Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций

Подождите немного. Документ загружается.

459

гидроузла нормальным расчетным случаем, а проектной проработки,

обеспечивающей нормальные эксплуатационные условия для работы

турбинного оборудования, в данном случае не было. В результате это

привело к возникновению больших кавитационных разрушений

лопастей рабочих колес гидротурбин, работавших длительное время

на напорах существенно ниже расчетных. При ликвидации этих

разрушений был выполнен большой объём ремонтных работ по

заплавке каверн, имеющих значительную глубину и площадь (в

некоторых случаях каверны проникали на всю толщину лопасти –

насквозь). Ремонт таких повреждений в условиях ГЭС, непосредст-

венно в камере рабочих колес, очень трудоемок. Кроме того, вос-

становить заводской профиль лопастей в полной мере не удалось, в

результате коэффициент полезного действия турбин снизился.

При создании гидроузлов с водохранилищами многолетнего

регулирования, или если для заполнения водохранилищ требуется

ряд лет по каким-либо другим причинам, должны действовать другие

исходные соображения, например, применение временных рабочих

колес на весь период работы турбин с напорами значительно ниже ми-

нимальных расчетных или возведение первоначальной ГЭС (см. ниже).

Хорошо известно, что чем крупнее (до известного предела) ис-

пытуемая модель рабочего колеса турбины, тем точнее соблюдается

соответствие (подобие) натурных энергетических характеристик РК

модельным, поскольку уменьшается влияние масштабного эффекта.

Но при слишком больших размерах моделей усложняются лабора-

торные модельные установки и сильно увеличивается их стоимость.

Поэтому практикой установлены некоторые нормы наиболее целе-

сообразных размеров моделей, применяемых на энергетических

стендах заводов с диаметром РК от 250 до 600 мм. На моделях

меньше 250 мм слишком сильное влияние оказывает масштабный

эффект. Использование моделей более 600 мм ограничивается ука-

занными выше трудностями. Однако проектирование Красноярской

гидротурбины, превышающей более чем вдвое мощность созданных

к тому времени отечественных агрегатов и не имеющей мировых

аналогов, требовало нестандартного подхода.

Кроме общепринятых исследований моделей РК турбин Крас-

ноярской ГЭС стандартных размеров на лабораторных стендах завода,

ЛМЗ предложил провести исследования на модели диаметром 1 м

и изготовил её. Проектная организация и заказчик приняли и

реализовали это предложение, используя действующую Баксанскую

ГЭС как испытательный стенд турбины Красноярской ГЭС (натурное

РК турбины Баксанской ГЭС имеет диаметр 1 м). Для этого был

выполнен достаточно большой объём проектно-конструкторских и

строительно-монтажных работ на Баксанской ГЭС, чтобы один из её

агрегатов приспособить под модельные исследования. Была пере-

строена проточная часть турбины и отводной канал, в котором был

460

смонтирован специальный затвор с подъемным устройством для

обеспечения регулирования нижнего бьефа в период исследований.

В результате исследований были получены необходимые дан-

ные для конструирования турбины Красноярской ГЭС, а также её

энергетические характеристики, приближенные к натурным условиям.

Надежные результаты, полученные при исследованиях на

крупной модели, повлиявшие на улучшение эксплуатационных

свойств турбин Красноярской ГЭС, являются хорошим подтвержде-

нием оправданных проектных решений, несмотря на возникшие

дополнительные затраты на строительство испытательного стенда на

Баксанской ГЭС.

Выполнение всех технологических операций по изготовлению

и обработке неразрезанных рабочих колес гидротурбин Красноярской

ГЭС в заводских условиях гарантировало соблюдение точной гео-

метрии проточной части РК и высокое качество её поверхности, что

обеспечило хорошее совпадение натурной характеристики турбины

с крупномодельной.

В таблицах 84 и 85 показаны сравнительные значения мощ-

ности и коэффициента полезного действия турбин Красноярской ГЭС,

полученные при натурных испытаниях, с соответствующими парамет-

рами, полученными путем пересчета с характеристики, построенной

заводом по результатам модельных испытаний.

Таблица 84

Таблица 85

Средний напор, м

Максимальная мощность

турбины (натурная),

МВт

Максимальная мощность

турбины, полученная

перерасчетом с модельной

характеристики,

МВт

96,5 532,77 508,0

90,0 505,50 483,0

Напор, м

Мощность турбины при

максимальном КПД

(натурная),

МВт

Максимальный

(натурный) КПД,

Максимальный КПД

по эксплуатационной

характеристике,

построенной на основе

модельной,

71,5 325,0 90,0 88,5

90,0 450,0 93,3 93,2

93,0 и более 500,0 94,0 94,0

461

Из приведенных данных видно, что натурные значения мощ-

ности и КПД равны или больше, чем полученные пересчетом с

модельной характеристики, а при напоре 71,5 м КПД выше на 1,5%,

что в подавляющей мере является результатом точности изготов-

ления РК турбин благодаря проектному решению о неразрезной их

конструкции.

