В попытках понять. К аварии на Саяно-Шушенской ГЭС

В преды­ду­щем номе­ре «Тро­иц­ко­го вари­ан­та» опуб­ли­ко­ва­на объ­ем­ная под­бор­ка мате­ри­а­лов по пово­ду ава­рии на Сая­но-Шушен­ской ГЭС. Напом­ним, что основ­ная инфор­ма­ция была почерп­ну­та с фору­ма Drom.ru (форум авто­мо­би­ли­стов), где в реги­о­наль­ном раз­де­ле Хака­сии была откры­та вет­ка, посвя­щен­ная ава­рии.

Уже в момент, когда мате­ри­ал вер­стал­ся, ста­ло ясно, что он уста­рел в неко­то­рых аспек­тах, преж­де все­го в части вер­сий при­чин ката­стро­фы. Появи­лись новые сви­де­тель­ства, ста­ли извест­ны новые фак­ты, несколь­ко меня­ю­щие кар­ти­ну. Изла­га­ем новые све­де­ния и воз­мож­ные выво­ды из них, по-преж­не­му осно­вы­ва­ясь на мате­ри­а­лах фору­ма.

Новые фак­ты

1. Появи­лись фото­гра­фии обо­да спи­раль­ной каме­ры, к кото­ро­му кре­пи­лась крыш­ка тур­би­ны. На сним­ке 1 – остат­ки шпи­лек. Совер­шен­но точ­но, что они не сре­за­ны, а порва­ны вер­ти­каль­ным уси­ли­ем. Более того, есть шпиль­ка, на кото­рой гай­ка либо изна­чаль­но отсут­ство­ва­ла, либо лоп­ну­ла перед ава­ри­ей. Так она и сто­ит непо­вре­жден­ной с нетро­ну­той ржав­чи­ной на резь­бе. Это зна­чит, что крыш­ка с гид­ро­аг­ре­га­том под­ни­ма­лась акку­рат­но вверх, без боль­ших вра­ща­тель­ных или боко­вых уси­лий.

2. Ста­ло извест­ным сооб­ще­ние сей­смо­ло­гов о том, что за два с лиш­ним дня до ава­рии в сей­сми­че­ском «голо­се» ГЭС появи­лись новые тона – виб­ра­ции в диа­па­зоне частот 14–18 Гц. То, что ука­зан диа­па­зон, а не кон­крет­ные часто­ты, гово­рит за то, что они, ско­рее все­го, виде­ли про­сто широ­кий горб в частот­ном спек­тре мощ­но­сти сей­смо­грам­мы. То есть не гар­мо­ни­ку часто­ты вра­ще­ния гене­ра­то­ра, не какой-либо резо­нанс, а ква­зи­пе­ри­о­ди­че­ские авто­ко­ле­ба­ния. Веро­ят­но, для опыт­но­го гид­ро­энер­ге­ти­ка подоб­ная сей­смо­грам­ма явля­ет­ся одно­знач­ным ука­за­ни­ем на то, что источ­ник виб­ра­ции свя­зан с гид­рав­ли­кой, а не с меха­ни­кой гид­ро­аг­ре­га­та. Об этом – ниже.

3. На фору­ме появи­лись дан­ные (трен­ды) по актив­ной мощ­но­сти и виб­ра­ции ава­рий­но­го гид­ро­аг­ре­га­та (ГА2) за боль­шой про­ме­жу­ток вре­ме­ни (рис. 2). Эти дан­ные доста­точ­но досто­вер­ны, посколь­ку пере­да­ны сотруд­ни­ком фир­мы «Ракурс», ста­вив­шей авто­ма­ти­зи­ро­ван­ную систе­му управ­ле­ния на ГЭС. Сле­ду­ет заме­тить, что пуб­ли­ка­ция недо­сто­вер­ных дан­ных само­убий­ствен­на для «Ракур­са», посколь­ку эта фир­ма явля­ет­ся пер­вым кан­ди­да­том в коз­лы отпу­ще­ния и лег­ко выяв­ля­е­мый под­лог стал бы для нее при­го­во­ром.

4. Дат­чик дав­ле­ния в про­точ­ной части ГА2 непо­сред­ствен­но перед ката­стро­фой не пока­зал ника­ко­го роста дав­ле­ния, что отме­та­ет мно­го­чис­лен­ные вер­сии пря­мых и обрат­ных гид­ро­уда­ров, обсуж­да­е­мые по сей день.

