Саяно-Шушенская ГЭС: на «кресте Чубайса»

«Крест Чубайса», что он собой представляет? Графически он изображается разрывом между спросом на электроэнергию и действующей мощностью. На графике спрос на энергию непрерывно увеличивается, а действующая мощность вследствие выработки ресурса непрерывно уменьшается. В какой-то воображаемой точке эти кривые пересекаются. Действующие мощности уже не покрывают энергопотребление, наступает коллапс!

Это соображение, очевидно, и явилось одним из основных пунктов обоснования энергореформы с переводом энергетики страны на рыночные отношения.

Чубайс не энергетик, а экономист, и видно, что в своих рассуждениях он использует не энергетическое, а экономическое (и устарелое) понятие расчетного срока службы (ресурса) энергооборудования – 15 лет. А откуда взята эта цифра? Ответ: ниоткуда, «с потолка».

Легенда-быль: Монтируется турбина, купленная за границей на «бриллианты для диктатуры пролетариата». Один из дотошных пролетариев-диктаторов подходит к шеф-инженеру с вопросом: «А сколько времени будет работать эта турбина?». Инженер: «Будет крутиться пока лопатки на роторе, удлиняющиеся от воздействия центробежных сил, не начнут задевать за неподвижные детали статора». Через некоторое время пролетарий, очевидно готовившийся диктаторствовать долго, подошел опять: «А, конкретно, сколько?». Инженер, уже понявший, что от него так просто не отвяжется, не задумываясь: «Сто тысяч часов!».

Что касается легенды, то эти турбины эксплуатировались и несли номинальную нагрузку более 60-и лет. И были списаны совсем не по причине, предсказанной тем шеф-инженером. А 100 тысяч часов (15 лет) длительное время были расчетным сроком службы оборудования. При проектировании металл, предназначенный для изготовления оборудования, испытывался на прочность в течение 10-и тысяч часов, и полученные результаты экстраполировались на срок 100 тыс. часов. Этими результатами и обосновывался расчетный срок службы оборудования.

С переходом энергоагрегатов сначала на высокие (100 кгс/см², 510-540°С), затем сверхвысокие (140 кгс/см², 560°С), и в последнем на сверхкритические (255 кгс/см², 545°С) параметры пара и с применением для изготовления узлов и деталей оборудования легированных жаропрочных сталей, имеющих высокий предел длительной прочности, от расчётного ресурса в 100 тыс. час. отказались. С каждым таким переходом пересматривались нормы расчета на прочность деталей оборудования. Менялись и определения расчетного срока – ресурса энергооборудования. В итоге на сегодняшний день действует такое определение ресурса:

«Парковый ресурс – наработка однотипных по конструкции, маркам стали и условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования, в пределах которой обеспечивается их безаварийная работа при соблюдении требований действующей нормативной документации.

Парковый ресурс не является предельным сроком эксплуатации.

Возможность и условия эксплуатации энергетического оборудования сверх паркового ресурса устанавливаются РАО «ЕЭС России» на основании заключения специализированной организации».
[РД 10-577-03. «Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций»].

Но как бы не определялся ресурс оборудования, фактически это срок его эксплуатации. По стандартному определению:

«Эксплуатация – это стадия жизненного цикла изделия, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается его качество.

Эксплуатация изделия включает в себя в общем случае использование по назначению, транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт».
[ГОСТ 25866-83 «Эксплуатация техники. Термины и определения»]

Итак, по этим нормативным определениям следует, что, во-первых, энергоагрегат – это не «лампочка Ильича». А во-вторых (и в главных), что ресурс агрегата – это, прежде всего: грамотное его использования по назначению, непрерывный мониторинг его технического состояния, своевременное техническое обслуживание и качественный ремонт. А при перерывах в работе (нахождение в резерве) – качественная консервация.

Естественно, все эти операции весьма затратные, но в отличие от эксплуатации по сценарию «поматросил и бросил», дают гарантию увеличения ресурса, а главное, гарантию надежности и безопасности.

Хорошим примером поддержания и сохранения ресурса объектов жизнеобеспечения населения являет собой «водопровод, сработанный ещё рабами Рима». В древнем Риме было 11 акведуков-водопроводов, два из которых работают до сих пор.

Была Система…

Гарантия надежности и безопасности может быть получена только при эксплуатации оборудования в составе энергосистемы. По Правилам:

«1.1.6. Основным технологическим звеном энергопроизводства является энергосистема, представляющая собой совокупность электростанций, котельных, электрических и тепловых сетей (далее – энергообъекты), связанных общностью режима работы и имеющих централизованное оперативно-диспетчерское управление».
[«Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации»].

Кроме производства сюда относятся и процессы преобразования, передачи, а также распределения имеющейся электрической и тепловой энергии, подчиняющиеся одному режиму работы.

Также энергосистема является не только комплексом взаимосвязанных объектов, но и совокупностью установившихся норм и правил технической эксплуатации этих объектов.

Короче говоря, ЭНЕРГОСИСТЕМА и была органичной сущностью энергетики страны.

«… разрушим до основания, а затем …». Именно по такому, до слёз знакомому методу, и была проведена энергореформа по Чубайсу. Разрушена уникальная, собранная за несколько десятков лет, система бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией и теплом. Энергосистема страны, в которой на востоке люди уже заканчивают дневную работу, а на западе – ещё только проснулись. На юге в море ещё купаются и загорают, а на севере океан уже покрылся льдом.

Комплекс взаимосвязанных энергообъектов раздроблен на отдельные самостоятельные «бизнес-единицы». С раздроблением комплекса объектов ушла и установившаяся система норм, правил, методик их надёжной и безопасной совместной эксплуатации.

Более того, из этих бизнес-единиц убраны подразделения, занимающиеся поддержанием и сохранением ресурса оборудования: ремонтные предприятия, службы наладки и испытаний, автоматики, диагностические центры и другие службы, обеспечивающие инженерное сопровождение эксплуатации оборудования. В жизненном цикле агрегатов оставлена только одна составляющая: использование по назначению. Рынок, именно он диктует сокращение расходов на эксплуатацию, чтобы получить бÓльшую прибыль.

Со временем в составе управляющих этими бизнес-единицами всё меньше российских фамилий. Сенатор Юлий Фронтин, заведовавший в начале II в. водоснабжением Рима, утверждал: «Акведуки – главное свидетельство величия Римской империи». Представим, что было бы с этим сенатором, если бы он вместо слов, возвеличивающих акведуки, под предлогом опасения скорой выработки ресурса разбил бы их на участки и отдал под заведование франкам, германцам и англосаксам. Наверняка, не избежать бы ему распятия на кресте, как государственному преступнику.

Здесь не ставится цель оценивать плюсы и минусы реформы с финансово-экономической её стороны, для этого необходим серьезный и более квалифицированный анализ. Но каков бы не был положительный результат, он не должен достигаться в ущерб надёжности и безопасности энергообъектов, в ущерб энергобезопасности страны.

А с этой стороны на развал СИСТЕМЫ энергетика отреагировала незамедлительно. В августе 2009 г. случилась авария второго гидроагрегата на Саяно-Шушенской ГЭС. Была разрушена самая мощная в стране электростанция, погибло 75 человек обслуживающего персонала. Произошла техногенная катастрофа, какой не случалось за всё время существования мировой гидроэнергетики.

Технические причины аварии агрегата с описанием сценария и механизмов поузлового его разрушения приведены в статье  «Саяно-Шушенский гидрочернобыль ничему не научил». Трёхразовый ударный сброс нагрузки привёл к задеваниям с последующим разрывом крепежа фланцевого соединения крышки турбины с её статором.

Заброс агрегатов на запредельно низкие мощности очень опасен. К примеру, запредельное снижение паропроизводительности блочного парогенератора неизбежно влечет за собой пережог труб поверхностей нагрева. А попытка удержать мощный энергоблок АЭС в работе на выбеге турбины закончилась ЧернойБылью с периодом полураспада в несколько ближайших веков.

На гидроагрегатах при снижении расхода воды через турбину на ней появляется отрицательная – подъёмная сила. Периферийная часть лопастей из турбинного режима переходит в режим осевого насоса, в режим гребного винта. Эта подъёмная сила начинает частично дублировать подъёмную силу на упорном подшипнике – подпятнике. Но в отличие от неё эта сила неустойчива по величине и по горизонтальному направлению. На роторе агрегата появляется вибрация, ротор начинает трясти. Состояние схожее с состоянием самолёта, вошедшего в зону турбулентности. В этом состоянии ударный сброс электрической нагрузки неизбежно влечет за собой выборку вертикальных зазоров в верхнем лабиринтном уплотнении турбины, задевание с сухим трением и возникновением ударных усилий, передающихся на крепёж крышки.

Прообразом (генеральной репетицией) трагедии на Саянах можно рассматривать катастрофу на ГЭС Памир-1 в феврале 2007 года с отрывом крышки турбины и затоплением машинного зала. Верхнее водохранилище покрылось льдом, уровень воды упал до высоты водоприёмных решеток, поэтому турбина работала при недопустимо низком расходе воды.

Но главными причинами Саянской катастрофы явились причины организационные, точнее – дезорганизационные, возникшие как следствие развала системы.

