояния металла шпилек, оказавшихся причиной аварии, условия их
Рис. 2.
Общий вид здания СШГЭС.
С л
Таблица 1
Параметры крупнейших ГЭС мира
Название ГЭС, страна Река Мощность, МВт Выработка энергии, ТВт • ч Напор, м Диаметр рабочего колеса, м Число агрегатов
Три ущелья,
Китай Янцзы 18 200 84.7 112 9.2 26
Итайпу,
Бразилия Парана 12 600 71.0 118 8.5 18
Гури 2,
Венесуэла Карони 10 300 51.0 136 7.17 10 + 10
Тукуруи,
Бразилия Токантис 8000 32.4 68 7.8 12 + 12
Грэнд-Кули,
США Колумбия 10 830 20.3 108 9.75; 9.91 18 + 6
Саяно-Шушенская
ГЭС, Россия Енисей 6400 23.7 194 6.77 10
Красноярская
ГЭС, Россия Енисей 6000 34.5 101 7.5 12 У
замены не были определены ни одним нормативным актом. Заводом-изготовителем были выданы рекомендации по контролю состояния шпилек, которые включены в стандарты РусГидро и инструкции Саяно-Шушенской ГЭС. Инструментальный контроль состояния шпилек будет производиться ежегодно. Раз в 20 лет и при каждом капремонте гидроагрегата будет осуществляться их замена. Предпринятые после аварии меры исключают полное обесточивание станции. Установленные дополнительные дизельные электрогенераторы ав-13томатически запускаются при исчезно-й вении основного питания, с чем бы это ™ ни было связано. Кроме этого, на гребне
1 плотины для резервного питания шкафов
2 управления применена автономная ак-2 кумуляторная батарея, что многократно 1 повышает надёжность работы автома-^ тики. Внедрены новые виды защиты К оборудования и модернизированы ал-§ горитмы работы старых. Один из новых « видов контролирует положение лопа-^ ток турбины друг относительно друга Л и срабатывает при их расхождении на = 7.5 и более процентов. Появилась защита, действующая при появлении воды на крышке турбины. Модернизирована
система пуска-останова агрегата, когда пропадает напряжение питания. Действие всех видов защиты приводит к закрытию направляющего аппарата, аварийно-ремонтного затвора и отключению генератора от сети. Внедрена стационарная система виброконтроля как обязательный элемент системы диагностики состояния гидросилового оборудования. Двадцать датчиков, установленных на каждом гидроагрегате, отслеживают перемещения валов относительно генераторных и турбинных подшипников, а также колебания всей конструкции. Защита срабатывает, если в установившемся режиме работы гидроагрегата более 15 с держится повышенный уровень максимально допустимой вибрации.
По прошествии трёх лет после аварии можно более всесторонне и аргументированно объяснить технологические причины аварии на этом уникальном энергетическом объекте, определить необходимые действия по предотвращению подобных происшествий, а также сформулировать задачи науки в обеспечении безопасности объектов гидроэнергетики.
Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего - крупнейшая гидроэлектро-
Рис. 3.
Разрез по водопроводящему тракту.
станция России и одна из крупнейших в мире (табл. 1), расположена на юге Республики Хакасия, в верховьях Енисея. Установленная мощность ГЭС - 6.4 млн кВт. Десять гидроагрегатов ГЭС имеют номинальную мощность 640 МВт каждый, при расчётном напоре 194 м. Общая пропускная способность турбин 34003600 м3/с. Среднемноголетняя выработка электрической энергии - 21.84 млрд кВт • ч, но в последние годы (до аварии) годовая выработка энергии была выше. Общий вид ГЭС представлен на рис. 1.
Основной потребитель электрической энергии, вырабатываемой Саяно-Шу-шенской ГЭС, - Федеральная сетевая компания, из региональных потребителей - Саянский производственно-территориальный комплекс, г. Саяногорск.
В состав гидротехнических сооружений СШГЭС входят: арочно-гравитаци-онная плотина и здание ГЭС припло-тинного типа.
Арочно-гравитацион-ная плотина воспринимает давление воды своей массивной составляющей, а также передачей этого давления на борта каньона арочной частью. Горизонтальные сечения плотины представляют собой арки кругового и трёх-центрового очертания. Радиус верховой грани в русловой части плотины составляет 600 м. По фронту плотина разделена радиальными швами через 15.8 м на 68 секций. По толщине плотина разрезана на 4 столба шириной 25-27 м.
На станционной половине плотины расположены 10 водоприёмников, сопрягающихся с 10 сталежеле-зобетонными турбинными водоводами, прианкерен-ными к низовой грани станционной части плотины. Внутренний диаметр турбинных водоводов 7.5 м. Водоприёмники оборудованы сороудержи-вающими решётками, аварийно-ремонтными (быстропадающими) затворами с индивидуальными гидроподъёмниками, а также пазами для установки ремонтных затворов.
Водосбросная часть плотины имеет 11 водосбросных отверстий с размерами расчётного сечения 8.2 х 5.4 м и заглублёнными водозаборами, пороги которых ниже на 60 м относительно НПУ - 539 м.
со
Отверстия перекрыты плоскими колёс- § ными затворами, обслуживаемыми дву- ? мя козловыми кранами грузоподъём- | ностью 500 т каждый. Объём бетона, §
_ о
уложенный в арочно-гравитационную ® плотину, - ок
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.