Напом­ним, что к момен­ту под­го­тов­ки преды­ду­щей пуб­ли­ка­ции на фору­ме самым попу­ляр­ным был сце­на­рий ава­рии, в кото­ром фаталь­ная цепь собы­тий начи­на­лась свер­ху – с раз­ба­лан­си­ров­ки гене­ра­то­ра, рас­ту­щих коле­ба­ний, сре­за­ния шпи­лек, кре­пя­щих крыш­ку тур­би­ны, и т.п. Теперь этот сце­на­рий кажет­ся мало­прав­до­по­доб­ным.

Шпиль­ки

Во-пер­вых, труд­но пред­ста­вить, как при ката­стро­фи­че­ском росте коле­ба­ний в верх­ней части гид­ро­аг­ре­га­та вни­зу оста­лись несре­зан­ные шпиль­ки, к тому же непо­вре­жден­ные, тор­ча­щие на всю свою высо­ту (сан­ти­мет­ров 30). Ско­рее мож­но пред­по­ло­жить, что гид­ро­аг­ре­гат выда­ви­ло вверх дав­ле­ни­ем воды. Воз­мож­но ли это?

Основ­ная сила, дей­ству­ю­щая на крыш­ку гид­ро­аг­ре­га­та сни­зу – гид­ро­ста­ти­че­ское дав­ле­ние. На краю крыш­ки (вне лопа­ток направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та) оно – око­ло 20 атмо­сфер, а в момент плав­но­го закры­тия лопа­ток – до 25 атмо­сфер из-за тор­мо­же­ния пото­ка воды в водо­во­дах. Меж­ду лопат­ка­ми оно пада­ет по мере того, как вода наби­ра­ет ско­рость. Сила дав­ле­ния зави­сит от режи­ма рабо­ты, но, по раз­ным неза­ви­си­мым оцен­кам участ­ни­ков фору­ма, она в сред­нем пре­вы­ша­ет вес гид­ро­аг­ре­га­та при­мер­но на тыся­чу тонн. Эту тыся­чу тонн долж­ны дер­жать шпиль­ки. Изна­чаль­но они дер­жа­ли во мно­го раз боль­шую нагруз­ку.

Их диа­метр – 80 мм, они сде­ла­ны из ста­ли ст45, хоро­шо дер­жа­щей ста­ти­че­ские уси­лия, но срав­ни­тель­но хруп­кой. Шпи­лек – 80 штук, сум­мар­ная сила их затяж­ки гай­ка­ми – 6000 тонн, ста­ти­че­ское уси­лие, кото­рое они спо­соб­ны дер­жать, – десят­ки тысяч тонн. Одна­ко на сним­ках вид­ны кос­вен­ные сле­ды меха­ни­че­ской уста­ло­сти шпи­лек: неко­то­рые плос­ко­сти отры­ва ржа­вые – зна­чит, отрыв про­изо­шел по уже дав­но суще­ство­вав­шим и уже про­ржа­вев­шим тре­щи­нам.

Неко­то­рые шпиль­ки обо­рва­ны в самом осно­ва­нии, даже глуб­же, так что на их месте обра­зо­ва­лись лун­ки. Дру­гие шпиль­ки обо­рва­ны у гаек, так что от них оста­лись пень­ки. Они рас­по­ло­же­ны не слу­чай­ным обра­зом, кар­ти­на зер­каль­но сим­мет­рич­на: лун­ки про­тив лунок (вдоль оси реки) и пень­ки про­тив пень­ков (вдоль оси пло­ти­ны).

На этом мно­гие гото­вы оста­но­вить­ся и заклю­чить, что при­чи­на ясна: не выдер­жа­ли шпиль­ки, ослаб­лен­ные мно­го­лет­ней экс­плу­а­та­ци­ей без долж­но­го кон­тро­ля. Одна­ко уста­лость шпи­лек была лишь пред­по­сыл­кой к ава­рии. В ста­ти­че­ском режи­ме уста­лые шпиль­ки навер­ня­ка выдер­жа­ли бы силу поряд­ка тыся­чи тонн. Дру­гое дело, что режим был отнюдь не ста­ти­че­ским, и не толь­ко в послед­ние секун­ды перед ката­стро­фой.