Специфика энергопроизводства такова, что при непрерывной генерации энергии необходима поддержка равенства соотношений потребляемой и генерируемой мощности в любой момент времени. В любой момент времени частота тока должна быть постоянной.

В регулировании частоты и мощности должна участвовать каждая электростанция, каждый агрегат на станции. На практике, сложившейся в энергосистеме, регулированием частоты и мощности в масштабе регионов занимаются в основном гидроэлектростанции.

На ГЭС гидроагрегаты управляются групповым регулятором (ГРАМ – групповой регулятор активной мощности). И с тем, чтобы не вводить гидроагрегаты в запредельные режимы работы при регулировании частоты и мощности, алгоритм действия ГРАМ настраивается так:

«распределение нагрузки между гидроагрегатами, работающими на групповом регулировании, должно производиться с учетом индивидуальных ограничений по максимальной мощности и зон нежелательной работы по одному из следующих способов:

– по равенству мощностей или открытий направляющих аппаратов при идентичности энергетических характеристик гидроагрегатов;

– по минимуму суммарных потерь при различных энергетических характеристиках».
[Руководящий документ «Общие технические требования к управляющим подсистемам агрегатного и станционного уровней АСУ ТП Г» РД 153-34.0-35.519-98].

Но на Саяно-Шушенской ГЭС это требование п. 1.2.2. РД 153-34.0-35.519-98 не соблюдалось. При регулировании распределение нагрузки между агрегатами выполнялось в соответствии с принятой на станции системой приоритетов. Каждому агрегату присваивалось определенное значение приоритета от 1 до 10. При разгрузке станции снималась нагрузка с агрегата, имеющего наибольший приоритет среди агрегатов, работающих в зоне номинальных нагрузок. При загрузке станции нагружался агрегат с наименьшим приоритетом среди агрегатов, работающих в зоне малых нагрузок. Гидроагрегату № 2 было присвоено значение 7-го приоритета. При этом, как отмечено в Акте расследования аварии на СШГЭС, при последней модернизации системы группового станционного регулятора алгоритм его воздействия на гидроагрегат и скорости переходных процессов при регулировании не согласовывались с заводом-изготовителем турбин (ЛМЗ).

То есть, при такой настройке алгоритма работы ГРАМ станция не была готова (и не готовилась) к участию в регулировании частоты и активной мощности. Не могла она участвовать и в регулировании реактивной мощности в сети. Ни один агрегат из 10-и установленных на станции не мог быть переведён в режим синхронного компенсатора. Не хватало мощности компрессорных установок для отжатия воды из-под турбины.

На площадке Майнской ГЭС, принадлежащей СШГЭС, установлены 3 агрегата с поворотно-лопастными турбинами мощностью по 100 МВт каждый. Но они тоже не могли участвовать в регулировании, так как к тому времени работали в пропеллерном режиме, – устройства комбинаторной зависимости поворота лопастей были отключены из-за неисправности.

О неготовности станции к вторичному регулированию частоты и мощности должны были знать и руководство станции, и ОДУ Сибири и Дальнего Востока (ОДУ – объединённое диспетчерское управление). И поступать и отдавать команды в соответствии с этим.

Не знали, не правильно настраивали, не готовились, но стали исполнять и т.д. – всё это бездействие системы, точнее – её отсутствие. Команда диспетчера утром 17.08.2008 г.: «снимите мощность 400 МВт!» была «смертным приговором» для второго гидроагрегата, так как только он один (один на всю страну!) её выполнял. Выполнение её в третий раз за утро было «контрольным выстрелом».

[В ночь с 1 на 2 июля 2002 г. в небе над немецким городком Уберлинген, что стоит на северном берегу Боденского озера, столкнулись российский Ту-154 и «Боинг-757» транспортной компании DHL. Погиб 71 человек, в том числе 52 ребенка, летевшие из Башкирии на отдых в Испанию, и сопровождавшие их взрослые. Это произошло по причине сбоя в системах регулирования полётами на авиалиниях Германии и Швейцарии. И команду диспетчера ОДУ Сибири и Дальнего Востока, выполнение которой привело к катастрофе, тоже можно рассматривать как равноценную команде того диспетчера швейцарской фирмы «Скайгайд», при выполнении которой пилоты повели самолёты на столкновение].

Половина человечества нашей эпохи верит в чудесное оживление после снятия с креста. И рядовым энергетикам тоже хочется верить, что в стране найдется политическая воля, появится тот Прометей, который вырвет энергетику страны из цепких лап большого бизнеса, соберет её распятую воедино и возвратит народу в её прежнем обличии, в её прежнем статусе – статусе главного свидетельства величия и могущества России.

Геннадий Рассохин,
специально для “Плотина.Нет!”