«Экспериментировали и раньше»

Перед входом на Усть-Илимскую  ГЭС нам для проформы выдают куртки и каски, хотя запачкаться или удариться обо что-то на станции почти невозможно: просторный машзал, тихий кабинет центрального пульта, широкие коридоры, где всё на своём месте (провода подписаны, ремонтные зоны огорожены). Сразу направляемся к двенадцатому гидроагрегату, где и будет заменяться рабочее колесо. «Нынешнее сделано из «чёрной» гидротехнической стали 20ГСФ с облицовкой лопастей нержавейкой, хотя на остальных пятнадцати машинах станции установлены турбины, полностью изготовленные из высокопрочной  нержавеющей стали. Как оказалось, такое сочетание сталей на двенадцатой турбине было  экспериментом конструкторов: одновременно применяли новые материалы и новые технологии посадки нижнего обода с натягом  на лопасти», – пояснил наш провожатый – заместитель главного инженера Усть-Илимской ГЭС Андрей Карпачёв, проработавший на станции двадцать лет.

Как бы то ни было, но «чёрный», низколегированный  металл со временем создал проблемы для  станции. У такого материала повышенный кавитационный унос, поэтому во время капремонта энергетики вынуждены разбирать машину, вынимать колесо и ремонтировать его не в проточной части, а на монтажной площадке: до мест повреждений обычным способом сварщики не достают. Как правило, «латать» приходится места уноса металла как на лопастях колеса, так и на нижнем ободе турбины в зоне лабиринтных уплотнений, которые стали пропускать больший объём воды. За  шесть-семь лет между капремонтами турбины выносится до 700 кг металла, уверяет Карпачёв. Ремонт, конечно, тоже не проходит бесследно: металл при сварке нагревается, деформируется, в итоге изменяются  профиль лопастей и расстояние межлопастной решётки. И если раньше КПД колеса составлял, как и у его «коллег», 93%, то сейчас снизился до 91-92%. 

К замене колеса энергетиков подтолкнуло также желание повышения эффективности, то есть возможность выработать больше электроэнергии на той же воде и получить дополнительную выгоду. «С точки зрения КПД новые колёса  эффективнее.  Они имеют КПД 95-96%. Даже есть экспериментальные, которые дотягивают до 97%, – говорит директор станции Сергей Кузнецов. – Ленинградский металлический завод, родитель наших нынешних колёс, подтверждает, что может изготовить колесо с КПД выше 96%. Они же разработали и изготовили  рабочие колёса  на Саяно-Шушенскую ГЭС, где их эффективность составила 96,6%.  Аналогичные колёса с КПД выше 96% устанавливаются и  на Богучанской ГЭС. Это хороший показатель не только для России, но и для мировой практики». Конкретно на Усть-Илимской ГЭС новое колесо способно дать прирост КПД (в зависимости от режима использования) до 3-4 %.  При этом вес нового колеса может быть на несколько тонн меньше его предшественников. «С момента пуска первого агрегата в 1974 году прошло почти 40 лет. За это время технологии по проектированию, моделированию, изготовлению  рабочих колёс, а также применяемые  материалы ушли далеко вперёд. Теперь новые турбины имеют улучшенные характеристики, в том числе по весу. Следовательно, снизится нагрузка на все опорные части машины, и это позволит проработать гидроагрегату ещё не одно десятилетие», –  уверен Кузнецов.

Катись, колесо

Доставка колеса на Усть-Илимскую ГЭС – отдельная проблема. При строительстве станции в 1960–1970-х годах основные негабаритные и тяжеловесные  детали переправлялись водным путём. Так же, как сейчас это делается при реконструкции  Саяно-Шушенской  ГЭС: судно с оборудованием выходит из Петербурга по Ладожскому и Онежскому озёрам, затем через Беломорско-Балтийский канал  в Белое море, чтобы по Северному морскому пути достичь устья Енисея. Вверх по Енисею судно следует до Красноярска. В речном порту оборудование  перегружают на речную баржу, которая, преодолев судоподъёмник Красноярской ГЭС, с помощью буксира доставляет груз до причала (перегрузочного узла) в нижнем бьефе Майнской ГЭС. Здесь оборудование перегружают на специальный автотранспорт, который доставляет узлы гидроагрегатов на монтажную площадку Саяно-Шушенской ГЭС. Для Усть-Илимской станции этот путь  закрылся с появлением БоГЭС. «Даже если везти колесо по воде до Богучанского гидроузла, то там всё равно нет нормальной трассы, по которой  можно было бы доехать до Усть-Илимска», – отметил Сергей Кузнецов. По железной дороге логистика тоже выглядит крайне сложно: груз негабаритный, и есть только одна возможность – специально останавливать  железнодорожные составы по пути следования колеса и везти груз по ночам.  В итоге доставка может занять много времени – от трёх месяцев до полугода. 

