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

Подождите немного. Документ загружается.

529

значительная доля идет на дрова, остальная часть складируется. Из-

за узкого фронта выгрузки, так как каньон не позволяет его расши-

рить, производительность по извлечению из воды древесного хлама

и его переработке очень низкая. Такая очень трудоёмкая и большая

часть работы эксплуатационной организации, обеспечивающая на-

дежность ГЭС, не предусмотрена никакими нормативными докумен-

тами, которые бы регламентировали включение соответствующих

затрат в тариф на электроэнергию (численность персонала, текущее

содержание и ремонт технических воднотранспортных средств).

Затраты по сбору древесного хлама в больших масштабах снижают

эффективность ГЭС. В проекте не учитывались такие эксплуата-

ционные затраты.

Вопрос об утилизации и ускорении очистки акватории водо-

хранилища от удерживаемой на плаву древесной массы остается

по-прежнему острым. Эксплуатационники Саяно-Шушенской ГЭС

выдвинули идею создания плавучего механизированного подбор-

щика большой производительности (по аналогии с зерновым ком-

байном, подбирающим валки), затем перерабатывающего древесную

массу в крошку, из которой прессуются либо строительные конст-

рукции, либо брикеты для топлива. Иначе говоря, на таких водохра-

нилищах необходимо создавать плавучий завод, выпускающий в

конечном счете товарную продукцию, пользующуюся спросом. Од-

Рис. 7.16 Формирование кошелей древесной массы с помощью катеров

и отвод их к местам отстоя

530

нако интереса к этой идее ни одна организация пока не проявила.

Более того, администрации территорий, прилегающих к водохра-

нилищу, от решения проблемы самоустранились, несмотря на то, что

являются заказчиками по всем работам (кроме энергетики), которые

выполнялись с целью образования водохранилища. Как заказчики,

они обязаны отвечать за положение дел на созданном объекте.

Административные органы территорий больше устраивает роль кри-

тикующей стороны.

Попытки службы эксплуатации организовать переработку

древесного хлама в щепу или использовать его в гидролизном про-

изводстве успеха не принесли, так как у древесной массы нет необ-

ходимого качества.

В последнее время эксплуатационная организация предложила

и реализует использование древесной массы с превращением ее в

древесный уголь экологически чистым путем пиролиза. В практике

эксплуатации ГЭС подобной деятельности ещё не встречалось. Ни

одна гидроэлектростанция не строила заводов по переработке пла-

вающего древесного хлама (рис. 7.17).

Рис. 7.17 Внешний вид пиролизного завода Саяно-Шушенской ГЭС

Однако и в этом направлении конкретного решения экологи-

ческих проблем необходимой поддержки со стороны администраций

территорий не было.

531

Влияние выклинивающейся части водохранилища

Результатом устаревшей концепции использования водных ре-

сурсов следует считать и недооценку проблем, возникших в “хвос-

товой” части водохранилища на равнине, где его объем составляет

около 20% от полезного. Проектом предполагалось, что у г. Ша-

гонара возникнет искусственное озеро со своими условиями бла-

гоприятного воздействия на прибрежный город и близлежащие

территории. На практике оказалось все иначе. Тот, кто проектировал

водохранилище, не отдавал себе отчет в том, что создаваемый водоём

годичного регулирования подчинен соответствующему предназ-

начению ГЭС в энергосистеме. В результате “озеро” образуется в

середине августа, а исчезает в середине ноября, в остальное время года

эта влагонасыщенная низменность не только не пригодна для какой-

либо хозяйственной деятельности, а наоборот, создает препятствия

для этого.

Путем достаточно простого решения, обеспечивающего посто-

янный уровень “озера” у города путем регулирования стока реки

ниже г. Шагонара, можно было бы получить огромный социальный

эффект. Однако для этого необходимы затраты на строительство

соответствующих подпорных и регулирующих водоток сооружений,

что было бы, с социальной точки зрения, оправдано, несмотря на

некоторое снижение выработки электроэнергии на Саяно-Шушен-

ской ГЭС. Вместе с тем, в подпорные сооружения у г. Шагонара могла

бы быть встроена небольшой мощности низконапорная ГЭС. Кроме

того, подпорное сооружение решило бы до сих пор не решенную проб-

лему надежной транспортной связи между населенными берегами

р. Енисей того района.

