Опубликовано

ДЕЛА САЯНО-ШУШЕНСКИЕ

Саяно-Шушенская ГЭС и закон о промышленной безопасности

<То, что Ростехнадзор хорошо справился с ролью топора, топорно проведя расследование причин аварии 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС, — это очевидно.

Но зачем же таким тупым топором да по энергетике? Может произойти короткое замыкание и наступить реальный конец света. И не только света от СШГЭС.

Обесточатся даже кнопки для голосования>. Именно об этом говорит почетный энергетик России Геннадий Рассохин в своей новой статье, любезно предоставленной им редакции <Плотина.Нет!>:

1. Аварии вне закона

Первая <декада> текущего века <ознаменовалась> крупными авариями технических устройств на объектах электроэнергетики.

05.10.2002 года на Каширской ГРЭС произошла авария, приведшая к полному разрушению турбоагрегата № 3 мощностью 300 МВт с повреждением фундамента и обрушением кровли над продольной осью здания станции в четырех пролетах [1].

17.08.2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС произошла авария с гидроагрегатом № 2 мощностью 640 МВт, ставшая крупнейшей в истории не только отечественной, но и мировой гидроэнергетики. Разрушена самая мощная в стране электростанция, на своих рабочих местах погибли 75 человек обслуживающего и ремонтного персонала станции. Экономический, экологический и моральный ущерб от аварии огромный.

Авария на Саяно-Шушенской ГЭС повторила точно такую же аварию, но меньшую по масштабам, у наших соседей в Таджикистане [2]. 05.02.2007 года на ГЭС <Памир-1> при аварии с гидроагрегатом № 1 мощностью 7 МВт был полностью затоплен машинный зал и все агрегаты станции.

Эти аварии названы вместе потому, что предотвращать подобные аварийные ситуации, минимизировать последствия от них, призван <Закон о промышленной безопасности :> (№ 116-ФЗ) [3].

Закон принят в 1997 году, задолго до этих аварий. По Закону опасным производственным объектом считается предприятие, на котором <используется оборудование, работающее под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля: а) пара, газа (в газообразном и сжиженном состоянии); б) воды при температуре нагрева более 115 градусов Цельсия> [3]. В соответствии с Законом эксплуатация такого оборудования находится под надзором Ростехнадзора.

На Саяно-Шушенской ГЭС, <замкнувшей> череду энергетических аварий в первой декаде века, <под надзором Енисейского управления Ростехнадзора находятся шесть эксплуатируемых опасных производственных объектов (ОПО): :, на которых находятся 25 воздухосборников, 13 сосудов воздушных, 13 сосудов масловоздушных, 24 баллона, а также на указанных площадках расположено 8 кранов, 15 лифтов и 22 трансформатора> [4]. Как видим, СШГЭС — это не один опасный объект, а шесть опасных объектов со 120-ю техническими устройствами, имеющими по Закону признаки потенциальной опасности. Но среди этих 120-и опасных технических устройств нет, ни одного из 10-и гидроагрегатов станции.

И турбоагрегат № 3 на Каширской ГРЭС также неподнадзорен Ростехнадзору.

Таким образом, Закон не нацелен на предупреждение аварий на технических устройствах, подобных этим агрегатам. Закон не видит особой опасности в их эксплуатации.

Следующим за Законом № 116-ФЗ идет Закон <О безопасности гидротехнических сооружений> (№ 117-ФЗ) [5], принятый также в 1997 году. Но и он не распространяется на гидроагрегаты. Он имеет в виду <гидротехнические сооружения — плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъемники…> [5].

После аварии на СШГЭС Закон № 116-ФЗ пересматривался несколько раз. Последние поправки внесены в Закон в начале текущего года. Но и при этих поправках не вспомнили, ни о ТА-3 Каширской ГРЭС, ни о ГА-2 Саяно-Шушенской ГЭС. И на сегодняшний день (как и вчера) турбоагрегаты и гидроагрегаты на электростанциях страны остаются под <юрисдикцией> только одного закона — закона Мёрфи (<закона подлости>, <закона бутерброда>): — <если есть вероятность того, что какая-нибудь неприятность может случиться, то она обязательно произойдет>.

2. Как <уставала> сталь

Почему безопасные (по Закону) агрегаты вдруг становятся такими опасными, приносят столько бед и уносят столько жизней? Ответ на этот вопрос должны были дать результаты расследования причин этих аварий.

Нет доступных сведений о результатах расследования аварии с ТА-3 на Кашире. На ГЭС <Памир-1> ротор гидроагрегата № 1 вышел из своей шахты якобы из-за мощного гидроудара, случившегося под рабочим колесом турбины. При этом физическую природу удара такой мощности, сорвавшего крышку турбины и вынесшего в сборе весь ротор агрегата из шахты, расследователи не объяснили. И о состоянии отсасывающей трубы, где случился этот удар в момент аварии, сведений нет [2].

По аварии на СШГЭС было распоряжение Правительства: расследовать, установить причины, определить виновных, и результаты обнародовать. В комиссию по расследованию вошли самые высокие специалисты Ростехнадзора. К работам по расследованию (по словам председателя комиссии) были привлечены <шесть докторов, 14 кандидатов. Есть пять заключений от Академии (наук)> [6]. В самой комиссии был доктор физико-математических наук, профессор. И председатель комиссии — тоже кандидат.

Команда с таким высоким статусом и ученостью была обязана установить истинные причины аварии и указать на те факторы опасности при эксплуатации агрегата, наличие которых вызвало бы необходимость включения агрегата в перечень потенциально опасных в Законе № 116-ФЗ. Однако ничего этого комиссия не выполнила.

В соответствии с заключением комиссии основной причиной аварии явилась усталость металла шпилек крепления крышки турбины гидроагрегата вследствие повышенной горизонтальной (радиальной) вибрации турбинного подшипника. <Уставшие> шпильки внезапно порвались под напором воды на крышку турбины и агрегат весом почти в две тысячи тонн <был выброшен> из своей шахты. (Этим <был выброшен> мощный агрегат — гордость советской, российской гидроэнергетики — был приравнен к пробке на бутылке шампанского).

Увидев разорванные шпильки, комиссия ограничилась только их исследованием и расследованием того, как они <уставали>. В заключении нет и намека на какие-то особые факторы потенциальной опасности агрегата. Только естественное старение (накопленная усталость металла), форс-мажор (<Бунт Енисея>) и (ну кто бы сомневался!) — Чубайс. Лучше бы такие результаты комиссия не обнародовала. Акт по результатам расследования войдет в историю как нерукотворный памятник верхоглядству российского технического надзора в его сегодняшнем формате.

Вот эти шпильки.

Изломы шпилек доктора от центральной науки по технологии машиностроения (<ЦНИИТМаш>) определили как <усталостные>. Слесари-обходчики и слесари-ремонтники по оборудованию электростанций, на практике знакомые с технологией машиноломания, называют такие изломы <оторвано с мясом>.

Разрывы шпилек произошли сверху. Сорваны (сбиты) верхушки шпилек с гайками. Спрашивается, причем здесь радиальная вибрация, причем здесь усталость от этой вибрации?

Не надо перелистывать лекции по сопромату со второго курса школы, достаточно проделать такой <следственно-научный> эксперимент: вбить в доску гвоздь на треть его длины и покачать за шляпку из стороны в сторону. И если, действительно, при изломе гвоздя в пальцах останется только его шляпка, то к заключению комиссии вопросов нет.

И помимо этого, к такому заключению много вопросов:

1. Крышка турбины и весь агрегат собраны на болтах, шпильках и штифтах. Сама крышка состоит из четырех секторов. Сектора имеют фланцевые разъемы, скрепленные болтами. Корпус турбинного подшипника состоит из двух половин, также собранных на болтах. Корпус подшипника крепится к самой крышке тоже болтами. Почему же от вибрации подшипника, установленного в центре крышки (диаметр крышки почти девять метров), пострадали только самые дальние от него <скрепы>, а остальные остались целыми?

2. Как видно на чертеже (сечение <Е-Е>), отверстия во фланце крышки турбины под шпильки рассверлены на диаметр больший диаметра шпильки. Это делается для того, чтобы при монтаже обеспечить передвижку крышки в концентричное с валом положение. После окончательного центрирования и раскрепления крышки ее штифтуют несколькими припасованными штифтами, поставляемыми вместе с турбиной (позиция 50 в сечении <Ж-Ж>). Таким образом, усилия при горизонтальном (радиальном) перемещении крышки на шпильки не передаются. Они передаются на эти самые штифты. Почему комиссия умолчала о степени (проценте) <усталости> этих штифтов? Кстати, и корпус турбинного подшипника крепится к крышке турбины также с установкой припасованных штифтов.