К замене колеса энергетиков также подтолкнуло желание увеличить выработку электроэнергии

Возможна и комбинированная доставка на самолёте Ан-124 («Руслан») до Братска, а оттуда  по автодороге до Усть-Илимска. Дорога, впрочем, не выдерживает никакой критики  и потребует от энергетиков едва ли не капитального её ремонта. Кузнецов до сих пор с ужасом вспоминает даже тот путь, что пришлось проделать новым рабочим колёсам от аэропорта до Братской ГЭС в период реконструкции. «Дело было в октябре-ноябре или, наоборот, весной.   Трасса с большими уклонами, поэтому от аэропорта долго выбирались, постоянно подсыпали дорожное полотно, подталкивали  трал впереди и сзади, в горку толкали, с горы придерживали. В первый раз  не во все повороты вписывались. Но подрядчики выкручивались как могли: где-то столб срезали, где-то дорогу ремонтировали, где-то плиты двигали или  очищали их от снега и льда. Всё на ходу до ума доводили. Ну и, конечно, у нас столько диабазовой крошки на посыпку ушло – весь годовой запас на это убили», – рассказал Кузнецов. 

В качестве наиболее реальной альтернативы энергетики рассматривают  доставку по автодорогам нашей страны. Уже найдены фирмы, которые занимаются перевозкой  подобных  крупногабаритных грузов. «Они смотрят на задачу нормально, не боятся. Готовы из Питера через всю Россию привезти турбинное оборудование. Правда, тогда нужно будет учитывать все наши «северные прелести» – сезонные ограничения, морозы, гололёд, да ещё и рассмотреть вопросы ограничения проезда по мостовым переходам, так как масса трала с колесом составит более 100 тонн. На доставку останется только летний период, потому что дорогу Братск – Усть-Илимск  преодолевать всё равно придётся», – добавил Кузнецов. По его словам, в последнее время у станции появилась надежда, что местный аэропорт возобновит работу и доставить колесо можно будет прямиком в город. Хотя, признаёт Кузнецов, особенно на это  он не рассчитывает. «Всё-таки «Руслану» нужна очень длинная полоса, а я не уверен, что наш аэропорт такой обладает. Плюс вопрос заправки и обслуживания.  Ан-124 много топлива требует: только на стоянку ему нужно около 20 тонн керосина, потому что у него работает отдельная турбина, которая обеспечивает электроэнергией  всё разгрузочное оборудование и вспомогательные системы», – пояснил директор. 

Продвижение проекта

Сотрудники ГЭС готовятся к большой работе по обновлению станции

Просчитывая все детали наперёд, энергетики просят не забывать, что проработка проекта носит «предварительный» характер и говорить об окончательных показателях пока рано.  Уже разработано техзадание, которое до конца сентября планируется рассмотреть в компании и передать на согласование Системному оператору.  «Это серьёзный вопрос, поскольку после аварии на Саяно-Шушенской ГЭС  требования изменились: если раньше станция сама могла готовить техзадание,  выходить на поставщиков  и проводить конкурс, то теперь Системный оператор серьёзно вмешивается в процесс, – сказал Кузнецов. – Там хотели бы видеть рабочие колёса, которые позволяли бы станции участвовать в регулировании частоты и перетоков мощности. По этому пути уже прошла Саянка, где рабочая группа заставила ЛМЗ  изготовить колёса, которые не имеют зон нежелательной работы и обладают очень большим диапазоном регулирования. С этой же точки зрения техзадание должны согласовывать с СО и мы». Директор станции выразил опасение, что на этапе согласования проект может «застрять» как минимум на два месяца. 

Окончательное решение о том, менять колесо или нет, будет принято после того, как потенциальные поставщики колёс представят свои предложения,  определятся с ценой и техническими параметрами  турбины. «До конца года мы должны  на своей технической комиссии эти предложения рассмотреть. Только после этого мы представим всё на рассмотрение инвесткомитета», – отметил директор. Пока в компании ориентируются на стоимость колёс для Братской ГЭС не менее 168 млн. рублей. Это включает все затраты на моделирование, изготовление, поставку, монтажные работы,  натурные испытания – для подтверждения соответствия техническому заданию установленного колеса. «Мы ещё не провели детальное обследование рынка, не делали официальных предложений потенциальным поставщикам колеса, поэтому точно не определили цену», – отметил директор ГЭС. Точная сумма будет зависеть от многих факторов, например цен на металл и экономической обстановки в стране и в мире,  курса основных валют к рублю.  Окупаемость проекта, чтобы он мог считаться инвестиционным в соответствии с принятыми в компании стандартами, не должна превысить 8,2 года.