О рыбном промысле

Промышленного лова рыбы на участке Енисея, где возведен

Саяно-Шушенский гидроэнергокомплекс, не производилось. После

создания водохранилища и изменения гидрологического и гидрохи-

мического режимов на этом участке реки произошла перестройка в

структуре существовавшего ихтиоценоза. В притоки и места, рас-

положенные выше выклинивания водохранилища, переместились

реофильные виды рыб. Проектными предположениями не рассмат-

ривалось использование нижнего бьефа Саяно-Шушенской ГЭС как

природо-технической рыбопродуктивной системы. Финансовые

средства были сконцентрированы на строительстве рыбоводного за-

вода и расширении нерестово-вырастного хозяйства для зарыбления

водохранилища. Эксплуатационники не могли с этим согласиться и

в порядке опыта произвели выращивание форели на водохра-

нилище Майнской ГЭС (рис. 7.18), основываясь на наличии высокого

качества воды и наиболее благоприятного температурного её режима

для обитания такого вида рыбы.

532

Рис. 7.18 Форелевое хозяйство на водохранилище возле Майнской ГЭС

Рис. 7.19 График температурного режима (1) и прироста веса форели (2)

на водохранилище Майнской ГЭС

533

Из кривой прироста веса рыбы видно (рис.7.19), что товарного

состояния (от 1 г до 500-800 г.) форель достигает достаточно быстро

(около 19 месяцев).

Опытом энергетиков воспользовались специалисты рыбохо-

зяйственного ведомства уже на профессиональном уровне, и разве-

дение форели приобрело промышленные масштабы – до 300 тн в год

(рис. 7.20).

Рис. 7.20 Специализированное рыборазводное хозяйство Абаканского

рыбозавода на водохранилище Майнской ГЭС

Размеры акватории водохранилища Майнской ГЭС позволяют

развивать данный промысел без каких-либо ограничений. Предельные

возможности промысла определяются лишь рыночными условиями.

Выращивание рыбы производится в делевых сетчатых садках.

Размеры садков – 4х2 и 5х2,5м. Глубина слоя в садках – 2 м. Ко-

личество садков достигает почти 700 шт.

Ещё одно важное преимущество обеспечивается незамер-

зающим Майнским водохранилищем, и заключается оно в том, что

при круглогодичном открытом водоёме создаются условия для вы-

ращивания маточного стада форели и содержания ремонтного стада.

В настоящее время маточное стадо составляет 6 тыс. штук, ремонтное –

45 тыс. штук. Это решило большую и сложную проблему рыбораз-

водных организаций, связанную с приобретением оплодотворенной

икры у сторонних организаций. Например, часть икры доставлялась

из Адлера, что представляет собой дорогостоящее мероприятие.

534

Эксплуатационники совместно с рыбохозяйственными органи-

зациями разработали и реализовали проект размещения цеха-

питомника в фундаментной части здания Майнской ГЭС (рис. 7.21).

Сейчас рыбопосадочный материал в значительном объеме произво-

дится в этом инкубационно-личиночном цехе (из одной закладки

получают 1,8 млн. шт. молоди).

Рис. 7.21 Инкубатор форели в здании Майнской ГЭС

Данный опыт свидетельствует не только об особенностях экс-

плуатационной деятельности, которая возникает в новых условиях,

но и о том, что вода, поступающая из водохранилища Саяно-Шу-

шенской ГЭС, имеет высокое качество, индикатором которого явля-

ется факт, что такая рыба, как форель, в ней успешно развивается.

Коснувшись только некоторых вопросов охраны окружающей

среды в связи со строительством и эксплуатацией ГЭС, следует

отметить, что этот опыт указывает на необходимость решения проб-

лемы экологического образования при подготовке инженеров нового

поколения, проблема экологической безопасности гидротехнических

объектов требует создания новой идеологии в гидротехническом

строительстве. Нужна активизация как в среде специалистов-гид-

ротехников, энергетиков, так и административных органов терри-

торий по экологизации и всестороннему использованию водной

535

энергии, которая по своему изначальному принципу является одним

из самых чистых способов получения электрической энергии, а также

обеспечивает всю жизнедеятельность человека [90].

7.6 Научное обеспечение эксплуатации сооружений

и оборудования

С появлением сверхмощных электростанций с агрегатами

большой единичной мощности, создание которых стало возможным

за счет значительного повышения использования свойств активных

и конструктивных материалов, из которых они изготовлены, а также

высоких бетонных плотин, по-иному встала перед эксплуатирующими

организациями задача обеспечения нормального технического сос-

тояния сооружений и оборудования, в частности, организации

специального контроля за их работой. Так, впервые на Красноярской

ГЭС была сформулирована необходимость в научном обеспечении

эксплуатации появившихся сверхмощных гидрогенераторов 500 МВт.

На этих электрических машинах проявились такие свойства,

к которым оказались не подготовленными не только эксплуата-

ционники, но и завод-изготовитель гидрогенераторов, проектные и

научно-исследовательские учреждения.

Представления о средствах контроля и их объеме исходили

лишь из опыта эксплуатации генераторов малой и средней мощности,

а натурные исследовательские работы планировались в основном для

проверки параметров машин и их узлов, которые трудно поддаются

расчетам при конструировании.

Более того, например, план вибрационных исследований крас-

ноярских гидрогенераторов сводился лишь к измерениям вибро-

перемещений сердечника статора. Примечательно, что разногласия

по этому вопросу с эксплуатационниками, ставившими задачу

исследовать в первую очередь виброхарактеристики обмотки статора,

стали предметом конфликта, рассматривавшегося впоследствии

Правительственной комиссией, расследовавшей причины массовых

аварий с гидрогенераторами 500 МВт. Эксплуатационники при ос-

мотрах систематически обнаруживали на обмотке пыль, образую-

щуюся от истирания изоляции об элементы крепления обмотки, что

было явным признаком больших перемещений стержней обмотки.

Поэтому возникла необходимость в эксплуатационном инструмен-

тальном контроле за вибрацией обмотки статора, а не только в

контроле для исследовательских целей. Неизвестны были и вопросы

эксплуатации обмоток статоров, связанные с непосредственным их

536

охлаждением водой, и влияние этого на вибрационные, тепловые и

изоляционные характеристики обмоток.

Электрическая обмотка, непосредственно охлаждаемая водой,

приобрела свойства еще и сложной гидравлической системы с

элементами, работающими в сильно отличающихся температурных

и вибрационных условиях. Часто возникали случаи проникновения

охлаждающей воды в изоляцию обмотки, что приводило к её пробою

и повреждению в больших масштабах. В водяном тракте обмотки

стали развиваться негативные физико-химические процессы, вы-

зывающие закупорку тракта стержней и их перегрев. Перегрев

обмоток статора возникал и при неплановом регулировании ак-

тивной мощности в энергосистеме. Имеющийся к тому времени в

практике эксплуатации опыт непосредственного водяного охлаж-

дения обмоток статоров турбогенераторов тепловых электростанций

был непригоден, поскольку быстрое изменение нагрузки котлоаг-

регаты обеспечить не способны. На гидрогенераторах в таких ре-

жимах скорость изменения нагрузки измеряется секундами, а

соответственно, и скорость тепловыделения велика, на что в то вре-

мя общепринятый ручной способ регулирования охлаждением не

способен был отреагировать. Поэтому возникла неизвестная ранее

задача автоматизации процесса охлаждения обмоток.

Возник целый ряд подобных эксплуатационных отличий и в

других узлах гидрогенераторов, а также в средствах релейной защиты

и автоматики (РЗиА). Только беглое обозначение проблем и лишь

перечисление потребностей, возникших в дополнительных устройст-

вах РЗиА, указывает на недооценку обеспечения такими устрой-

ствами впервые создаваемого сверхмощного гидрогенератора.

Потребовалось разработать и реализовать: защиту от замыканий на

землю в одной точке цепей возбуждения, защиту от асинхронного

хода, защиту обмотки статора от замыкания на землю со 100%

охватом стержней, защиту от перенапряжений ротора главного

генератора с разрядником многократного действия, дифферен-

циальную защиту, контролирующую целостность водяного тракта

охлаждения обмотки, а также установить на каждом генераторе

автоматические осциллографы для записи аварийных режимов и ряд

других разработок.

Поэтому необходимо было провести широкие натурные и

расчетные исследования неизвестных явлений, результаты которых

были использованы при доводке красноярских и конструировании

саяно-шушенских гидрогенераторов, а также при разработке новых

правил, эксплуатационных циркуляров по контролю электрических

машин, имеющих подобные свойства.

Для успешного решения поставленной задачи была найдена

новая форма сотрудничества с научными отраслевыми организа-

537

циями путем создания на Красноярской ГЭС лаборатории техни-

ческой диагностики (ЛТД) под научным руководством ВНИИЭ.