3. Из В.И. Брызгалова — табл. 46 [7].

По результатам натурных испытаний турбины было установлено, что во всех случаях двойная амплитуда радиальной вибрации крышки турбины в 5?7,5 раз меньше двойной амплитуды радиальной вибрации турбинного подшипника. Вкладыши турбинного подшипника резиновые, резина является эффективным гасителем ударов и вибрации.

По данным о состоянии ГА-2 непосредственно перед аварией двойная амплитуда вибрации корпуса турбинного подшипника была на уровне 600?840 мкм [4].

Следовательно, двойная амплитуда вибрации крышки турбины и шпилек на ней фактически не могла быть больше 170 мкм.

Не понятно, какие могли быть основания приписать такие разрушительные для шпилек последствия от такой сравнительно небольшой их вибрации.

4. Повышенную горизонтальную вибрацию фиксировал только один датчик — датчик <ТПНБ> (Турбинный Подшипник, Нижний Бьеф). Следовательно, повышенная вибрация была только со стороны нижнего бьефа, а шпильки <уставали> все, по всему периметру их установки. Непонятна такая огульная экстраполяция усталости на шпильки, которые не вибрировали.

Короче: доктор, подписавший заключение по исследованию шпилек, уподобился мадам Горбунковой: — <У него там не закрытый, а открытый перелом!>.

Фактически никаких трещин усталости до утра 17-го августа на шпильках не было. Об этом свидетельствуют, в том числе, и участки с цветами побежалости на поверхности изломов представленных шпилек. Цвета побежалости образуются только не <свежих> изломах.

Вот ротор цилиндра среднего давления (РСД) турбины К-300-240 ЛМЗ турбоагрегата № 3 Каширской ГРЭС. Диаметр вала ротора 650 мм., вал изготовлен из высокопрочной роторной стали.

Вполне возможно, что <очагом> разрушения турбины были тоже уставшие шпильки. Тем более, их на горизонтальных разъемах трех цилиндров турбины не 80, как на ГА-2 СШГЭС, а 265 шт.

Вполне возможно, но маловероятно.

3. Когда <усталые> турбины из глубины идут наверх

На рисунке рабочее колесо поворотно-лопастной гидротурбины (ПЛ-турбины). У моряков такая конструкция называется винтом регулируемого шага — <ВРШ>.

В падающем на неё сверху потоке воды — это турбина, при вращении в <стоячей> воде — это гребной винт, при вращении в колодце (в трубе с водой, запертой снизу) — это экструдер (extrusio — выталкивание).

На следующем рисунке — макет радиально-осевой турбины ГА-2 СШГЭС. В отличие от турбины на предыдущем рисунке она имеет не 5, а 16 лопастей.

При такой конструкции турбин, при такой способности их к перевоплощению, роторы гидроагрегатов имеют опасную тенденцию к подъему — всплытию.

Что помешало академикам при выдаче пяти заключений заглянуть лишний раз в учебники и прочитать разделы, посвященные подъему роторов гидроагрегатов?

Или хотя бы в статью профессора МЭИ Мираба Орахелашвили <О случаях самопроизвольного подъема роторов радиально-осевых гидротурбин> в журнале <Электрические станции> № 7 за 1958 год [8].

4. И в заключение ещё раз о <топоре>

В порядке обсуждения обнародованных результатов расследования аварии на СШГЭС несправедливо будет обойти <словами благодарности> нашу Думу.

После аварии некоторые функционеры из Думы выступили с предложением: <Для того, чтобы в нашей стране все нормально и бесперебойно функционировало, постоянно нужен внешний контроль. То есть Ростехнадзор, который раз в три года приходил и проверял состояние станции, должен выступить в роли «топора», который постоянно висит над руководством станции>.

То, что Ростехнадзор хорошо справился с ролью топора, топорно проведя расследование причин аварии, — это очевидно. Но зачем же таким тупым топором по энергетике? Может случиться короткое замыкание и наступить реальный конец света. И не только света от СШГЭС. Обесточатся даже кнопки для голосования.

Вместо того, чтобы творить благозаконие, размахивать над энергетиками топором — это экстремизм.

Геннадий Рассохин, 18 февраля 2013 г., http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-6/

СШГЭС весной: о безопасном пропуске высоких вод

В реальной обстановке при заниженном прогнозе притока воды и аварии сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла вполне может достигнуть 19000 м3/с и выше, поскольку заполнение водохранилища выше уровня 540 м недопустимо для плотины СШГЭС. В результате аварий на плотине, водосбросе, недостаточного развития схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС и создания Майнского водохранилища оказались сниженными основные расчетные параметры пропуска высоких вод. И основной резерв гидрологической безопасности был использован на компенсацию сниженных расчетных параметров, то есть произошло двойное снижение гидрологической безопасности…

В своей прошлогодней статье «О штатном расходе Саяно-Шушенского гидроузла» я подробно писал об опыте пропуска половодья и дождевого паводка в 2006 году — году средней водности. Но этот урок не пошел нам на пользу. Никаких мер не приняли.

В статье «О сути строительных норм и правил в гидротехнике» от 14 августа 2012 года я подробно, как мне тогда казалось, написал о тех нарушениях требований СНиП, которые обязаны были устранять в первую очередь наши властные государственные структуры. 17 августа 2012 года я еще раз обратил на это внимание в своей статье «Уроки из произошедшей на Саяно-Шушенской ГЭС трагедии не усвоены».

Настоящая статья является очередной попыткой достучаться до сознания властных структур регионов Восточной Сибири. Очень надеюсь, что в этом деле мне поможет население регионов и, прежде всего, специалисты и ученые.

I. О роли полезного объема в пропуске высоких вод

СНиП 2.06.06-85 (введены взамен СНиП II-54-77) предписывали:

3.29. Длину водосливного фронта плотины, размеры и число пролетов поверхностных и глубинных водопропускных устройств следует принимать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов в зависимости от величины сбросного расхода основного расчетного случая и изменения уровней воды в нижнем бьефе.

5.31. Величины и порядок открытия затворов следует назначать исходя из необходимости получения в нижнем бьефе условий, которые не потребуют дополнительных мероприятий для защиты сооружений и прилегающих к ним участков русла по сравнению с основным расчетным случаем.

В СНиП 2.06.01-86, введенных взамен СНиП II-50-74, как и прежде, основная роль в пропуске высоких вод отводилась порожним объемам водохранилищ.

2.10. Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода, полученного в соответствии с п. 2.9, с учетом трансформации его проектируемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного хозяйственной деятельностью в бассейне реки.

2.11. Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться, как правило, при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа через: эксплуатационные водосбросные устройства при полном их открытии; все гидротурбины ГЭС; другие водопропускные сооружения при нормальном режиме их эксплуатации.

Нагрузки и воздействия, соответствующие основному расчетному случаю, необходимо учитывать в составе основного сочетания нагрузок согласно п. 2.8.

Пропуск расходов воды основного расчетного случая, в том числе через нерегулируемые водосбросы (без затворов), допускается осуществлять и при уровнях верхнего бьефа, отличающихся от НПУ. Нагрузки и воздействия, соответствующие уровням выше НПУ, следует учитывать в составе основного сочетания нагрузок и воздействий, а для сооружений, предназначенных для борьбы с наводнениями, — при соответствующем обосновании в составе особого сочетания нагрузок и воздействий. Очевидно, что это допущение касалось только случаев превышения НПУ, поскольку речь шла о порядке учета дополнительных нагрузок.

В СНиП 33-01-2003 (введены взамен СНиП 2.06.01-86) впервые приведены существенные дополнения:

5.4.3. При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролет из расчета пропуска паводка. Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов должен быть обоснован при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС.

Основной смысл требований СНиП к выполнению расчетов состоит в том, что полезный объем водохранилища с учетом трансформации всеми водохранилищами, расположенными выше створа, обязан обеспечить трансформацию (снижение) расхода притока воды до допустимого по условиям нижнего бьефа сбросного расхода без выполнения холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

Холостой сброс воды должен начинаться при достижении НПУ и продолжаться в течение заполнения резервного объема до ФПУ и последующего снижения уровня до НПУ. Сбросной расход воды при этом не должен быть выше полученного при основном расчетном случае.

Для исключения холостого сброса воды в период заполнения полезного объема водохранилища он должен равняться объему притока воды в половодье ежегодной вероятностью превышения 0,1% за минусом объема воды через турбины, работающие со средним надежно гарантированным расходом.

II. О роли резервного объема в пропуске высоких водСНиП 2.06.06-85, п.п.5.28-5.31 (введены взамен СНиП II-54-77) предписывали:

3.29. Длину водосливного фронта плотины, размеры и число пролетов поверхностных и глубинных водопропускных устройств следует принимать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов в зависимости от величины сбросного расхода основного расчетного случая и изменения уровней воды в нижнем бьефе, вызываемого деформациями русла и берегов.

5.29. Исходя из основного расчетного случая на основании технико-экономических расчетов устанавливаются общая длина водосливного фронта, типы, число и размеры поперечных сечений водопропускных сооружений, значения удельных расходов воды, основные параметры сооружений нижнего бьефа.

5.31. Величины и порядок открытия затворов следует назначать исходя из необходимости получения в нижнем бьефе условий, которые не потребуют дополнительных мероприятий для защиты сооружений и прилегающих к ним участков русла по сравнению с основным расчетным случаем.

Иначе говоря, заполнение водохранилища до ФПУ позволяло не увеличивать, а только сохранять максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф для основного расчетного случая при пропуске притока воды ? 0,1%.

В СНиП 2.06.01-86, п. 2.12, введенных взамен СНиП 2.06.06-85, к использованию резервного объема водохранилища стали предъявлять совершенно иные требования в пропуске высоких вод.

2.12. Пропуск расчетного расхода воды для поверочного расчетного случая надлежит обеспечивать при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, гидротурбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы.

При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускается размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, последствия которого могут быть устранены после пропуска паводка.

В СНиП 33-01-2003, введенных взамен СНиП 2.06.01-86, эти требования оставлены без изменений, за исключением учета пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов, который должен быть обоснован при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС (п.5.4.3).

В новых СНиП к использованию резервного объема водохранилища стали предъявлять требования участия в увеличении пропускной способности гидроузла. По сути, он стал дополнением к полезному объему, и начались вольности с его размером: стали снижать ФПУ за счет холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

Резервный объем водохранилища должен быть равен половине разницы объемов притока воды в половодье ежегодной вероятностью превышения 0,01%+? и 0,1%.

Сохранение величины расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф происходит за счет приема двух объемов притока воды в порожний резервный объем: при его заполнении и опорожнении.

III. О роли холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища в пропуске высоких вод

Необходимо различать предполоводную (предпаводковую) сработку водохранилища, которая учитывается в расчетах пропуска высоких вод в период проектирования водохранилища, гидроузла и нижнего бьефа, и холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища, который вынуждены использовать в период постоянной эксплуатации гидротехнических сооружений при возникновении непредвиденных обстоятельств: отказов в работе оборудования, аварий или притока воды выше принятого в расчетах.

Холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища является основным резервом гидрологической безопасности и предназначается на период постоянной эксплуатации гидротехнических сооружений.

IV. О роли расхода воды через турбины ГЭС в пропуске высоких вод

Величина пропускной способности гидроагрегатов в пропуске высоких вод должна быть обоснована при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС.

Расход воды через турбины ГЭС является дополнительным резервом гидрологической безопасности, поэтому должны быть созданы условия для выдачи всей установленной мощности ГЭС в энергосистему.

V. О роли нижнего бьефа в пропуске высоких вод

Пропускная способность нижнего бьефа обязана обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Если нижним бьефом является водохранилище малого объема (суточного регулирования), то при определении пропускной способности нижнего бьефа следует руководствоваться требованиями СНиП 2.06.15.

CНиП 2.06.15 п. 1.4. гласит:

Отрицательное влияние затопления существующими или проектируемыми водохранилищами надлежит оценивать в зависимости от режимов сработки водохранилища и продолжительности действия затопления на прибрежную территорию.

Было известно, что Майнский гидроузел при работе всех трех турбин способен пропустить 15900 м3/с при уровне воды в верхнем бьефе 328,5 м(первоначальном ФПУ), при ныне установленном ФПУ 326,7 м — 13300 м3/с. При пропуске 13300 м3/с дома прибрежной зоны поселка Черемушки затапливаются до 2 м.

Расчеты показывают, что сбросной расход 10260 м3/с в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла пропускается через Майнский гидроузел, если его водохранилище опорожнено до уровня 322,0 м и заполнено до уровня 324,8 м. Тогда у поселка Черемушки уровень водохранилища достигнет 327,8 м и на 3,2 м превысит контрольный уровень начала подтопления поселка.

Обращаю особое внимание на то, что нормативы СНиП 2.07.01.89, п.8.6, на которые ссылается проектная организация при обосновании отказа от строительства инженерных защитных сооружений в нижнем бьефе, распространяются на свободную реку (без плотины и дополнительного бокового холостого сброса воды, создающих подпор).