Послед­ние часы перед ава­ри­ей

В преды­ду­щей пуб­ли­ка­ции мы при­во­ди­ли трен­ды пока­за­те­лей дат­чи­ков вто­ро­го гид­ро­аг­ре­га­та в послед­ние секун­ды перед ава­ри­ей. На рисун­ке 2 – трен­ды мощ­но­сти агре­га­та и уро­вень вер­ти­каль­ной виб­ра­ции за послед­ние 12 часов перед ава­ри­ей. Вре­мя – мос­ков­ское. До 19.20 вос­кре­се­нья гид­ро­аг­ре­гат какое-то вре­мя был выклю­чен, по край­ней мере с ран­не­го утра (извест­но, что серьез­ные про­бле­мы нача­лись еще рань­ше – в пят­ни­цу). При­мер­но в 19.20 ГА2 вклю­чи­ли, сна­ча­ла на неболь­шую нагруз­ку (зона I, в кото­рой экс­плу­а­та­ция раз­ре­ше­на, но не реко­мен­до­ва­на из-за низ­ко­го КПД). При вклю­че­нии был силь­ный всплеск виб­ра­ции. Затем агре­гат выве­ли на номи­наль­ную мощ­ность (раз­ре­шен­ная зона III), как и поло­же­но, быст­ро прой­дя запре­щен­ную зону II (230−470 МВт). Одна­ко на номи­наль­ной мощ­но­сти виб­ра­ция ста­ла недо­пу­сти­мо высо­кой. Менее чем через час агре­гат сно­ва пере­ве­ли в зону I и поста­ви­ли в режим регу­ли­ро­ва­ния мощ­но­сти в сети: пля­шу­щая кри­вая мощ­но­сти отра­жа­ет меня­ю­щу­ю­ся нагруз­ку по огром­но­му реги­о­ну, эти же коле­ба­ния вид­ны на гра­фи­ке ГА5.

Одна­ко и на низ­кой мощ­но­сти виб­ра­ции вре­мя от вре­ме­ни воз­рас­та­ли до недо­пу­сти­мо­го уров­ня.

Око­ло 2.40 по мос­ков­ско­му вре­ме­ни на ГЭС при­был глав­ный инже­нер (это­му есть несколь­ко сви­де­тельств). Вско­ре агре­гат пере­ве­ли в зону III, затем назад в зону I, потом сно­ва под­ня­ли мощ­ность, через пол­ча­са сно­ва ста­ли опус­кать, и тут, при вхо­де в запре­щен­ную зону, про­изо­шла ава­рия. Непо­сред­ствен­но перед ава­ри­ей уро­вень вер­ти­каль­ной виб­ра­ции зашка­лил, как вид­но из гра­фи­ка, – не в пер­вый раз.

Итак, вино­ва­ты, конеч­но, не шпиль­ки, а ава­рий­ный уро­вень виб­ра­ции, в кото­ром агре­гат про­ра­бо­тал мно­го часов перед ава­ри­ей. Виб­ра­ция очень хоро­шо уме­ет ослаб­лять гай­ки и даже откру­чи­вать их. Шпиль­ки при этом долж­ны дер­жать уже дина­ми­че­скую нагруз­ку и могут рвать­ся по оче­ре­ди. Мы остав­ля­ем в сто­роне вопрос, поче­му ава­рий­ный агре­гат мучи­ли в неуроч­ное вре­мя, посколь­ку огра­ни­чи­ли себя чисто тех­ни­че­ской сто­ро­ной дела. А с этой сто­ро­ной еще не все ясно, и сле­ду­ю­щий вопрос: отку­да взя­лись запре­дель­ные виб­ра­ции.

Виб­ра­ции

Виб­ра­ции – про­кля­тие гид­ро­энер­ге­ти­ки с дав­них пор. Их иссле­до­ва­ние и борь­ба с ними в про­цес­се экс­плу­а­та­ции Крас­но­яр­ской и Сая­но-Шушен­ской ГЭС опи­са­ны в кни­ге В.И.Брызгалова. Там целый букет виб­ра­ций раз­ной при­ро­ды.