Зарождаясь, техническая диагностика крупных гидрогенераторов

как организационная форма показала, что решение многих задач

выполнить силами только состава традиционного персонала не

представлялось возможным, поскольку эксплуатация подобных

агрегатов требовала повседневного исследовательского подхода. Не

могла обеспечить решение задач диагностики обособленно и научно-

исследовательская организация – в силу структурных, финансовых

и территориальных условий. Лишь в разумном сочетании сил и

средств гидростанции и НИИ на базе ЛТД и решается ныне задача

эксплуатации уникальных агрегатов, т.е. это истинная интеграция

науки с производством. ЛТД выполнен ряд важных разработок. Так,

лабораторией Красноярской ГЭС была разработана методика опреде-

ления максимальной расчетной вибрации обмотки по результатам

выборочных измерений; был экспериментально и теоретически

исследован вопрос о законе распределения вибраций, в результате

предложен новый вид распределения, более точно соответствующий

реальному. Предложен метод оценки вибрационного состояния об-

мотки, учитывающий вероятностный характер измеряемых величин.

Решая проблему высоких уровней вибраций в стыках сердеч-

ника статора, ЛТД разработала методику вибрационного контроля

стыков, позволяющую получить параметр U

– критическое напря-

жение, достаточно точно характеризующий состояние стыка сердеч-

ника статора. По этому параметру можно оценить состояние стыка,

следить за изменением его во времени и по ходу этого изменения

делать прогнозы на будущее.

Была усовершенствована методика теплового обследования

обмотки статора с целью выявления стержней, имеющих закупорки.

Сейчас она позволяет не только выявить факт наличия закупорки,

но и с приемлемой для практики точностью определить её величину.

С появлением Саяно-Шушенской ГЭС также возникла необхо-

димость создания структурных подразделений для осуществления

технической диагностики, поскольку требования научного обеспе-

чения эксплуатации этой гидростанции ещё более возросли благо-

даря появившейся высокой арочно-гравитационной плотине, не

имеющей аналогов в мире. Поэтому была создана ещё и лаборатория

гидротехнических сооружений, где диагностика стала превали-

рующей задачей, в отличие от многих других гидростанций, обес-

печивающих в основном отображение полученных результатов

наблюдений за гидротехническими сооружениями.

Особенности поведения плотины потребовали нетрадици-

онного объема наблюдений за ГТС. На завершающей стадии нагруже-

538

ния плотины весь комплекс наблюдений был сосредоточен в единых

руках эксплуатационной организации, благодаря созданной ЛГТС.

Лаборатория выполняет не только лишь рутинную работу по

считыванию показаний датчиков и первичной их обработке. ЛГТС –

это, повторим – структура научного обеспечения эксплуатации ГТС.

Подобного примера нет в практике ни у нас в стране, ни за рубежом.

Значительное место в основных направлениях эксплуатации

сооружений уделяется натурным исследованиям напряженно-

деформированного состояния системы “плотина – основание – вме-

щающая ГТС – геологическая среда”. Опыт показал, что эта система

требует доводки до состояния, соответствующего проектным предпо-

ложениям, поскольку ряд параметров, характеризующих НДС, по

своей величине не отвечает требованиям проекта, например, рас-

тяжение бетона напорной грани плотины и разуплотнение её ос-

нования. Это привело к возникновению трещин и, соответственно,

высокоскоростной фильтрации через бетон напорной грани до 460 л/с.

Проектом фильтрация через тело плотины предполагалась практи-

чески лишь через межсекционные швы. Фильтрация в основании

составила более 500 л/с против 100-150 л/с по проектным предпо-

ложениям.

Размеры растянутой зоны бетона и основания не смогла пред-

видеть проектная организация, поэтому никаких мероприятий по

предотвращению такого масштаба явлений не было предусмотрено.

Это поставило перед эксплуатационниками задачу по организации

комплекса расчетных и натурных исследований, а также поиска

новых технологий ремонтно-восстановительных работ и разработки

мероприятий по предотвращению негативных процессов в названной

системе. Опыта восстановления монолитности плотины в условиях

сильной фильтрации под большим напором через растянутую зону

бетона у отечественных ремонтно-строительных организаций не

было. Нет пока опыта и по укреплению основания, имеющего боль-

шое разуплотнение. Не было технологии инъекций и соответствую-

щих материалов. Задача восстановления монолитности бетона в

растянутой зоне тела плотины Саяно-Шушенской ГЭС была решена

с помощью зарубежной технологии и материалов. Фильтрация через

бетон снизилась до 5 л/с. Подобная работа предстоит и по укреп-

лению основания.

Одновременно с этим с целью предотвращения повторного

раскрытия трещин в бетоне и улучшения НДС основания снижен на

1 метр проектный нормальный подпорный уровень. Ограничена

скорость наполнения водохранилища. Введено в правила эксплуа-

тации требование значительной заблаговременности открытия хо-

лостых сбросов при пропуске половодий с приточностью выше средней.