Об опыте строительства и эксплуатации каменно-земляной плотины Вилюйской ГЭС-1, 2 рассказывает на страницах нашего журнала генеральный директор Чернышевского каскада Вилюйской ГЭС Юрий Николаев.
– Общеизвестно, что первой в мире гидроэлектростанцией, построенной в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород, является Вилюйская ГЭС-1, 2. В гидротехническом сооружении – восемь агрегатов общей мощностью 680 МВт, которые были возведены на западе Республики Саха (Якутия) еще в 60–70-е годы прошлого столетия. Толчком к созданию в Якутии уникальной по тем временам гидростанции послужила необходимость обеспечить электроэнергией зарождающуюся алмазодобывающую промышленность. На тот исторический момент на западе Якутии не было реальной альтернативы гидроэнергетическим ресурсам реки Вилюй.
Врезка 1: Створ плотины расположен в 1348 км от устья Вилюя. Среднемноголетний расход воды здесь равен 650 куб. м в секунду.
Строительство гидростанции велось в суровых природно-климатических условиях Крайнего Севера. Климат здесь резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха равна -8 °С. Зимние минимальные температуры достигают -63 °С, а летние, максимальная +36 °С. Таким образом, абсолютная амплитуда температур -99 °С.
Район строительства Вилюйской ГЭС расположен в восточной части Сибирской платформы, на стыке двух крупных разновозрастных структур: верхнепалеозойской Тунгусской и мезозойской Вилюйской. Обе они разделены валообразным Ботуобинским поднятием. Мощность многолетнемерзлых пород в районе гидроузла достигает 600 м. Криогенная толща повсеместно имеет двухъярусное строение. Верхний слой мерзлых пород (вода в твердой фазе) мощностью от 80–90 м (в днище долины р. Вилюй) до 300–320 м (на водоразделах) подстилается морозными породами. Трещины и пустоты заполнены соленой водой с отрицательной температурой. В районе створа подрусловой талик прослежен до глубины 80–90 м, шириной около 100 м. Температура многолетнемерзлых пород на глубине нулевых амплитуд колеблется от -2 °С до -7 °С. Глубина сезонного протаивания пород изменяется от 0,5 до 4 м.
Врезка. Историческая справка. Инженерно-геологические изыскания и проектирование станции были начаты в 1956 году. Непосредственно к строительству ГЭС приступили в 1960 году. Год ввода первого агрегата – 1967-й.
Водохранилище Вилюйской ГЭС-1, 2 характеризуется следующими параметрами: площадь зеркала воды – 2 360 кв. км, полный объем – 40,4 куб. км, средняя глубина – более 17 м.
Возведение Вилюйского гидроузла явилось первым российским опытом строительства высокой плотины из местных материалов в суровых условиях Крайнего Севера. При этом впервые была разработана качественно новая комплексная технология заготовки связных грунтов из вечномерзлых карьеров и укладки их в экран в зимних условиях. Результаты натурных наблюдений, а также расчетные исследования свидетельствуют, что в настоящее время, после более 40 лет эксплуатации, деформационно-прочностное состояние каменно-земляной плотины Вилюйской ГЭС-1, 2 является удовлетворительным. Успешная эксплуатация плотины с позиций сегодняшнего дня убедительно доказывает жизненную важность и полезность полученного опыта, в том числе для строительства гидроузлов в Южной Якутии. Надо отметить, что за годы своего существования станция модернизировалась. Так, в период с 1985 по 1988 год была произведена замена рабочих колес всех четырех гидроагрегатов ГЭС-1, после чего была произведена замена обмотки статора гидрогенераторов и проведена перемаркировка с увеличением установленной мощности агрегатов ГЭС-1 с 77 МВт до 85 МВт.
Еще одной важной вехой в жизни станции стала модернизация регуляторов скорости на гидрогенераторах ГЭС-1 и 2 с заменой морально устаревших регуляторов скорости ЭГР-1Т-100-4 (ГЭС-1), и ЭГР-2М-100/150-4 (ГЭС-2) на новые современные регуляторы скорости с микропроцессорным управлением производства фирм Va Tech и Alstom. Модернизация регуляторного оборудования производилась в период с 2005 по 2010 год. Вновь установленные регуляторы скорости разработаны на принципах применения микропроцессорных технологий, что позволило повысить гарантии регулирования, точность, надежность и быстродействие всей системы регулирования. Система МНУ регуляторов скорости оснащена насосами с системой плавного пуска двигателей, отсутствовавших на насосах старого образца.
Замена регуляторов скорости также является первым шагом к внедрению систем АСУ ТП, базирующихся на принципах микропроцессорного управления. Замена регуляторов скорости позволяет проводить комплексную работу двух станций ГЭС-1, 2 и вновь введенной ГЭС-3 (Светлинской ГЭС) по подстройке частоты и совместной работе, так как станции оснащены микропроцессорными регуляторами и микропроцессорным агрегатным уровнем.
Принимая во внимание солидный возраст станции (она эксплуатируется уже более 40 лет), для дальнейшей эффективной работы оборудования гидроузла необходимо его обновление и модернизация. На ближайшие годы намечены к реализации и внедрению основные этапы модернизации. В целом же модернизация призвана решить несколько задач:
– создание и внедрение систем группового регулирования активной и реактивной мощностью, что позволит автоматизировать управление распределением между гидроагрегатами и выработкой активной и реактивной мощностей 8 гидроагрегатов. Система позволит оптимизировать режимы работы станции и в перспективе, при объединении ОЭС Иркутской области и Западной Якутии, даст возможность участвовать во вторичном регулировании частоты и мощности в объединенной энергосистеме;
– создание и внедрение систем автоматического управления технологическими процессами управления производством. Данные системы призваны обеспечить автоматизацию и эффективное управление технологическими процессами в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Они также обеспечат мониторинг, анализ и контроль изменения всех технологических параметров, увеличение надежности электростанции путем выбора оптимальных режимов использования оборудования, оценки и прогнозирования его работоспособности, снижение аварийности и повышение безопасности оборудования благодаря системам автоматического контроля процессов управления.
Таким образом, поэтапное внедрение таких систем невозможно без своевременной замены основных узлов и оборудования, которое прослужило уже более 40 лет и требует замены, в том числе устройства РЗА, системы оперативного постоянного тока, кабельные линии и так далее. Необходимо отметить, что существующие в настоящее время требования, предъявляемые к объектам гидроэнергетики как к источникам повышенной опасности, не стоят на месте. Они постоянно совершенствуются и ужесточаются. Чтобы соответствовать этим требованиям, необходимо проводить модернизацию не только оборудования, но и гидротехнических сооружений. В этой связи на каскаде Вилюйских ГЭС предусмотрены меры по реконструкции гидротехнических сооружений. Некоторые из этих мероприятий, наиболее важных и актуальных, хотел бы перечислить:
– проведение реконструкции гребня плотины для поддержания надлежащего уровня безопасности уникального сооружения;
– проведение реконструкции водосброса, строительство дополнительного сооружения для повышения надежности и увеличения пропускной способности гидроузла;
– реконструкция водоприемника ГЭС-1, выполненного в открытом варианте, что накладывает определенные ограничения на работу грузоподъемных механизмов. Их эксплуатация должна быть обеспечена при температуре -40 °С и ниже для осуществления работ в зимний период времени.
– замена грузоподъемных механизмов водоприемника на механизмы с быстрым сбросом в поток для предотвращения возможных чрезвычайных ситуаций.
Осуществить выполнение этих мер, обеспечив тем самым безопасность и надежность работы каскада Вилюйских ГЭС, – вот наша главная цель и благородная миссия.