26 Июля 2019

Чем уникальна модернизация Усть-Хантайской ГЭС?

Здесь с 2014 года «Норникель» реализует масштабную программу стоимостью более 8 млрд рублей, в результате которой мощность станции вырастет на 70 МВт. При этом поворотно-лопастные турбины меняют на радиально-осевые.

Поделиться в социальных сетях

Усть-Хантайская ГЭС – первенец гидроэнергетики Заполярья, построена с 1963 по 1975 годы в 63 км от устья реки Хантайки, правого притока Енисея. С конца 1972 года, когда на ГЭС ввели последний гидроагрегат, здесь работало семь поворотно-лопастных турбин по 63 МВт каждая. И ГЭС суммарной мощностью 441 МВт могла вырабатывать по 2 млрд кВт*часов электроэнергии ежегодно. 

К 2012 году, юбилейному для ГЭС, «старые» гидроагрегаты отработали уже по 40 лет, технически и морально устарели. Задумавшись о модернизации станции, в «Норникеле» решились не просто на замену оборудования, а на кардинальную перестройку всего объекта. Дело в том, что за десятилетия эксплуатации ГЭС стало ясно, что поворотно-лопастной тип турбин оказался не очень эффективен в характерных для Усть-Хантайски кавитационных условиях. Конструктивные особенности таких гидроагрегатов (близость расположения лопаток направляющего аппарата к рабочему колесу) становились главной причиной существенных ограничений в режимах работы станции, приводящих к недоиспользованию ее установленной мощности. 

Но, что еще важнее, все это не очень хорошо влияло на надежность и безопасность – безусловные приоритеты в гидроэнергетике. «В условиях Хантайки фактор надежности рабочих колес гидротурбин является решающим, так как всякое повреждение колеса, направляющего подшипника или крышки турбины создает реальную угрозу затопления машинного зала ГЭС, расположенного в скальной выработке ниже уровня воды, с последствиями, аналогичными произошедшим на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года», - подчеркивают в «Норникеле».

На том этапе развития науки и техники, говорит главный инженер АО «НТЭК» Олег Машинец, когда ГЭС строили, эффективных турбин другого типа просто не было. А потому на Таймыр и завезли поворотно-лопастные. А вот на Курейской ГЭС, которую начали возводить с 1975 года, изначально ставили турбины с радиально-осевым рабочим колесом. И они с тех пор доказали свою безусловную эффективность. Поэтому в «Норникеле», задумавшись о модернизации Усть-Хантайской ГЭС, решили ставить такие же гидроагрегаты и на этой станции. Причем повышенной мощности – по 73 МВт. «Главным достоинством новых гидротурбин с радиально-осевым рабочим колесом является их более высокая надежность по сравнению с существующими турбинами поворотно-лопастного типа. Это подтверждается опытом эксплуатации аналогичных турбин на ГЭС с близкими Усть-Хантайской параметрами», - объясняют в компании.

Кроме того, если текущие ремонты гидроагрегатов практически идентичны (в течение 10 дней надо осмотреть турбину и при необходимости что-то где-то подтянуть или приварить), то капитальные, которые необходимо проводить раз в семь лет (под эти сроки и меняют агрегатов), у поворотно-лопастных турбин занимали до полугода. У радиально-осевых же этот срок не превысит трех месяцев. «Рабочее колесо на старых агрегатах приходилось полностью разбирать. А это очень трудоемкое и времязатратное занятие. Радиально-осевое колесо, установленное на машинах нового образца, можно осмотреть, даже не вынимая из кратера. И если нет особой необходимости, его можно не ремонтировать долгие годы. Это большой плюс, так как дает не только удобство в эксплуатации, но и экономический эффект», - говорит директор Усть-Хантайской ГЭС Алексей Потапов.

За десятилетия эксплуатации ГЭС стало ясно, что поворотно-лопастной тип турбин оказался не очень эффективен в характерных для Усть-Хантайски кавитационных условиях.

