Саяно-Шушенская ГЭС, август девятого: неопознанная и нерасследованная катастрофа

В очередную годовщину страшной аварии на Саяно-Шушенской ГЭС инженер-энергетик Геннадий Рассохин снова обращает внимание на неисследованные моменты возникновения катастрофы на СШГЭС:

Техническое расследование причин чрезвычайных событий, произошедших на СШГЭС в августе 2009 года, проведено не в полном объёме. Расследовалась только авария – разрушение гидроагрегата № 2 (ГА-2).

(Авария – это разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте (ФЗ 116 – Федеральный Закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»). [1].

Соответственно, и материалы по результатам расследования названы так:

– «Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро»-«Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего»» [1];

– «Разрушение гидроагрегата № 2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов. Том I, II, III» [2].

Но то, что случилось на ГЭС с гибелью большого количества людей, это не просто авария, это техногенная катастрофа национального масштаба.

Точка в расследовании была поставлена на заключении: «ГА-2 – полностью разрушен и выброшен из шахты. Через освободившуюся шахту ГА-2 вода начала поступать в машинный зал станции» [1].

А «вода начала поступать в машинный зал станции» так, что вздрогнула вся страна и вся мировая гидроэнергетика, не видевшая такого с самых архимедовских времён.

Именно с момента ТАКОГО «поступления воды» авария перешла в разряд КАТАСТРОФЫ, в разряд НАЦИОНАЛЬНОЙ ТРАГЕДИИ.

Станцию неожиданно затопило. И затопило, можно сказать, мгновенно, не оставив ни минуты времени на эвакуацию персонала из затопляемых помещений.

Согласно основным положениям проектирования гидроэлектрических станций – СНиП 2.06.01-86 [3]:

«4.7. В случаях, когда напорные водоводы НС, приплотинных и деривационных ГЭС и ГАЭС выполняются открытыми стальными или деревянными, следует предусматривать меры по защите зданий станции от последствий внезапного разрушения трубопровода. Для открытых железобетонных, сталежелезобетонных и туннельных водоводов таких мер предусматривать не требуется».

Т.е. при проектировании зданий ГЭС затопление машинного зала станции ожидается только при возможности разрушения напорного водовода. С прочными сталежелезобетонными напорными водоводами помещения станции, расположенные выше уровня нижнего бьефа, считаются незатопляемыми.

На СШГЭС при аварии ГА-2 его напорный сталежелезобетонный водовод остался невредим, а станцию затопило. Более того, затопило не так, как можно было ожидать, – при поднятии уровня воды с отметки 314 м. (отметка статора турбины) до отметки 327 м. (отметка пола машинного зала), а фонтаном, ударившим из шахты турбины на высоту 50 метров.

Комиссия не обратила на это внимания, ошибочно полагая, что при срыве крышки турбины ротор агрегата обязательно должен быть «выброшен из шахты» с последующим ударом из неё фонтана.

Признав эти обстоятельства форс-мажорными, комиссия не стала в них детально разбираться. Таким образом, причина развития аварии до масштабов техногенной катастрофы осталась невыясненной.

Произошло невероятное. Вопреки законам природы после выхода турбины из своей рабочей камеры вода перестала сливаться через освободившуюся отсасывающую трубу под уровень нижнего бьефа, а полным потоком устремилась вверх, круша на своём пути стены и перекрытия машинного зала.

Как могло это случиться? Как поток воды, доселе мирно вырабатывающий электроэнергию, вдруг превратился в разрушителя и убийцу?:

На графике представлены энергетические характеристики потока воды в турбинном водоводе ГА-2 утром 17 августа 2009 года при его аварии.

Рвб («ск» красная линия)– давление в спиральной камере;

ДРК2 («от» синяя линия) – давление в отсасывающей трубе.

В 08.13.29 давление в спиральной камере перед статором турбины (перед гидравлическим дросселем, образованным решеткой сопел статора) резко упало до 17,8 кгс/см².

Упало давление и в отсасывающей трубе. Это было свидетельством того, что турбина полностью вышла из своей рабочей камеры, сопротивление потоку воды исчезло, и скорости потока из статора турбины и в отсасывающей трубе резко увеличились.

Установился режим свободного слива воды под уровень нижнего бьефа. Режим аналогичный режимам в сбросных водоводах со стороны правого берега.

Но здесь, в отличие от тех водоводов, тангенциально направленные струи из решётки статора турбины образовали схему гидроциклона с водяной воронкой диаметром 9 метров. Кроме того, при наличии диффузора на выходе отсасывающей трубы, здесь сказывался эффект отсасывания.

