Авария на Саяно-Шушенской ГЭС

Авария на Саяно-Шушенской ГЭС

и научно-техническое сопровождение ее восстановления.

член-корр. РАН, ректор Федоров М.П. д.т.н., профессор, зав. каф. Елистратов В.В. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Вид здания ГЭС

с гребня плотины и работа водосброса (2400 куб. м/с).

2

Саяно-Шушенская ГЭС

29 января 2010 года.

22.10.2014

3

Агрегат

№2 в шахте 17.08.09.

4

Разрушенный гидроагрегат

5

Гидроагрегатный блок

№2.

6

Вид здания ГЭС со стороны нижнего бъефа

7

Зимняя эксплуатация

водосброса.

22.10.2014

8

Причины аварии

Анализ причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС, показывает, что это была комплексная системная авария, явившаяся сочетанием технических, организационных, управленческих причин, Технические в качестве катализатора аварии следует назвать повышенные вибрации в гидроагрегате №2, в том числе при прохождении запрещенной для работы зоны при пуско-остановочных операциях и регулировании нагрузки продолжительная эксплуатация ГА-2 с недопустимо сильной вибрацией; недопустимый усталостный износ шпилек крепления фланцевого соединения крышки турбины № 2 к статорному кольцу Отсутствие на гидроагрегатах защит, адекватными уровню опасности и уникальности СШГЭС, отсутствие резервирования собственных нужд , Организационные ослабление технологической дисциплины и ответственности, отсутствие полноценного контроля за техническим состоянием оборудования снижение роли ремонтно-восстановительных работ, ремонты выполняют неквалифицированные организации без шеф-контроля со стороны производителей оборудования. отсутствие в нормативной документации положений о систематическом контроле и дефектоскопии наиболее нагруженных и сложных узлов и креплений, особенно для уникального по своим характеристикам оборудования отсутствие научно-технического сопровождения процесса эксплуатации уникальных гидроэнергетических комплексов и развития подотрасли в целом

9

Неоправданная передача

Причины аварии.

Управленческие Неоправданная передача со стороны Системного Оператора функций частотного регулирования с Братской ГЭС на Саяно-Шушенскую ГЭС, приведшая к частому переходу агрегатов (в том числе и 2-ого) через запрещенную зону Неправильное перераспределение нагрузки между агрегатами при внутристанционной оптимизации из-за отсутствия полноценной системы диагностики оборудования и мониторинга его состояния

22.10.2014

10

Научно-технические предложения

для повышения безопасности ГЭС.

1) Решения по сокращению времени принятия решения и минимизации ущерба Новые конструкции аварийно-ремонтных затворов с уменьшенным временем закрытия Использование дополнительных предтурбинных или кольцевых затворов Применение холостых выпусков из спиральной камеры Дублирование и резервирование устройств срабатывания аварийных и предтурбинных затворов Разработка новых систем управления и диагностики агрегатов 2) Технические и технологические решения по повышению надежности при проектировании и реконструкции ГЭС и гидроэнергетического оборудования Компоновочные решения приплотинных ГЭС с выносом водосбросов из створа и сооружение береговых водосбросов Ограничение зоны применения приплотинных ГЭС напорами 120-150 м, рекомендовать при больших напорах использовать деривационные схемы Применение каскадных схем и выносом регулирующих емкостей на притоки Выбор единичной мощности агрегата и типа гидротурбины с учетом возможностей регулирования мощности, надежности крепежа и диагностики Применять гидротурбины, не имеющие запрещенных зон (диагональные, двухярусные) Внедрение систем диагностики оборудования на агрегатном уровне и ниже с формированием статистических баз данных состояния оборудования и создание системы управления операционными рисками ГЭС

11

Мероприятия по обеспечению надежности

Научно-технические предложения для повышения безопасности ГЭС (Продолжение…).

3) Мероприятия по обеспечению надежности напорного фронта и плотины Проведение расчетов напряженно-деформированного состояния плотины с учетом времени эксплуатации и новых методов и средств расчета, учитывающих податливость основания, совместной работы арки и гравитационной составляющей Усиление контроля плотины, системы диагностики, всесторонний анализ результатов многолетних наблюдений, разработка рекомендаций по прогнозированию поведения плотины.

22.10.2014

12

Водопроводящий тракт

и машинный зал СШГЭС.

Аварийный затвор

13

Компоновка здания

ГЭС с предтурбинным затвором (Нурекская ГЭС).

22.10.2014

14

Кольцевой затвор

между статором и направляющим аппаратом (проект гидротурбинного агрегата Рогунской ГЭС).