Такое на ГЭС случается крайне редко. Достаточно двух фактов – в России подобную трансформацию пережила лишь небольшая по мощности Иовская ГЭС (принадлежит ПАО «ТГК-1») в Мурманской области, где за 2012-2014 годы вместо турбин пропеллерного типа установили поворотно-лопастные. До 2023 года похожая перестройка, только наоборот, запланирована на Иркутской ГЭС En+ Group: четыре из восьми гидроагрегатов с турбинами ПЛ там заменят на пропеллерные. 

Как рассказал «Кислород.ЛАЙФ» главный конструктор по гидротурбинному оборудованию АО «Тяжмаш» Сергей Хаустов, поначалу замена поворотно-лопастных турбин на радиально-осевые на Усть-Хантайской ГЭС вызывала у специалистов большой скепсис: «Мировой опыт таких замен был весьма невелик, причем распространялся он на турбины меньших размеров и имел для разработчиков более «лояльные» требования к новым турбинам. На территории бывшего СССР такой опыт отсутствовал совсем. Тем не менее, замена выглядела очень перспективной, с течением времени к этому вопросу неоднократно возвращались, причем аргументы «за» постепенно стали перевешивать. Заказчик (владелец ГЭС) провел собственные исследования возможности такой замены, в том числе с привлечением зарубежных разработчиков подобного оборудования, которые подтвердили принципиальную возможность операции. В результате именно вариант замены и стал основным при реконструкции оборудования Усть-Хантайской ГЭС». 

Именно АО «Тяжмаш» (Сызрань), поставивший в свое время в Снежногорск и «старое» оборудование, получил шанс реализовать столь уникальный даже в масштабах мировой гидроэнергетики проект (кстати, как и в Иркутске). Договор на проектирование, изготовление, поставку оборудования, монтаж и пуско-наладку между «Норникелем» и сызранским предприятием был подписан в ноябре 2012 года. Положительное заключение Главгосэкспертизы России пришло в июне 2014 года; тогда же в машзале ГЭС стартовали работы на первом пусковом комплексе.

Договор на проектирование, изготовление, поставку оборудования, монтаж и пуско-наладку на Усть-Хантайской ГЭС между «Норникелем» и АО «Тяжмаш» был подписан в ноябре 2012 года.

Это был эксперимент, на котором отрабатывалась вся технология. Строителям и монтажникам нужно было произвести полный демонтаж существующего гидротехнического оборудования (силовую часть, релейную защиту, кабели, щиты собственных нужд, трубопроводы задвижки и т.д.), привести конструкции кратера и узлов крепления гидроагрегата в соответствии с новой турбиной, после чего провести пуско-наладку всего агрегата. При проектировании, вспоминает Сергей Хаустов, пришлось решать две взаимосвязанные задачи: «Во-первых, необходимо было создать гидравлический профиль нового рабочего колеса, отвечающий всем заданным условиям. Во-вторых — скомпоновать новое оборудование в уже существующие места установки, ведь значительная часть существующих турбин (например, фактически все элементы, установленные в бетон и залитые бетоном) не менялась. Первый вопрос был решен привлечением наиболее современных достижений науки, в том числе и зарубежных специалистов. Второй — опытом наших конструкторов». 

Особенности компоновки самой ГЭС также создали сложности – в небольшом машзале, расположенном под землей, можно было организовать лишь маленькую монтажную площадку (всего 20 на 20 метров). Поэтому птребовалось детально проработать всю схему сборки оборудования – прописать строгую последовательность операций по его завозу в машзал, расконсервации, сборке и монтажу в кратере гидроагрегата. 

Но главное, о чем пришлось вспомнить – так это о подвигах первопроходцев. В книге «История Норильска» говорится, что строителям Усть-Хантайской ГЭС в 1960-1970-е мешали не только мороз и ветер: главной проблемой была отдаленность стройплощадки от индустриальных центров и абсолютное бездорожье (Снежногорск находится в 180 км от Норильска и в 100 км от Игарки, добраться до него можно только по воздуху): «Снабжение материалами, оборудованием и механизмами осуществлялось водным транспортом в течение короткой навигации (июнь – сентябрь) по Енисею и Хантайке. Зимой экстренные грузы доставляли только авиатранспортом». 