При таких условиях давление под крышкой вышедшей из своей рабочей камеры турбины не могло подняться выше давления в отсасывающей трубе. Тем более, выше названной комиссией величины, при которой якобы был «выброшен» ротор гидроагрегата весом более полутора тысяч тонн (сил) с последующим ударом фонтана из шахты турбины на высоту 50 метров.

Наоборот, образовавшаяся мощная воронка «засасывала» в отсасывающую трубу большинство отломанных лопаток направляющего аппарата и много фрагментов разрушенного бетонного массива конструктивных элементов агрегата.

Но главное, не было никаких условий для подъёма уровня воды в агрегатном отсеке ГА-2 выше уровня нижнего бьефа.

На таком режиме поток держался до «триггерного» момента: – 08.15.34.

В этот момент из шахты турбины ударил мощный фонтан.

На видеорегистраторе время 08.15.34. Прошло 125 секунд (2 минуты 5 секунд) с момента полного выхода турбины из своей рабочей камеры.

Поток резко изменил направление на противоположное, с падения вниз в отсасывающую трубу на мощный фонтан вверх.

Что явилось трансформером потока?:

Первым приходит соображение о «засорении» отсасывающей сливной трубы. Например, упал затвор отсасывающей трубы (ЗОТ – поз. 7 на чертеже поперечного разреза станции).

В этом случае создалась бы гидравлическая схема дюкера. (Дюкер – напорный участок трубопровода, прокладываемый под руслом (канала), по склонам или дну глубокой долины (оврага), под дорогой, расположенной в выемке).

«Ниспадающая» ветвь дюкера – это напорный водовод, оканчивающийся решеткой статора турбины, а «подъёмная» ветвь – шахта турбины, агрегатный отсек ГА-2 и машинный зал станции.

При такой схеме затопление машинного зала до его верхней отметки продолжалось бы не менее 8-и минут, и разрушительного фонтана из шахты турбины бы не было.

В реальности же случилось следующее:

Вопреки заключению комиссии о том, что ротор агрегата был «выброшен из шахты», ротор агрегата из шахты никуда не «улетал». Наоборот, самый массивный и самый габаритный верхний узел ротора (обод ротора генератора с полюсами) к концу аварии оказался внизу шахты. Более того, краем нижнего торца обод вклинился в статор турбины под углом 45°. Такое положение обода преобразовало схему потока. И только после этого «вода начала поступать в машинный зал станции» и за его пределы!

Во вновь образованной гидросхеме струи из решётки статора турбины первоначально имеют тангенциальное горизонтальное направление. Каждая, пройдя свой участок периметра пути, встречает «козырёк» вклинившегося в статор обода ротора генератора и, обтекая его, меняет направление, устремляясь вверх.

По сравнению с «гидроциклонной» и «дюкерной» схемами в этой схеме поток имеет бÓльшую энергию. В тех схемах поток из статора турбины входит в заполненный объём рабочей камеры турбины. Вся энергия потока, обусловленная и пьезометрическим, и скоростным напорами уходит на завихрения при входе потока в заполненный объём. Здесь же поток из статора турбины, заходя в незаполненный внутренний объём обода, сохранял скорость и накопленную кинетическую энергию. А скорость и энергия его была выше, потому что действующий полный напор был уже не 212 м., как в тех схемах, а 212 м. + 11 м., где 11 м. – величина заглубления статора турбины.

В новой схеме поток, изменив направление поступательного движения, продолжал и вращательное движение. Поэтому его можно назвать «водяным торнадо». И не исключено, что подобно воздушному торнадо этот поток «засасывал» дополнительную порцию воды уже из отсасывающей трубы.

Не разобравшись с поведением потока воды в турбинном водоводе ГА-2, комиссия не разобралась и с разрушением (аварией) самого гидроагрегата. Исследовалась только причина разрушения шпилек крепления крышки турбины. Дополнительно названа причина разрушения верхних цапф лопаток направляющего аппарата. Но оставлены без внимания причины и процесс разрушения вала ротора (разделения его на части) при аварии. Не исследованы причины разрушения статора электрогенератора и его бочки. Не исследован процесс разрушения шахты турбины. Главное, не исследована причина и процесс «снятия» обода ротора генератора со спиц остова и его «вброс» в статор турбины, что и привело к катастрофе.

Ссылки:

1. Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро»-«Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего».
2. Разрушение гидроагрегата № 2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов, том I, том II, том III.
3. СНиП 2.06.01-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования (с Изменением N 1)

Геннадий Рассохин,
специально для «Плотина.Нет!»