Создание первого колеса – головного образца – самый сложный этап. Деталь будет смоделирована в физической модели или на компьютере. «В целом на изготовление первого рабочего колеса уйдёт от полутора до двух лет. Последующие поставщик готов выдавать чуть ли не каждые три месяца», – говорит Сергей Кузнецов. В числе потенциальных поставщиков оборудования он назвал концерн «Силовые Машины» (петербургский ЛМЗ), Самарский тяжмаш,  американский General Electric, французский Alstom, японский Hitachi  и австрийский Voith Hydro (поставляет вторую партию колёс на Братскую ГЭС). Кроме того, интерес к проекту могут проявить китайские производители, которые уже интересовались темой при  замене турбин на Братской ГЭС. На сам процесс монтажа турбины в проточную часть, считают энергетики, нужно смотреть вживую, чтобы понять их излюбленное выражение «Установка колеса – ювелирная работа». Это действительно так, учитывая, что колесо помещается в шахту с зазорами по 2 миллиметра на сторону. «Это надо видеть!» – уверен Карпачёв. 

От ремонта до ремонта 

Директор УИГЭС Сергей Кузнецов считает, что согласования проекта могут занять месяцы

На ГЭС не исключают, что в будущем замена колёс может пройти ещё на нескольких агрегатах. «Тем не менее мы не стремимся к замене всех колёс, потому что у ЛМЗ изначально получился довольно удачный проект. Рабочие колёса с точки зрения эксплуатации  и пригодности к ремонту получились если не идеальным, то оптимальными. Сами колёса не подвержены повышенному трещинообразованию, достаточно устойчивы к  кавитации, ремонтопригодны. Проблем, которые есть на других станциях, у нас нет», – заявил Кузнецов. 

Уверенность энергетиков в оборудовании, впрочем, не освободила их от необходимости обследовать  свои гидроагрегаты и повысить меры безопасности, которые были  введены после аварии на Саяно-Шушенской ГЭС.  В «Иркутскэнерго» была принята целевая  программа по трём станциям Ангарского каскада. Сейчас продолжаются работы по оценке остаточного ресурса гидроагрегатов. По турбинному оборудованию данные работы выполняет ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (бывший Центральный котлотурбинный институт). «С 2010 года на УИ ГЭС ведётся работа по сбору  данных и проведению испытаний на турбинах,  которые можно будет сравнивать с результатами дальнейших обследований, – сказал Кузнецов. –  Ежегодно институт успевает обследовать по три-четыре машины в год. У нас их 16 по 240 МВт. Так что процесс займёт ещё несколько лет».  

В настоящее время работы ведутся практически круглосуточно: институту надо успеть до того, как подойдёт время вводить в работу  гидрогенератор, находившийся  в ремонте. Специалисты заходят в проточную часть агрегата, чтобы оценить остаточный ресурс колеса, устанавливают аппаратуру, делают разрезы металла лопастей, где обычно образуются трещины, фиксируют смещение кромок и определяют остаточное напряжение. На основании этого дают заключение, сколько ещё циклов нагружения  выдержит данное рабочее колесо. Аналогичную работу этот же институт делал в 80–90-е годы, дав прогноз бесперебойной эксплуатации гидроагрегатов ещё на 20 с лишним лет. Всё-таки в советское время всё делалось с большим запасом, с удовлетворением констатируют энергетики. Сейчас подрядчик не выдаёт таких оптимистичных прогнозов. Но и пессимистичных избегает, осторожно  заключая, что «колесо при таких режимах и условиях эксплуатации проработает до следующего капремонта», то есть шесть-семь лет. В следующий капремонт они предлагают снова провести исследования. «Это понятно, институт хочет всегда иметь работу, – улыбается Кузнецов. – Сами судите: исследование одного гидроагрегата стоит около 5 миллионов рублей».

История онлайн

Вести мониторинг состояния гидроагрегатов  на Усть-Илимской ГЭС с этого года начнут и в режиме онлайн. На 14-й машине готовится к установке система технического контроля (СТК). Андрей Карпачёв подвёл нас к запакованным ящикам с первым комплектом оборудования. СТК – новое требование от  Ростехнадзора и Системного оператора. Комплекс позволяет следить за поведением машин. Такую систему  компании «Диамех 2000» и «Синетик» должны установить на каждом гидроагрегате станции  к 2014 году: ежегодно по четыре устройства. «Персонал сможет наблюдать за поведением машины, в том числе вести вибромониторинг. Плюс будет писаться история состояния.  Таким образом  можно будет понять, при каком отклонении каких параметров нужно отключать машину. Это напрямую отголоски трагедии в Хакасии, – поясняет директор станции Сергей Кузнецов. – На Саяно-Шушенской ГЭС такие СТК уже установлены. Компания «Бентли Невада» совместно с ЛМЗ и бывшим центральным котлотурбинным институтом три года доводили систему до ума, потому что стандарты в разных странах отличаются, а в России до сих пор нет разработанного и утверждённого нормативного документа по данному направлению. Поэтому каждая станция идёт своей дорогой с оглядкой на опыт «РусГидро». Станциям Ангарского каскада с помощью систем технического контроля фактически предстоит заново написать правила безопасной эксплуатации гидроагрегатов.