Президиум Академии наук обсудил аварию на Саяно-Шушенской ГЭС

Состоялось последнее перед летними каникулами заседание Президиума Российской академии наук. Члены президиума заслушали научное сообщение ‘Авария на Саяно-Шушенской ГЭС и научно-техническое сопровождение ее восстановления’. Докладчиками выступили академик Фортов Владимир Евгеньевич и член-корреспондент РАН Федоров Михаил Петрович.

До момента аварии Саяно-Шушенская ГЭС работала в режиме автоматического регулирования. В сети работали 9 агрегатов СШ ГЭС. 16.08.2009 в 2 3:14 агрегат ГА-2 был введен в работу под автоматическим управлением в качестве приоритетного. Начиная с 23:14 16.08.2009 агрегат ГА2 5 раз проходил нерекомендуемую режимную зону 2, которая характеризуется повышенным уровнем динамических нагрузок и вибраций. Во время 6-го прохода зоны 2 произошла авария. Произошло лавинообразное нарастание вибраций ГА -2, что привело к ослаблению крепления крышки турбины, а учитывая, что часть шпилек имела усталостный износ до 80-95%, произошло отделение гидроагрегата, включая рабочее колесо, вал, крышку турбины, ротор генератора (общая масса около 1700 тн) и его выталкивание давлением воды (около 7500 тн) из шахты гидроагрегата. Из шахты вырвался столб воды расходом около 300 м3/с, который привел к разрушению кровли машзала, заливу электротехнического оборудования и других гидроагрегатов. Из-за потери собственных нужд не удалось сразу закрыть аварийно-ремонтный затвор верхнего бьефа, и вода из водовода около часа поступала в машзал.

Таким образом, технические причины аварии, установленные комиссиями РАН, Ростехнадзора, Государственной Думы и др. следующие:

•           работа гидроагрегата № 2 с частыми переходами зоны нерекомендуемых нагрузок при пуско-остановочных операциях и регулировании нагрузки;
•           продолжительная эксплуатация ГА-2 с недопустимо сильной вибрацией;
•           начало аварии могло произойти в результате увеличения давления под крышкой турбины на 10 м из-за закрытия направляющего аппарата и пульсаций давления в размере 15:22 м при вхождении в режимную зону 2.
•           непосредственной причиной является превышение суммарного давления на крышку турбины снизу над несущей способностью ослабленных длительной эксплуатацией со знакопеременными вибрациями шпилек крепления крышки турбины.

За прошедшее с момента аварии время силами академических институтов РАН и вузов были проведены исследования:

Расчеты пульсаций давления и гидродинамических нагрузок в элементах водопроводящего тракта ГЭС, в т.ч. в спиральной камере, камере рабочего колеса, под рабочим колесом и в отсасывающей трубе в стационарных и переходных режимах с использованием самых современных программных продуктов и вычислительной техники.

Численные исследование трехмерного напряженно-деформированного состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС с учетом взаимодействия плотины с основанием и боковыми примыканиями с определением коэффициентов запаса прочности и устойчивости сооружения при всех возможных сочетаниях воздействий и нагрузок.

Научно-технические задачи, вытекающие из анализа причин аварии на СШГЭС:

1) Разработка комплексной системы безопасности ГЭС (по аналогии с АЭС после Чернобыльской аварии)

2) Научно-технические разработки по повышению надежности проектных решений по ГЭС и гидроэнергетическому оборудованию, в т.ч.:

          Новые компоновочные решения приплотинных ГЭС с выносом водосбросов из створа и сооружение береговых водосбросов

          Ограничение зоны применения приплотинных ГЭС напорами 120-150 м с разработкой новых типов гидротурбин, не имеющих запрещенных зон

          Применение новых схем использования водной энергии с более низкими напорами и выносом регулирующих емкостей на притоки

          Разработка новых типов гидротурбин, обладающих высокоманевренными свойствами регулирования мощности

3) Принятие и реализация ФЦП ‘Научные основы обоснования надежности и безопасности объектов гидроэнергетики России’

С целью повышения качества исследований и оптимизации затрат научные исследования целесообразно проводить в кооперации с институтами РАН и ведущими университетами, проводящими исследования в области гидроэнергетики

В обсуждении научного сообщения приняли участие:

Селезнев Виктор Сергеевич (Отдел геодезической службы СО РАН):

Сейсмостанция, расположенная в 4 км от Саяно-Шушенской ГЭС, записывающая и расшифровывающая все звуки, полностью зафиксировала аварию. С ее помощью можно разобраться в процессах, происходящих в гидротурбине. В России, к сожалению, нет привычки учитывать все факторы, влияющие на разрушение. Особенно это касается учета резонанса. Для своевременного предупреждения необходимо изменить законодательную базу и инструкции гидроэнергетиков. Нужна специальная инженерно-техническая служба.