15

Разнесение энергетических и водосбросных сооружений

ГЭС на примере берегового водосброса СШГЭС).

Расчётная пропускная способность берегового водосброса составляет при НПУ 539,0м - 3650 м3/с, при ФПУ 540,0 – 3800 м3/с.

22.10.2014

16

Применение каскадных схем

и выносом регулирующих емкостей на притоки.

17

Соотношение давления на крышку турбины и массы гидроагрегата

для ряда ГЭС России.

Наименование ГЭС

Мощ-ть агрегата, МВт

Макс. напор, м

Диаметр рабочего колеса, м

Масса гидроагрегата, тн

Макс. возм.отношения силы давления и массы ГА

Волжская

126

27,0

9,3

1500

1,6

Богучанская

340

69,3

7,5

1250

2,4

Усть-Илимская

245

90,0

5,5

800

4,1

Красноярская

500

100,5

7,5

1250

4,7

Братская

255

106,0

5,5

850

4,5

Бурейская

333

122,0

6,0

900

5,8

Ирганайская

205

201,7

4,25

600

8,1

Чиркейская

256

207,0

4,5

700

7,7

Саяно-Шушенская

650

220

6,77

1400

9,1

Ингурская

265

404

4,5

600

19,4

Нурекская

310

275

4,75

850

9,7

18

Эксплуатационная характеристика

ГА2 и характер работы перед аварией.

22.10.2014

19

Достоверная оценка состояния плотины

Мероприятия по обеспечению надежности напорного фронта и плотины.

1) Достоверная оценка состояния плотины на основе многолетнего инструментального наблюдения за ее состоянием

22.10.2014

20

Создание пространственной (трехмерной) конечно-элементной модели

2) Создание пространственной (трехмерной) конечно-элементной модели «плотина-основание-береговые примыкания) с учетом межсекционных швов, нелинейных свойств бетона, скальных пород, необратимых перемещений гребня плотины и данных натурных наблюдений с общим количеством неизвестных в модели порядка 1,5- 2,0 миллиона.

3) Расчет трехмерного напряженно-деформированного состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС, в том числе с учетом изменения условий эксплуатации

Научные исследования

в рамках ВЦП «Повышение безопасности ГЭС России».

Анализ действующей законодательной и нормативной документации и предложения по их изменению в части повышения надежности и безопасности гидроэнергетических объектов. Научные основы и методы обоснования продления срока службы гидроэнергетического оборудования и сооружений ГЭС за пределами проектного срока. Анализ перспективных требований к вторичному регулированию частоты и мощности с участием ГЭС и разработка методов проектирования и управления агрегатами ГЭС. Разработка методов каскадного и внутристанционного регулирования и управления ГЭС в штатных и аварийных ситуациях в результате механических, гидравлических воздействий и системного регулирования нагрузкой

22

Разработка принципов оптимального формирования сложных природно-технических систем

Продолжение…

Разработка принципов оптимального формирования сложных природно-технических систем с гидроэнергетическими объектами и оценка надежности и безопасности ее элементов с учетом безопасных проектных компоновочных решений, безопасных и независимых схем управления и обеспечения экологической безопасности бьефов Разработка основ и принципов создания систем мониторинга и диагностики и расчет состояния оборудования и сооружений на гидроэнергетических объектах. Разработка методов и исследование трехмерного напряженно-деформированного состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС с учетом взаимодействия плотины с основанием, взаимодействия с водосбросными и водопроводящими сооружениями, нелинейных свойств материала плотины и основания.

23

Спасибо за внимание

24

Технические причины катастрофы

Из отзыва СПбГПУ на работу Лобановского Ю.И. «Технические причины катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС (итоги расследования)».

по мнению автора причиной аварии послужил отказ датчика частоты вращения, приведшего к угону ротора гидроагрегата и отказу систем регулирования и управления. Однако, отказ систем управления произошел в результате короткого замыкания в гидрогенераторе в течении менее 4 секунд после разрушения крепления крышки турбины и попадания воды на обмотки. Если бы угон ГА2 произошел до момента его разрушения, то прошел бы сигнал на сброс аварийного затвора (который срабатывает при угоне на 15%), а этого не произошло;

22.10.2014

25

Гидроакустический резонанс

не может явиться причиной аварии, т.к. наложение спектров, один из которых фиксированный (спектр частот водовода), а другой плавающий (от жгута под рабочим колесом) может приводить в определенные моменты к повышению уровня вибраций, но не к гидроудару. К тому же такое прохождение режимов, сочетание спектров и вибрации происходили неоднократно в процессе эксплуатации гидроагрегата до аварии.

26