Проектной организацией был разработан для Красноярской

ГЭС машинный зал высотой всего 4 м с раздвижными люками над

каждым агрегатом. Над этим машзалом должен был передвигаться

козловой кран грузоподъемностью 1000 т, который планировалось

снабдить теплым кожухом. Кран должен был встать над люком

ремонтируемого агрегата, и благодаря кожуху в машинный зал не

попали бы холодный воздух и осадки. На площади, образованной

кожухом и люком, по замыслу проектировщиков, должны были

проводиться ремонтные работы, требующие кранового обслужива-

ния [103].

В результате обоснованных альтернативных предложений

эксплуатационников был разработан и реализован проект машинного

зала Красноярской ГЭС закрытого типа с сокращенной высотой, но

обеспечивающей выполнение всех необходимых ремонтных работ, в

том числе перемонтаж агрегатов с помощью двух внутренних мосто-

вых кранов. Высота машзала не позволяет лишь перенос на монтаж-

ную площадку спаренного с валом рабочего колеса турбины. Удачное

строительно-архитектурное решение машинного зала с естественным

освещением создает необходимые условия для ремонтно-эксплуа-

тационных работ.

Опыт эксплуатации позволил разработать и внедрить ещё ряд

эффективных решений, среди которых заслуживают внимания:

– создание системы осушающих устройств здания ГЭС с двумя

приемными коллекторами большого сечения (проходными), вместо

предлагаемого проектировщиками одного, диаметром 700-800 мм, что

исключало какой-либо ремонт его и осмотр. Проходные коллекторы

располагаются под плитой отсасывающих труб, что почти не вызвало

увеличения скальной выемки и в то же время позволило получить

большую емкость для приема значительного объема воды в первый

момент откачки отсасывающих труб и обеспечивать гарантированное

прижатие затворов;

– рациональная компоновка насосных станций осушающих

устройств, которая позволила сократить длину трансмиссионных

валов артезианских насосов. Это повысило их работоспособность и

надежность;

– применение идентичных по конструкции трех козловых

кранов водосливной и станционной плотины на единых подкрановых

462

путях. По проекту предлагались два одинаковых крана на во-

досливной плотине на своих подкрановых путях – несоосных со

станционными путями, и один кран меньшей грузоподъемности на

самостоятельных путях для обслуживания оборудования станцион-

ной плотины. Такая компоновка предполагалась с целью экономии

бетона, так как единые подкрановые пути потребовали развития

конструкции гребня станционной плотины в плане. Предложенная

эксплуатационниками и реализованная схема идентификации

кранов и их путей увеличила их маневренность, взаимозаменяемость

и сокращение затрат на содержание кранов; был увеличен и ход

подвески главного подъема кранов, обеспечивающий её досягаемость

до отметки порогов водоприемников, что оправдало себя в их

эксплуатации.

Важное место занимают предложения эксплуатационников,

вызвавшие коренные изменения компоновочных решений при про-

ектировании главных схем первичной коммутации 500 кВ и 220 кВ

Красноярской ГЭС.

Проектом предполагалось создать схему соединений на нап-

ряжении 500 кВ путем подключения двух присоединений через три

выключателя (полуторная схема). Доводы эксплуатационников

привели к разработке и реализации схемы первичных соединений

ОРУ-500 кВ с двумя секционированными системами шин и с двумя

выключателями на каждое присоединение. Она зарекомендовала себя

исключительно надежной (как в нормальных, так и в аварийных

ситуациях) по сохранению транзита перетоков в энергообъединении

Сибири. При этом обеспечивается соблюдение графика ремонта

выключателей, т.е. поддержания нормального их технического

состояния. Концепция некоторых специалистов, заключающаяся в

том, что чем меньше применено выключателей, тем схема надежнее –

оказалась несостоятельной.

Выполнение электропередачи на напряжении 500 кВ воз-

душными переходами от здания ГЭС до ОРУ осложнялось рельеф-

ными условиями, отсутствием достаточных монтажных площадей

для сборки высоких опор, а также незамерзающим потоком воды в

нижнем бьефе, пропускаемым через строительные водосбросы.

Поэтому рассматривался вариант кабельного перехода 500 кВ.

Благодаря использованию плавучих средств в качестве дополни-

тельных монтажных площадок трудности были преодолены. Допол-

нительные затраты на строительно-монтажные работы компенси-

рованы тем, что в период эксплуатации почти отсутствуют затраты

на содержание переходов электропередачи от ГЭС до ОРУ. Кроме того,

за 30-летний период не было отказов в работе воздушных переходов,

в отличие от кабельных переходов 500 кВ, эксплуатируемых на

других ГЭС.

463

Рис. 7.1 ОРУ-200 кВ Красноярской ГЭС:

а) – строительство ОРУ и его камнезащитной стенки;

б) – ремонт оборудования ОРУ; ВШ – вертикальная система шин

Заслуживает хорошей оценки разработка и реализация рас-

ширения территории ОРУ-220 кВ, несмотря на дополнительный

объем скальной выемки и устройство высокой железобетонной кам-

незащитной стенки (рис. 7.1а). Это позволило приблизить ОРУ не-

464

посредственно к косогору и сконструировать электрическую схему с

применением основной системы сборных шин с обходной системой

шин и с одним выключателем на присоединение. Предполагав-

шаяся проектом чисто блочная схема с установкой выключателей у

потребителя стала неконкурентоспособной и была отвергнута. Кроме

этого, новое компоновочное решение ОРУ-220 кВ обеспечило при-

менение механизмов для его эксплуатации, эффективность чего при

ремонтных работах является очевидной.

Но самым главным фактором успешности решения размеще-

ния ОРУ-220 кВ вблизи ГЭС является предложение проектной

организации (В. Ф. Ласло и др.) о вертикальном расположении сборных

шин на опорах (рис. 7.1б), в отличие от традиционного классическо-

го способа горизонтального крепления шин на порталах. Опытом

многолетней надежной эксплуатации вертикальной ошиновки на

Красноярской ГЭС подтверждена её высокая работоспособность и

ремонтопригодность. Это позволило использовать такое предложение

при создании ОРУ-500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС, компоновать которое

пришлось на достаточно стесненной территории в междугорье.

Очень важное место занимают проектные решения, на кото-

рые повлиял опыт эксплуатации при компоновке технологическо-

производственных помещений в здании ГЭС. Весьма оправданным

является расположение на одной отметке панелей релейной защиты,

сигнализации и автоматики гидроагрегатов, возбуждения генераторов,

преобразователей системы возбуждения и их вспомогательного обо-

рудования, регулятора частоты вращения и другой аппаратуры

управления технологическим оборудованием. Разобщение таких

устройств на разных отметках приводит к трудностям в эксплуата-

ции и увеличению трудозатрат.

Машинный зал со сплошным перекрытием пола создает наи-

более удобную и простую схему ремонтно-эксплуатационных работ.

Для Саяно-Шушенской ГЭС первоначально был разработан

проект машзала полуостровного типа, который якобы, по мнению

проектной организации, позволял расширить использование кранов

при ремонте вспомогательного оборудования. Это утверждение

аргументировано только на первый взгляд. На самом же деле краны

машинного зала необходимы в первую очередь для ремонтного обс-

луживания генераторов и турбин вплоть до полного их перемон-

тажа. Турбину и генератор кран может захватить сверху с отметки

их верхнего перекрытия, и чем больше площадь вокруг генератора

на этом уровне, тем проще и с меньшими затратами труда возможен

ремонт агрегата. Оборудование, расположенное в этом случае под

сплошным перекрытием машзала (в турбинном зале), является

вспомогательным, оно невелико по габаритам и массе (компрессоры,

насосы, задвижки, теплообменники, мелкие электрические шкафы,

465

трансформаторы собственных нужд, электродвигатели и т.п.). Ремонт

этого оборудования, связанный с применением подъемных средств,

крайне редок, а трудозатраты в сотни раз меньше. При необхо-

димости демонтажа и транспортировки такого оборудования легко

применить, например, электрокар со смонтированным на нем подъ-

емным устройством или иное несложное приспособление, а также

стационарные смонтированные в перекрытии закладные крюки,

монорельсы и тому подобные устройства для подвески талей.

Сплошное перекрытие машинного зала создает эффективные

условия и для организации эксплуатационного осмотра. При обходе

и осмотре оборудования производятся конкретные операции, во

время которых дежурный персонал считывает показания приборов,

названия прошедших сигналов о неисправностях или воздействует

на органы управления агрегатов и устройств. Таких мест и точек, где

располагаются приборы контроля и сигнализации, достаточно много.

Например, обслуживая генераторы Саяно-Шушенской и Краснояр-

ской ГЭС, следует знать величины активной и реактивной мощности,

тока и напряжения статора и ротора, распределение тока по ветвям

многоплечевого преобразователя системы возбуждения, температуру,

расход и давление охлаждающей воды в системах охлаждения

генератора или его системы возбуждения, температуру “меди” и

“железа”, статора, подпятника и подшипника генератора, состояние

схем автоматики, релейной защиты и сигнализации (положение

блоков, накладок, прошедших сигналов о неисправностях и т.п.),

состояние щеточного аппарата и другое. Если обход с такой целью

сопровождается переходами дежурного персонала с отметки на

отметку, то эффективность организации эксплуатационного надзора

будет низкой, необходимо будет увеличивать численность дежурного

персонала. Сплошное перекрытие машинного зала, в отличие от

островного или полуостровного, создает условия для компоновки

названных выше устройств на одной отметке в непосредственной их

близости друг от друга.

Эти аргументы эксплуатационников привели к тому, что проект

полуостровного типа машинного зала Саяно-Шушенской ГЭС был

отменен, и разработан и реализован проект машзала с единым

перекрытием на уровне верхней крестовины генераторов. Этот

пример, так же как и другие, свидетельствует о том, что при опре-

деленных условиях проектные организации могут учитывать

аргументированные соображения, направленные на повышение

надежности и эффективности гидроэлектростанций. Однако это и

свидетельство того, что у проектных организаций не на первом месте

внимание к факторам, подчиняющим технические решения обес-

печению эксплуатационной эффективности.

Эксплуатационникам хорошо известно, что даже в таких очень

несложных и будничных мероприятиях, как уборка помещений или

466

содержание в чистоте оборудования, от чего в значительной мере

зависит безотказность его работы, необходима продуманная система

организационных и технических мер, чтобы эту работу выполнять с

наименьшими затратами. Если подобные решения проектом не

разработаны, то эффективность эксплуатации будет низкой. Нельзя,

например, считать, что затраты на простейшую влажную уборку по-

мещений будут оправданы, если нет разветвленной сети холодной и

горячей водораздачи по помещениям, или таких мест раздачи мало

и они неудобно для персонала расположены. Нельзя претендовать на

эффективность охраны объектов, если нет дуплексной громкогово-

рящей связи, нет устройств дистанционного управления у шлагбаума

и ворот и т.д. Неудовлетворительной является организация работ,

например, и там, где очистка агрегата или панелей управления от

пыли производится путем продувки сжатым воздухом, если нет

простых и оперативных средств, обеспечивающих выброс пыли и

газов за пределы здания ГЭС через специально запроектированные

устройства. Тщательная проектная проработка организационно-

технических вопросов ремонтно-профилактического обслуживания

в значительной мере снижает трудовые затраты. В частности, это

относится к наличию, разнообразию и расположению так называе-

мых “ма

′

стерских участков” на территории и в технологических по-

мещениях ГЭС. Такой участок должен быть приспособлен и для

размещения там верстаков, мелкого станочного оборудования, и для

индивидуального и группового профессионального обучения, для

проведения инструктажей, а также и для кратковременного отдыха

и обсуждения производственных заданий. Помещение должно быть

в каждой группе, сформированной по профессионально-техническому

признаку (например, для групп по ремонту: электрической части

генераторов, механической части генераторов, трансформаторов,

турбин, регуляторов частоты вращения, систем возбуждения, уст-

ройств собственных нужд и т.п.). Рациональное размещение участков

относительно обслуживаемого ими оборудования и их достаточность

значительно сокращает потери рабочего времени. Отсутствие их

приводит к увеличению численности работающих.

На Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС на стадии проекти-

рования и в первоначальный период их освоения с учетом опыта

эксплуатации оказалось возможным создать систему указанных

участков. Это обеспечило необходимые условия для обслуживания

оборудования и сооружений. Например, строительство специальной

теплой стоянки для автокранов, автогидроподъемников и другой

техники в непосредственной близости от ОРУ явилось весьма важ-

ным мероприятием для эксплуатации, обеспечившим значительную

экономию времени.

Наряду с этим, не удалось решить вопросы обеспечения эксп-

луатации высотных объектов: наклонных граней плотины, внутрен-

467

них объёмов турбинных водоводов, уникальных опор воздушных

переходов 500 кВ, витражей машзала, порталов, балок крановых и

автодорожных мостов и т.п. Например, производство работ по ок-

раске козловых кранов, имеющих высоту 40 м, превращается в

проблему, требующую проектного решения.

Спектр такого рода мероприятий в эксплуатации крупных ГЭС,

эффективность которых зависит от проектных решений, весьма

широк. От продумывания количества и рассредоточения участков

для обслуживания сооружений, оборудования и их механизации до

тщательности и скрупулёзной детализации как проектов произ-

водства эксплуатационно-ремонтных работ, так и проектов произ-

водства строительно-монтажных работ. При разработке проектов

производства строительно-монтажных работ с целью достижения

высокой надежности допустимы и максимальные материальные и

финансовые затраты в период строительства. Одним из таких ре-

шений является конструкция поверхностного водослива плотины

Красноярской ГЭС. При его строительстве на достаточно обширной

поверхности водослива была обеспечена высокая точность установки

опалубки (до миллиметров) при значительной трудоемкости работ.

Были применены дорогостоящие материалы для обшивки лицевой

поверхности опалубки – пористая древесноволокнистая плита и

хлопчатобумажная ткань, что обеспечило за счет отбора свободной

воды поверхностное упрочение бетона. Был обеспечен особо строгий

контроль за укладкой бетона и уходом за его поверхностью на во-

досливе. После снятия опалубки был выполнен значительный объ-

ем работ по дополнительному выравниванию отдельных участков

поверхности водослива с покрытием обработанных мест эпоксид-

ными составами. Все эти меры позволили получить очертание водо-

сливной грани, близко соответствующее теоретическому профилю, а

поверхность бетона гладкую, имеющую высокую прочность. После

слива через плотину в течение 30-летнего периода эксплуатации

более 30 км

паводковых вод с удельным расходом около 50 м

/с

эрозии бетона на водосливной поверхности практически нет, кроме

незначительных участков на месте схода струи с носка.

Иной пример являет собой водобойный колодец плотины Сая-

но-Шушенской ГЭС. Недостаточная изученность работоспособности

таких конструкций при гашении огромной энергии воды (более

25 млн. кВт) привела к тому, что бетонное крепление дна водобойного

колодца было разрушено, о чем подробно рассказано во 2-й главе.

Таким образом, концепция проектирования, обеспечивающая

максимальную эффективность и надежность гидроэлектростанций,

должна опираться на опыт эксплуатации действующих ГЭС. Техни-

ческие проектные решения должны быть подчинены минимуму зат-

рат и максимальной рациональности при выполнении любой тех-

нологически необходимой эксплуатационной операции. Каждый

468

раздел проекта ГЭС должен содержать эксплуатационную его ха-

рактеристику. Предложения в проект для учета так называемых

“мелочей”, в качестве примера перечисленные выше, могут внести

только эксплуатационники. А для этого необходимо, чтобы на стадии

технического проектирования, во-первых, проектные решения прош-

ли экспертизу в эксплуатационных организациях, и, во-вторых,

проектной организацией должно быть проведено специальное тех-

ническое обследование нескольких действующих ГЭС с целью вы-

явления недостатков в обеспечении эффективности их эксплуатации.

7.2 Транспортировка, хранение и монтаж оборудования

Качество, надежность и эксплуатационная эффективность круп-

ного гидросилового и электротехнического оборудования ГЭС за-

висит, в частности, и от того, насколько оптимально решены вопросы

транспортной схемы его доставки, организации хранения и условий

монтажа. Эти этапы являются звеньями единой технологической

цепи и по существу закладывают некоторую основу надёжности

оборудования в будущей эксплуатации. При создании сверхмощных

ГЭС возникают особенности, имеющие принципиальный характер

при решении вопросов транспорта и хранения оборудования.

Концепция создания гидротурбин Красноярской ГЭС содер-

жала в себе, наряду с другими, важнейший принцип, обеспечиваю-

щий их высокое качество, – это изготовление неразрезных рабочих

колес, полностью обработанных в заводских условиях без каких-

либо доводочных работ на монтажной площадке. На ГЭС Грэнд-Кули

(США) была осуществлена та же идея изготовления неразрезанного

рабочего колеса турбины. Там сварка рабочего колеса была произ-

ведена непосредственно на ГЭС, поскольку с завода доставить такой

груз большой массы и габаритов было невозможно. Перенос заводской

операции по изготовлению РК на стройку значительно усложняет и

удорожает строительство ГЭС, а, кроме того, качество изготовления

в заводских условиях выше, чем в строительных. Поэтому особенно

необходимы тщательно продуманные проектные решения способов

транспортировки, хранения и монтажа такого оборудования, чтобы

они приобрели определенную самостоятельность наравне с другими

разделами проекта с такой же степенью ответственности. Тщательное

исследование реальных возможностей использования того или иного

вида транспорта и правильная оценка продолжительности перевозок,

а также времени и условий хранения оборудования – могут стать ос-

новой, которая позволит правильно решать поставленную задачу по

повышению эффективности гидроэлектростанций.