Вывод:

При проектировании Саяно-Шушенского водохранилища, гидроузла, нижнего бьефа и схемы выдачи установленной мощности ГЭС все вышеуказанные нормативы были нарушены.

Была нарушена очередность возведения гидроузлов в каскаде. Саяно-Шушенский гидроузел должны были построить девятым, а построили первым (СНиП 2.06.01-86, п.2.10).

Полезный объем водохранилища оказался на 20,46-14,71=5,75 км3 меньше необходимого (учитывая площадь водосбора), а резервный объем на 4,1-0,62=3,48 км3 меньше необходимого для обеспечения сбросного расхода воды в нижний бьеф 7000 м3/с, допустимого для всего нижнего бьефа.

Реальная пропускная способность Саяно-Шушенского гидроузла составляет более 19000 м3/с, а расчетная снижена до 13300 м3/с за счет использования в расчете пропуска высоких вод холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища, то есть за счет резерва гидрологической безопасности.

Так путем нарушения требований СНиП создана видимость благополучия Саяно-Шушенского гидроузла. В реальной обстановке при заниженном прогнозе притока воды и аварии сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла вполне может достигнуть 19000 м3/с и выше, поскольку заполнение водохранилища выше уровня 540 м недопустимо для плотины.

В результате аварий на плотине, водосбросе, недостаточного развития схемы выдачи мощности СШГЭС и создания Майнского водохранилища оказались сниженными основные расчетные параметры пропуска высоких вод. И основной резерв гидрологической безопасности был использован на компенсацию сниженных расчетных параметров, то есть произошло двойное снижение гидрологической безопасности.

Дополнительный резерв гидрологической безопасности отсутствует из-за недостаточного развития схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС (выдача мощности СШГЭС ограничена 4000 МВт при установленной мощности 6400 МВт).

Пропускная способность Саяно-Шушенского гидроузла более 19000 м3/с, а всего нижнего бьефа — 7000 м3/с. Именно это является главной опасностью на сегодня.

Переустраивать сейчас на расход 19000 м3/с весь нижний бьеф до Красноярского водохранилища дорого и не имеет большого смысла.

Выход из создавшегося чрезвычайного положения заключается в снижении объема притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище, то есть в снижении сбросного расхода воды в нижний бьеф путем создания водохранилища-регулятора в верховье в Туве.

Только тогда на хорошо зарегулированном водотоке станет возможным и эффективным для нижнего бьефа и энергетики создание Очурского и Минусинского гидроузлов.

Владимир Иннокентьевич Бабкин, заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (1978-2001 гг.), участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 01.06.1962 года,

1 мая 2013 г., http://www.plotina.net/sshges-babkin-7/

СШГЭС: как перенести вероятное будущее в прошлое

Без какого-либо преувеличения следует признать, что к пропуску высоких вод Саяно-Шушенский гидроузел в нынешних условиях не готов, прежде всего, из-за отсутствия резервов гидрологической безопасности, наличия в верхней части водохранилища порожнего объема, который заполнять запрещено (поскольку при заполнении он перегружает плотину СШГЭС), и низкой пропускной способности нижнего бьефа. Однако создание водохранилища-регулятора позволит вероятное будущее, к встрече с которым мы не готовы, перенести в прошлое, минуя настоящее:

В 1972 году было утверждено «Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ СССР», в состав которого впервые был включен раздел № 9, определяющий порядок пропуска высоких вод через сооружения гидроузла [1].

Впервые порядок пропуска через гидроузлы высоких половодий вероятностью превышения менее 1% (выделено жирным в таблице 1) стал регламентироваться специальными правилами, а режим водохранилищ в нормальных эксплуатационных условиях — диспетчерскими графиками и правилами регулирования стока.

В таблице 1 приведены гидрологические сведения по расчетным расходам и объемам стока воды с площади водосбора в Саяно-Шушенское водохранилище, откорректированные Ленгидропроектом ([2], стр. 16, 457).

Таблица 1

Ежегодные вероятности превышения

расчетных максимальных расходов     5%    1%    0,1%   0,01%  0,01% + ?

Половодье, май — июнь, м3/с       10800  13500  17600  21700    23900

Дождевые паводки (июль), м3/с             9025  11500           15200

Дождевые паводки (август), м3/с           6270   8200            9600

Объем стока за 30 суток, км3       17,40  20,90  25,90  31,22    34,10

Объем стока за 153 суток, км3      48,70  53,80  60,00  66,10    68,20

Особенностью Енисея является вероятность многоводных дождевых паводков в июле и августе.

Средний надежно гарантированный расход воды через турбины 2100 м3/с в расчетах принимался, исходя из вероятности среднего годового расхода притока воды в створах Саяно-Шушенского и Майнского гидроузлов при обеспеченности 1% по таблице 2, [2], стр.15.

Таблица 2

Обеспеченность,%       1     5   10   25   50  75   90   95   97   99

Расход воды, м3/с     2050 1850 1760 1620 1470 1340 1230 1170 1130 1050

За 30 суток половодья на выработку электроэнергии будет израсходован объем воды 2100.30.24.60.60=5,44 км3, в течение 153 суток 2100.153.24.60.60=27,76 км3.

Порожний полезный объем водохранилища служит для приема объема притока воды 25,9-5,44=20,46 км3 (таблица 1) в половодье длительностью 30 суток вероятностью превышения 0,1% (основной расчетный случай) без выполнения холостого сброса воды.

Резервные объемы водохранилищ предусматриваются исключительно для кратковременного приема разницы объема притока воды вероятностью превышения 0,01%+? и 0,1% 01%+? и 0,1% (поверочный расчетный случай) в половодье и дождевые паводки (34,1-25,9):2=(68,2-60,0):2= 4,1 км3 (таблица 1).

Холостой сброс воды должен выполняться крайне редко: при пропуске половодья вероятностью ? 0,1%, а при пропуске дождевых паводков, если заполнен полезный объем водохранилища и расход притока воды превышает расход воды через турбины.

Логика регулирования по СНиП, на самом деле, проста, но, как оказывается, труден для понимания сам процесс. Через порожний полезный объем и через порожний резервный объем каждый раз проходит два равных объема воды. Это можно видеть при разложении максимальных объемов притока воды.

68,2=2.34,1=2.(25,9+8,2)=2.(20,46+5,44+8,2)=2.20,46+2.5,44+2.8,2, то есть в течение 5 месяцев многоводного года (153 суток = май-сентябрь) через порожний полезный объем водохранилища может пройти два объема притока воды, равных объему притока в половодье длительностью 30 суток, в том числе транзитом через турбины 5,44 км3 в половодье и 27,76-5,44=22,32 км3 в дождевые паводки. 34,1-25,9=8,2=68,2-60,0=8,2=2.4,1=8,2, то есть порожний резервный объем будет использоваться три раза: один раз в половодье и два раза в дождевые

паводки: в июле для срезки пика расхода притока воды 15200 м3/с и в августе для срезки пика расхода притока воды 9600 м3/с (таблица 1).

По расчету порожний полезный объем водохранилища 20,46 км3 в нормальном режиме работы заполняется и опоражнивается ежегодно 1 раз, турбины в течение многоводного года работают со средним надежно гарантированным расходом 2100 м3/с, порожний резервный объем заполняется и опоражнивается 3 раза: при пропуске половодья, дождевого паводка в июле и дождевого паводка в августе, холостой сброс воды в объеме 68,2-27,76-20,46=19,98 км3 выполняется с расходом не выше 4900 м3/с.

Принципиальная разница заключается только в длительности использования: порожний полезный объем используется при годичном регулировании стока в течение года, а резервный объем на Енисее при максимальном расчетном притоке воды используется кратковременно три раза: в половодье максимум в течение 11,8 суток, в дождевой паводок в июле максимум в течение 10 суток и в дождевой паводок в августе максимум в течение 6,5 суток.

Резервный объем является полноправным участником пропуска высоких вод при расчетах вероятностью превышения расхода менее 1%, поэтому его, строго говоря, нельзя считать резервным. Ему больше подходит название объем-стабилизатор колебаний расхода воды в нижний бьеф или объем для срезки пиков расхода притока воды. Он располагается в верхней части водохранилища, используется кратковременно и крайне редко при одновременной работе водосброса с равномерным расходом воды так, чтобы не превышался сбросной расход воды в нижний бьеф.

Другое дело порожний полезный объем. Он заполняется и опоражнивается без холостого сброса воды (использование холостого сброса воды для регулирования скорости заполнения полезного объема следует считать нарушением Правил) в течение длительного времени. Именно поэтому появляется возможность использовать холостой сброс воды в качестве резерва на непредвиденные случаи.