Географию изменить невозможно, за почти полвека эксплуатации ГЭС поселок гидроэнергетиков не стал ближе, автомобильное и тем более железнодорожное сообщение с «материком» не наладилось. «А на сроки навигации весьма серьезно влияют погодные условия. Начнется зима несколько раньше – и велика возможность задержать груз до следующей навигации, то есть на год, а это – приостановка работ и срыв контрактных сроков. Все это налагает дополнительную ответственность к срокам своевременной поставки оборудования», - рассказывает Сергей Хаустов. Для страховки от таких эксцессов, конечно, организовали доставку грузов и по технологическому «зимнику» длиной более 500 км. Но вообще, срывов в поставках пока не случалось. 

Интересно, что на причале в Снежногорске отсутствовали механизмы грузоподъемностью более 25 тонн. Поэтому, чтобы разгружать тяжеловесное оборудование, пришлось использовать колесные трейлеры и баржи с аппарелями. Нужно было построить и новые склады, в том числе теплые. А обеспечить провоз тяжеловесных грузов от причала №5 до монтажной площадки позволил новый мост через ручей Подпорожистый; для этого же провели капремонт автодорожного моста через сбросный канал (нужно было восстановить его несущую способность).

Маргарита Шрайнер
Строителям Усть-Хантайской ГЭС в 1960-1970-е мешали не только мороз и ветер: главной проблемой была отдаленность стройплощадки от индустриальных центров и абсолютное бездорожье.

Запуск первого замененного гидроагрегата состоялся 20 ноября 2015 года, к еще одному юбилею станции (подписания акта приемки). За прошедшие пять лет на ГЭС заменили уже четыре турбины, пятую планируется запустить в этом августе. Нетрудно догалаться, что сейчас на ГЭС одновременно «крутятся» как старые, так и новые колеса. Причем разной мощности! Такая разница между двумя типами гидроагретов потребовала от инженерно-технического персонала Усть-Хантайской ГЭС нетривиальных решений – например, придумать, как обеспечить эффективную работу «старых» шинопроводов, которым приходится выдавать повышенную мощность. 

Полностью завершить модернизацию Усть-Хантайской ГЭС должны к 2021 году. После этого проектная мощность станции вырастет до 502 МВт, а максимальная годовая выработка – до 2,4 млрд кВт*часов. Также планируется в ходе модернизации реализовать здесь режим синхронного компенсатора. «Это повысит как эффективность работы станции (работа гидроагрегатов с нагрузками менее 70% от номинальных будет минимизирована), так и в целом надежность работы электропередачи Курейская ГЭС – Усть-Хантайская ГЭС – Норильск в части обеспечения ее статической устойчивости», - говорят в АО «НТЭК». 

...Летом 1928 года Николай Урванцев с двумя братьями Корешковыми пришли на реку Хантайка для ее изучения, картографической съемки и разностороннего геологического обследования: «Искали руду, а нашил удивительную «приспособленность» реки для строительства гидроэлектростанции». Никто в мире до Усть-Хантайской ГЭС не строил такие объекты на вечномерзлых грунтах. Новации полвека назад рождались здесь, на берегах Хантайки. Уникальный опыт возведения плотин из переувлажненных глинистых грунтов при уплотнении их тракторами, а также укладки грунтов в зимнее время при низких температурах с тех пор изучают на факультетах энергетики во всем мире. Уникальный опыт модернизации заполярной ГЭС, да еще и с заменой типа турбины, безусловно, также войдет во все учебники.

Полностью завершить модернизацию Усть-Хантайской ГЭС должны к 2021 году. После этого проектная мощность станции вырастет до 502 МВт, а максимальная годовая выработка – до 2,4 млрд кВт*часов.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»