Д.т.н. Петринин Ю.К. (СО РАН):

При восстановлении Саяно-Шушенской ГЭС учтены дополнительные требования безопасности. Выполнены фундаментальные и прикладные исследования совместными усилиями инженеров и ученых СО РАН.

Разимахметов Ф.М.:

Расследование причин аварии завершено, выводы — за следственным комитетом. Но уже известны выводы всех комиссий. Особенность аварии — недостаточная работа гидротурбины. Разрушение произошло в результате работы в течение длительного времени на стадии износа. Основной причиной является изменение прочностных характеристик ответственных узлов гидротурбины и сейсмическая ситуация. При правильном проектировании и эксплуатации можно было предотвратить или минимизировать разрушения. Сейчас пересматривается документация и создается аналитический центр (подобный тому, что действовал в СССР). Чем может помочь РАН? Необходима система управления рисками.

Академик Васильев Станислав Николаевич:

  Задолго до аварии на бюро отделения неоднократно обсуждали ситуацию и выходили на государственный уровень по проблемам безопасности. На ГЭС были увеличены маневренность и диапазон действия. При повышении вибрации диспетчерами Кемеровской службы было принято неправильное решение относительно Саяно-Шушенской ГЭС. Здесь сработал принцип экономической прибыли, а также человеческий фактор. Степень процесса автоматизации необходимо увеличивать до уровня атомных станций. Уровень требований к персоналу также недостаточен.

Гордиенко Валерий Михайлович (Ростехнадзор):

Необходимо заниматься научно-техническим сопровождением строящихся станций. В настоящее время нет методики свидетельства состояния оборудования.

Член-корреспондент РАН Махутов Николай Андреевич:

  Примеры тяжелых катастроф рассматривались как единичные случаи, а не как система. Необходимо сориентироваться на анализ и предотвращение тяжелых катастроф.

Академик Лаверов Николай Павлович:

Президиум РАН прав — эта тема очень актуальна. Катастрофы были и раньше, но не обсуждались. Очень интересна информация о сейсмической станции. С 1938 г. работает государственная геофизическая служба (в основном, в РАН). Оторвать эту работу от РАН невозможно, так как еще очень много неясного, очень много фундаментальных проблем. Наши карты не имеют аналогов в мире. Система по предупреждению землетрясений работает отлично. Но точное время, силу и место спрогнозировать невозможно. Причины технических катастроф — другие. Геофизическая служба не в состоянии взять на себя все функции. Возможно только научное руководство.

Академик Васильев Юрий Сергеевич:

В 1961 г. на заседании правления производительных сил рассматривался вопрос о Саяно-Шушенской ГЭС. Академик Фортов прав, сформировав группу. Есть и другая проблема: водные ресурсы используются по отраслевому признаку, и мы скоро останемся без питьевой воды.

Академик Фортов Владимир Евгеньевич:

Нужно задуматься: инфраструктура страны представляет опасность. В энергетике изношено 50%, половина находится в аварийном состоянии. Число аварий будет увеличиваться. То же самое с транспортом, химической промышленностью, авиацией, ракетной техникой. Ситуация провоцирует аварии и катастрофы. Инфраструктурой надо заниматься. За 20 лет ‘перехода’ уделялось внимание банкам, рынкам и т.д., не построили ни одной станции. Нужно вводить 8-10 единиц мощности, а вводим 1,5. Нужно уменьшить потери, т.е. управлять рисками. Каждая ГЭС имеет свои особенности. В РАН нужно создать специальное направление по безопасности.

Как сообщает пресс-служба Российской Академии наук, в завершение обсуждения вице-президент РАН академик Некипелов Александр Дмитриевич подчеркнул, что в ходе обсуждения коллеги из организаций, не принадлежащих РАН, отмечали важность совместной работы с учеными. Важно, чтобы в стране создавалась система, при которой РАН нормально финансировалась. Важна позиция госструктур — "Русгидро" и Ростехнадзора. РАН может быть полезна, если со стороны власти и общества будет соответствующее понимание.