При возникновении непредвиденного обстоятельства (приток воды выше принятого в расчете, отказ в работе оборудования, авария) немедленно начинается холостой сброс воды (холостой сброс воды при заполнении и опорожнении полезного объема водохранилища в нормальном режиме работы не предусматривается) и включаются в работу все турбины ГЭС.

Без какого-либо преувеличения следует признать, что к пропуску высоких вод Саяно-Шушенский гидроузел в нынешних условиях не готов, прежде всего, из-за отсутствия резервов гидрологической безопасности, наличия в верхней части водохранилища порожнего объема, который заполнять запрещено, поскольку при заполнении он перегружает плотину, и низкой пропускной способности нижнего бьефа.

На практике большие объемы холостого сброса воды и высокие сбросные расходы воды в нижние бьефы, соответствующие пропуску высоких вод, наблюдаются довольно часто в маловодные годы и оправдываются, как правило, заниженными прогнозами притока воды, не позволяющими своевременно начать холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища.

Например, в 2006 году половодье было маловодным (обеспеченность притока 54% в мае (такое событие случается 1 раз за 1,85 лет), 8% в июне (такое событие случается 1 раз за 12,5 лет). И только в дождевой паводок 12-15 июля пик расхода притока воды достиг 7900 м3/с. В июльский дождевой паводок 1%-ной обеспеченности пик расхода достигает 9025 м3/с (таблица 1). Иначе говоря, 2006 год следует относить к году ниже средней водности.

На практике сбросной расход воды в нижний бьеф достиг величины 7700 м3/с, то есть превысил допустимую для нижнего бьефа величину 7000 м3/с. Такой сбросной расход мог быть только при притоке вероятностью 0,1-0,01%+ ?. Малое по объему водохранилище было заполнено преждевременно по прогнозу, который оказался заниженным.

При отсутствии нарушений требований СНиП в расчетах пропуска высоких вод сбросной расход воды в нижний бьеф не мог быть выше расхода воды через турбины 2100 м3/с.

Объем холостого сброса воды достиг астрономической величины 15 км3. При отсутствии нарушений требований СНиП в расчетах объема водохранилища при таком притоке воды он оказался бы нулевым, а при самом маловероятном — не более 20 км3.

Требования СНиП можно выполнить только путем создания водохранилища-регулятора объемом 20,46+4,1-15,33=9,24 км3.

Водохранилище-регулятор, по своей сути, позволит вероятное будущее, к встрече с которым мы не готовы, перенести в прошлое, минуя настоящее.

Задерживая в верховье вполне вероятный приход заранее известного объема воды, кроме очевидного повышения активной и пассивной гидрологической безопасности в Туве, Хакасии и Красноярском крае, мы можем получить множество других плюсов.

Например, наличие водохранилища-регулятора в верховье в Туве объемом 9,24 км3 позволит:

1.- понизить НПУ Саяно-Шушенского гидроузла до уровня 532,8 м при ФПУ 540,0 м;

2.- полностью восстановить основной резерв гидрологической безопасности, то есть отказаться от холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища;

3.- в нормальных рабочих режимах гарантировать гидрологическую безопасность независимо от наличия прогноза притока воды в водохранилища;

4.- за счет наличия резерва гарантировать гидрологическую безопасность при пропуске катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчетах), в случаях отказов в работе оборудования или авариях;

5.- обеспечить регулирование скорости заполнения водохранилища без выполнения холостого сброса воды, а путем заполнения водохранилища-регулятора;

6.- повысить эффективность использования дополнительного берегового водосброса при пропуске высоких вод;

7.- отказаться от создания дополнительного водосброса на Майнском гидроузле;

8.- увеличить выработку электроэнергии и мощности на всех енисейских ГЭС;

9.- построить на зарегулированном водотоке Очурский и Минусинский гидроузлы (сегодня их строительство невозможно из-за большого сбросного расхода воды в нижний бьеф Майнского гидроузла).

Литература:

[1] Методические указания по составлению правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций, введенные с 01.01.2000

[2] А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн «Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС». СПб: Изд-во ОАО <ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева>, 2008.

Владимир Иннокентьевич Бабкин, заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (1978-2001 гг.),

участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 01.06.1962 года,

8 мая 2013 г., http://www.plotina.net/sshges-babkin-8/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *