Усталость металла и необузданность воды

Работа крупных объектов энергетического комплекса не обходится без проблем, потому что на таких предприятиях почти никогда не удается уделять должное внимание всем мелочам. А ведь именно из них вырастает любая техногенная катастрофа. Еще хуже, когда на технические проблемы накладываются бюрократизм и пресловутый «человеческий фактор». Вот так — из-за мелочей и ошибок людей — и происходят сокрушительные катастрофы, подобные тем, что случилась утром 17 августа 2009 года на крупнейшей в России гидроэлектростанции — Саяно-Шушенской ГЭС.

Причины и следствия

Опыт крупных техногенных катастроф показывает, что в большинстве случаев вопрос о причинах аварий остается не до конца выясненным, а иногда и вовсе составляет загадку. Однако с аварией на СШГЭС все совсем не так: причины известны, все виновные установлены и многие должностные лица понесли наказание.

Главная причина катастрофы — чисто техническая. Из-за особенностей конструкции гидроагрегата № 2 в его креплениях (шпильках) образовались усталостные напряжения, что при повышенной вибрации привело к их разрушению. Проще говоря, шпильки, державшие крышку турбины, были разорваны, крышку сорвало напором воды, и произошло то, что произошло.

Но не обошлось здесь, как это обычно бывает, и без причин «организационного и нормативно-правового характера». Начальство СШГЭС вовремя не позаботилось о ремонте, главный инженер не обратил внимания на критические показания датчиков, обслуживающий персонал неточно выполнял должностные инструкции… Все это сыграло свою роль в возникновении чрезвычайной ситуации, и, может быть, роль даже большую, чем просто износ оборудования.

Хроника событий

Прежде чем говорить о хронологии событий и развитии катастрофы, нужно сделать два важных замечания.

Первое. Особенность гидроагрегатов СШГЭС. Установленные на станции гидротурбины РО230/833-В-677 имеют одну неприятную характеристику: наличие зоны нерекомендованной работы между двумя зонами разрешенной эксплуатации. Что это значит? В зоне нерекомендованной работы (зона — определенное сочетание мощности гидротурбины и напора воды) в турбине возникают повышенные вибрации, шумы и даже гидравлические удары. Однако обойти эту зону просто невозможно — в неблагоприятном режиме работы турбина оказывается (хоть и не на продолжительное время) всякий раз при повышении и снижении мощности. И каждый раз в шпильках накапливались усталостные напряжения. А с некоторых шпилек гайки из-за вибрации просто-напросто открутились.

Второе. Особенность режимов работы гидроагрегатов СШГЭС. Станция включена в Объединенную энергосистему Сибири (ОЭС) и находится под управлением системы автоматического регулирования режима энергосистем по частоте и перетокам мощности — АРЧМ. Непосредственно на станции установлена система группового регулирования активной и реактивной мощности (ГРАРМ). Эти системы в автоматическом режиме управляют генерирующими мощностями крупных электростанций, позволяя быстро перераспределять между ними нагрузки во время пиков энергопотребления, при авариях и в других случаях. Эти замечания делают понятным развитие событий на станции.

23.14 16 августа (время местное). Выведение гидроагрегата № 2 из резерва перед вечерним пиком энергопотребления.

0.20 17 августа. Возникновение пожара на Братской ГЭС, в результате чего появляется необходимость в перераспределении нагрузки между другими станциями ОЭС.

0.31. Управление гидроагрегатами СШГЭС по команде диспетчера было передано ГРАРМ. Всю ночь гидроагрегат (ГА) № 2 работал в штатном режиме.

8.12. Начато снижение мощности ГА № 2 по команде ГРАРМ. Вхождение гидроагрегата в зону нерекомендованной работы.

8.13. В этот момент из-за превышения уровня вибраций произошел разрыв большинства шпилек крепления крышки турбины, напором воды разрушен ГА № 2, машинный зал и помещения под ним стали быстро наполняться водой. Многотонная крышка турбины взлетела до потолка, разрушив его, вода выбила из шахты и колесо турбины диаметром 6,77 метра.

Вода беспрепятственно поступала в машинный зал, почти полностью разрушив его. Поток воды хлынул на прилежащие территории и дорогу (по словам очевидцев, поток воды имел высоту не меньше метра — это была настоящая река), что вызвало дополнительные разрушения.

В результате полного затопления машинного зала были разрушены и повреждены все гидроагрегаты, защитные системы не сработали (автоматически был остановлен только ГА № 5), произошли массовые короткие замыкания, и вся станция была полностью обесточена. Для прекращения поступления воды к турбинам необходимо было перекрыть технологические затворы, которые находятся на гребне плотины. Так как электричества на станции уже не было, эту операцию нужно было провести вручную.

8.30. Несколько человек достигли помещения, где располагались затворы (для чего пришлось ломать металлическую дверь), и начали операцию по их закрытию.

9.20. Все затворы закрыты, и вода перестала поступать в машинный зал.

Однако это породило новую проблему: река оказалась фактически перекрытой, что грозило повышением уровня водохранилища с возможными неприятными последствиями, вплоть до разрушения плотины. Поэтому необходимо было открыть затворы водосливной плотины, что без электроэнергии сделать очень сложно.
11.32. Запущен передвижной дизель-генератор, от которого был запитан козловой кран на гребне плотины.

11.50. Начаты работы по открытию затворов водосливной плотины, которые были завершены только в 13.07.

Что было потом

Авария на СШГЭС имела различные последствия, однако они не были катастрофическими. Наиболее пагубной она была для самой станции — напором воды и последующими короткими замыканиями было разрушено или выведено из строя до 90 % оборудования и конструкций машинного зала.

Значительное влияние катастрофа оказала на Объединенную энергосистему Сибири, которая в момент аварии сразу «просела» на 4500 МВт. Из-за этого полностью обесточенными оказались пять крупных промышленных предприятий. Имела она также  незначительные экологические последствия. Вред был нанесен попавшим в реку роторным маслом из разрушенных гидроагрегатов — всего в водах Енисея оказалось около 45 кубометров масла, которые растеклись по реке, образовав пятно протяженностью почти 130 км. К 24 августа эта проблема была решена. Но самыми серьезными были последствия для людей, которые тогда находились на станции. Всего катастрофа унесла жизни 75 человек. Жертв могло быть значительно меньше, однако на момент аварии проводились ремонтные работы на гидроагрегате № 6, и большое количество людей — 63 человека — находилось под полом машинного зала, в его внутренних помещениях. Хлынувшая из шахты ГА № 2 вода в считанные минуты затопила внутренние помещения, не дав людям никакого шанса на спасение. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС стала крупнейшей в российской истории техногенной катастрофой на гидроэнергетическом объекте.

Современное положение

Сейчас Саяно-Шушенская ГЭС продолжает работу.

Интересно, что до аварии существовал план по масштабной реконструкции всех гидроагрегатов, которая должна была начаться в 2011 году, но из-за катастрофы этот план был пересмотрен, а сроки его реализации значительно сокращены. После аварии было принято решение полностью заменить оборудование, в первую очередь  гидрогенераторы и гидротурбины.

Однако прежде, чем менять разрушенное на новое, было принято решение запустить в работу то оборудование, которое наименее всего пострадало (причина банальна: изготовление новых гидроагрегатов занимает не менее года). Так, в феврале 2010 года был пущен гидроагрегат № 6, в марте начал работу ГА № 5, в августе — ГА № 4, а в декабре — ГА № 3. В 2011 году был запущен отреставрированный гидроагрегат № 1, в 2012-м в строй вступили новые ГА под номерами 7, 8 и 9, а весной 2013 года пущен гидроагрегат № 10. По мере ввода в строй новых гидроагрегатов старые постепенно отключались и вставали на ремонт.