Во-пер­вых, есть пери­о­ди­че­ские виб­ра­ции, свя­зан­ные с меха­ни­кой: часто­та вра­ще­ния агре­га­та – 2,38 Гц и «лопа­точ­ная» – 33 Гц. Лопа­точ­ная – это часто­та, с кото­рой мель­ка­ют лопат­ки рабо­че­го коле­са мимо лопа­ток направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та. Осталь­ные виб­ра­ции – авто­ко­ле­ба­тель­ные. Про­стей­ший при­мер авто­ко­ле­ба­ний – флаг, поло­щу­щий­ся на вет­ру. В дан­ном слу­чае это нели­ней­ный про­цесс, не име­ю­щий точ­ной часто­ты, одна­ко име­ю­щий тен­ден­цию «рабо­тать» в опре­де­лен­ном неболь­шом частот­ном диа­па­зоне, про­из­во­дя ква­зи­пе­ри­о­ди­че­ские коле­ба­ния. Ана­ло­гич­но, авто­ко­ле­ба­ния воз­ни­ка­ют при вза­и­мо­дей­ствии пото­ка воды с эле­мен­та­ми гид­ро­тур­би­ны.

Пере­чис­лим авто­ко­ле­ба­тель­ные моды, упо­мя­ну­тые в кни­ге Брыз­га­ло­ва, в поряд­ке воз­рас­та­ния часто­ты.

Самый низ­ко­ча­стот­ный источ­ник – кави­та­ци­он­ный жгут, обра­зу­ю­щий­ся под рабо­чим коле­сом при небла­го­при­ят­ных режи­мах. По сути это силь­ный ква­зи­ста­ци­о­нар­ный тур­бу­лент­ный вихрь, «дыша­щий» и «бью­щий­ся» в частот­ном интер­ва­ле 0,3−1,2 Гц. Он ино­гда выда­ет рез­кие уда­ры сни­зу на рабо­чее коле­со и тем осо­бен­но непри­я­тен. При рабо­те в зоне III и при доста­точ­но высо­ком напо­ре, как пра­ви­ло, не обра­зу­ет­ся. Обра­зо­вы­вал­ся ли он перед ава­ри­ей, неиз­вест­но.

Сле­ду­ю­щая по часто­те мода авто­ко­ле­ба­ний воз­ни­ка­ет от вза­и­мо­дей­ствия пото­ка воды с лопат­ка­ми направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та и колон­на­ми спи­раль­ной каме­ры. Она лежит в диа­па­зоне 12–25 Гц. Имен­но в этом диа­па­зоне нахо­дит­ся мода виб­ра­ций, заре­ги­стри­ро­ван­ная сей­смо­ло­га­ми как новая.

Нако­нец, есть еще высо­ко­ча­стот­ные коле­ба­ния, свя­зан­ные со сры­вом тур­бу­лент­ных вих­рей с кро­мок лопа­ток рабо­че­го коле­са. Это уже часто­ты в сот­ни герц. На весь агре­гат они вли­я­ния не ока­зы­ва­ют, но про­из­во­дят локаль­ные раз­ру­ше­ния лопа­ток.

Итак, судя по дан­ным сей­смо­ло­гов, подо­зре­ние пада­ет на авто­ко­ле­ба­ния пото­ка у лопа­ток направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та. Оста­ет­ся не ясным, была ли эта новая мода основ­ной по мощ­но­сти – ей ли обу­слов­ле­на запре­дель­ная ампли­ту­да виб­ра­ций, заре­ги­стри­ро­ван­ная дат­чи­ка­ми гид­ро­аг­ре­га­та?

Сле­ду­ю­щий вопрос – отче­го неза­дол­го до ката­стро­фы появи­лась силь­ная виб­ра­ция с мода­ми, харак­тер­ны­ми для авто­ко­ле­ба­ний в рай­оне направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та.

Лопат­ки

Вполне есте­ствен­ное умо­за­клю­че­ние состо­ит в том, что при­чи­ной тра­ге­дии ста­ло непра­виль­ное поло­же­ние лопа­ток направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та. Об этом гово­ри­ли с само­го нача­ла, в част­но­сти о том, что в послед­ний момент авто­ма­ти­ка зафик­си­ро­ва­ла рас­со­гла­со­ва­ние в поло­же­нии лопа­ток. Кро­ме того, в нача­ле это­го года модер­ни­зи­ро­ва­лась систе­ма управ­ле­ния лопат­ка­ми – это допол­ни­тель­ный довод в поль­зу сце­на­рия, исхо­дя­ще­го от неис­прав­но­сти НА. Одна­ко силь­ная виб­ра­ция воз­ник­ла лишь неза­дол­го до ава­рии и доста­точ­но вне­зап­но. Что про­изо­шло? Срыв лопат­ки? Закли­ни­ва­ние лопат­ки? Один из участ­ни­ков фору­ма раз­ра­ба­ты­ва­ет аргу­мен­ти­ро­ван­ную вер­сию сры­ва лопат­ки с управ­ля­ю­ще­го при­во­да. Вал (цап­фа) лопат­ки пово­ра­чи­ва­ет­ся серь­гой (рис. 3,5), при этом цап­фа фик­си­ро­ва­на шпон­ка­ми. На фото­гра­фи­ях одной из обло­ман­ных цапф (рис.6) вид­но, что пазы шпо­нок замя­ты, при­чем не на пол­ную глу­би­ну, как буд­то в тот момент, когда шпон­ка частич­но вылез­ла. Если это так, то сорвав­ша­я­ся лопат­ка мог­ла вне­сти суще­ствен­ный вклад в уси­ле­ние авто­ко­ле­ба­ний и при­ве­сти к после­до­вав­шей тра­ги­че­ской цепи собы­тий.

Про­ме­жу­точ­ное заклю­че­ние

Пока наи­бо­лее веро­ят­ным кажет­ся сле­ду­ю­щий сце­на­рий ката­стро­фы: по какой-то при­чине через несколь­ко меся­цев после модер­ни­за­ции направ­ля­ю­ще­го аппа­ра­та в нем про­ис­хо­дит полом­ка, напри­мер срыв одной из лопа­ток. Это ведет к силь­но­му росту авто­ко­ле­ба­тель­ных виб­ра­ций. Из-за экс­плу­а­та­ции агре­га­та при силь­ных виб­ра­ци­ях в тече­ние мно­гих часов ослаб­ля­ет­ся креп­ле­ние крыш­ки тур­би­ны, раз­ру­ша­ют­ся шпиль­ки, и агре­гат вытал­ки­ва­ет­ся вверх гид­ро­ста­ти­че­ским дав­ле­ни­ем. В усло­ви­ях недо­стат­ка деталь­ной инфор­ма­ции, этот сце­на­рий явля­ет­ся все­го лишь вер­си­ей и еще может суще­ствен­но изме­нить­ся.

У меж­ве­дом­ствен­ной комис­сии по рас­сле­до­ва­нию ава­рии дан­ных, конеч­но, боль­ше, там хоро­шие про­фес­си­о­на­лы и навер­ня­ка есть более про­ра­бо­тан­ный сце­на­рий. Обе­ща­но, что офи­ци­аль­ная вер­сия будет вско­ре объ­яв­ле­на, воз­мож­но уже к момен­ту выхо­да это­го номе­ра газе­ты. Про­бле­ма в том, что мало кто верит, что офи­ци­аль­ная вер­сия будет доста­точ­но пол­ной и бес­при­страст­ной: это не в нынеш­них тра­ди­ци­ях.

Есть подо­зре­ние, что вер­дикт комис­сии будет лишь слег­ка кон­крет­ней, чем сакра­мен­таль­ное «она уто­ну­ла», и что деталь­ные дан­ные об ава­рии так и оста­нут­ся под сук­ном. Хоте­лось бы оши­бить­ся… Конеч­но, пуб­ли­ка­ция подроб­ных мате­ри­а­лов может ока­зать­ся весь­ма «чув­стви­тель­ной» для мно­гих ответ­ствен­ных лиц как в «Русгид­ро», так и в дру­гих орга­ни­за­ци­ях, и вооб­ще может нане­сти допол­ни­тель­ный ущерб пре­сти­жу «Русгид­ро».

И здесь, повто­рюсь, очень важ­но эти дан­ные потре­бо­вать – всем миром и жест­ко. Мате­ри­а­лы об ава­рии не явля­ют­ся чьей-то кор­по­ра­тив­ной при­над­леж­но­стью, они явля­ют­ся обще­ствен­ным досто­я­ни­ем – они опла­че­ны спол­на жиз­ня­ми десят­ков людей. Они нуж­ны в откры­том досту­пе, что­бы избе­жать новых ката­строф, они долж­ны вой­ти в учеб­ни­ки и кур­сы лек­ций. При­чем нуж­ны имен­но в исход­ном виде, а не в пере­ска­зе комис­сий и соста­ви­те­лей инструк­ций, – для того, что­бы люди осмыс­ли­ва­ли их само­сто­я­тель­но и учи­лись.

Борис Штерн

http://forums.drom.ru/hakasiya/t1151239745.html

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: