Авария произошла в 8.13.29 во время ШТАТНОГО снижения мощности ГА2, при начале прохождения так называемой "зоны запрещенной работы". Агрегаты проходит эту зону КАЖДЫЙ РАЗ при сбросе нагрузки и прохождение этой зоны есть ШТАТНЫЙ режим. Зафиксировано сильное повышение вибрации. До последнего момента положение лопаток НА ГА2 были в допустимом отклонении. Последняя запись по лопаткам фиксирует их сильный разброс. IMHO Повреждения именно 7-го и 9-го агрегатов можно объяснить тем, что до момента начала затопления генератора не было никаких ни технологических ни электрических предпосылок на их отключение, все параметры были в норме. Когда фронт волны достиг ГА7 произошло КЗ, переданное на Т4. К этому же трансформатору подключен ГА8, на нем сработали электрические защиты по отключению ГВ. С 9-м и 10-м аналогично.
Разрушены три машины ГА2, ГА7, ГА9. ГА1, ГА6, ГА10 визуально наименее пострадавшие.
Повышающие трансформаторы Т3-Т5 пострадали мало, есть надежда.
Начало истории - ГА2.
Теперь по версиям, на мой неквалифицированный взгляд: 1. Терракт - не верю. 2. Открытый затвор на сухой водовод. Нет. а) Затвор поднимается довольно медленно. б) все машины, кроме ГА6 работали. 3. Гидроудар. Гидроудар выглядит так: в результатате нарушений в гидравлике агрегата, лопатки направляющего аппарата резко закрываются. Вода оставшаяся за лопатками по инерции движется вниз по отсасывающей трубе, создавая вакуум, дальше под действием ваккума возвращется обратно и бьёт по закрытому НА. Штатно гидравлическая схема устроена так, что быстрое движение лопаток невозможно. Я не знаю скорости процесса гидроудара, по нашим архивам вакуума в отсасывающей трубе не было, в принципе, могли и не поймать. Если верить слухам, сейсмодатчики удара не зафиксировали. 4. Разрушение крышки турбины. Возможно. 5. "Электрическая" версия - не могу сказать, надо смотреть аварийные осциллограммы релейщиков. На станции эта версия не обсуждалась, только в интернетах в пересказе знакомых.
На сегодняшний вечер 12 человек погибших, т.е. найденных. 64 пропавших без вести, надежд найти их живыми мало. Авария произошла в 8:13, время оперативок, допусков к работам, обходов. Кроме того на нижних отметках находятся мастерские турбинного цеха. В группе, с которой я работал 5 лет, из десяти человек, пропало пять. Осушение нижних отметок затруднено, возникают проблемы с установкой заглушек со стороны нижнего бьефа (выпускные отверстия турбин).
Результаты нашей пятилетней деятельности были уничтожены в течении 10-15 секунд. Судя по всему, автоматика на изначально неаварийных машинах была смыта или обесточена до того, как их параметры вышли за аварийные пределы. Система маслоснабжения тоже была повреждения. Дальше агрегаты были неуправляемы.
версии: Сообщение от FatCat Вы до сих пор не поняли хронологию аварии? тут уже все донельзя разжевано: С момента ввода в работу ГА2 после ремонта в марте 2009 фиксировались неоднократные сбои в работе автоматики, но как объяснялось - это "приработка мозгов к мышцам"... Из-за вибрации, вызванной несинхронизированной работой лопаток НА, (управляемых АСУТП,которую в марте поставил "Ракурс") еще в пятницу, т.е.14.08, вечером обсуждается решение об остановке ГА2, но в понедельник ждут прилета Важных гостей, поэтому остановка ГА2 откладывается с переходом в наиболее оптимальный по уровню вибрации режим. В воскресенье, 16.08, во второй половине дня вибрация становится слишком очевидной и на тех режимах, которые в пятницу были оптимальными. Но на ГЭС ждут Гостей. Данные с датчиков имеют большой разнобой, но кто проговорится перед приездом Гостей? В понедельник, с утра на станцию прибывает усиленный наряд уборщиц для наведения лоска и глянца, а для присмотра за норовистым ГА2 сдвоенная бригада слесарей и ремонтников. Остановка ГА2 в аварийном режиме (с перекрытием ВБ и сливом воды из водовода) перед самым приездом Гостей - приговор премиям, а возможно и потери рабочих мест. Поэтому и решается останавливать ГА2 штатно. Во время прохождения "зоны запрещенной работы" лавинообразно читать дальшеЯ допускаю мысль что контроллер мог не справиться с большим числом входной информации поступающей в случае развития аварийной ситуации и просто напросто "заткнулся", подвесив все задачи и выйдя на "watchdog" - запустил процесс перезагрузки контроллера (либо перехода на резервный процессор - на знаю детали как там было реализовано и на чём). В любом случае - есть потеря управления процессом на срок от 20 до 50 мс, причём резервный процессор в первый момент имеет информацию устаревшую на дельту, равную времени перехода, и в случае аварийного развития ситуации - при подхвате данных с модулей - получает "ударную" нагрузку данными, отличющимися на значительную величину от тех, что были у него на момент начала его работы. Получаем классическое "ударное" включение. В результате мы снова получаем перегруженную задачу и зависший процессор. и полную потерю управлениясбоит питерская автоматика, которая дает команду на закрытие НА. Столб движущейся воды в водоводе резко упирается в закрывающиеся лопатки НА... Но - закрываются они - НЕСИНХРОННО!!! Представьте себе дисбаланс нижней части РК, на которую неравномерно попадают тысячи кубометров воды с постоянной скоростью... от перекоса в несколько миллиметров, вызванного этим дисбалансом, происходит обрыв креплений, ослабление посадки в спиральную камеру и вода поднимает всю эту конструкцию вверх. Незакрывшаяся часть лопаток НА обламывается краем спиральной камеры и падая, перекрывает выход воды в НБ. Пока вращающийся основной ротор не соприкасается со статором, он приподнимает вместе с собой ротор генератора возбуждения, а тот цепляет и отрывает, а потом отшвыривает в сторону крышку. Она почти целая падает на ГА1. Куски ротора возбуждения перемалывают стакан ГА и статор. Снизу бьет вода, приподнимая эту "юлу". Ротор с НА и РК, в какой-то момент встав вертикально, проваливается сквозь поток, и натолкнувшись на края спиральной камеры, срывается со спиц, закручивая их как лепестки, сам же падает вниз. Вода "играет" гигантским "пестиком в ступе" бывшего ГА2, от этого на первом видео и неравномерность потока. Волна, прокатившись по машинному залу, смывает н@хрен всю управляющую автоматику (примерно так, как отрубают голову курице во дворе), и заливает все остальные ГА. Из-за того, что ГА соединены с трансформаторами попарно, часть ГА успевают аварийно затормозить, остальные же идут в неконтролируемый ничем разгон. Тормознулись - 1ГА, 3ГА, 4ГА, 5ГА,8ГА. 6-й стоял в ремонте и должен был запуститься 21-го августа. На том видео, где мужики кричат о том, что не смогут закрыть заслонки ВБ - 9ГА, который раскрутился до немыслимых оборотов. вода, хлещущая из него - это остатки той воды, которая вылетела из 2ГА. 7ГА на том же видео уже неподвижен, стоит с размолотым статором и мятой "звездочкой" из крышки. На 10ГА успели прикрыть заслонки ВБ незадолго до разгона, аналогичного 9ГА.
Как я понимаю (сверху в низ): 1-ый (верхний) график (красный) - мощность которую выдаёт агрегат. (в МВт) 2-ой (зеленый) частота тахогенератора (условно Гц) - она должна быть всегда стабильной - основная задача автоматики - держать ее путем регулирования НА при изменении мощности 3-ий (Синий) - степень открытия НА (видимо %) спуск вниз говорит о том что лопатки закрываются - вверх открывааются 4-ый (темно зеленый) - ток не знаю на чем... возможно на роторе (а = активации), а может и на выходе (надо поискать что за значение у Брызгалова обычно равно 23 (каких-то единицы) (была там цифра 23кА помниться но к чему не помню) 5-ый (то-же красный) как написали уровень вибрации подшипника подпятника (видимо в микрометрах) - сразу выскочил за пределы.
Первопричина, думаю, окажется как я и говорил - ослабление обода ротора... т.к. видно резкое падение тока за мгновение до начала сильных вибраций - не исключено его в этот момент "стронуло".
После чего резко усилилась вибрации - (дисбаланс который уже никак сам не мог компенсироваться) ...
Дальше из-за вибраций верхний ротор тахогенератора коснулся статора и видимо развалился - после чего всё и началось.
на 25 секунде датчик вертикальной вибрации отказал через 1/4 секунды отказал тахометр измерения закончились на 28 секунде
корпус ГА начал отстегиваться от бандажа болты отрывались с 25 секунды чуть менее 3 секунд
Вибрация вызывается самой работой гидроагрегата (например кавитацией на лопастях РК), а не только несинхронной работой лопаток НА. Это первое. Второе - ВСЕ лопатки направляющего аппарата имеют индивидуальный привод, но каждый гидравлический сервомотор каждой лопатки связан с ОБЩЕЙ гидросистемой, которая управляется ЕДИНСТВЕННЫМ золотником. ПРИНЦИПИАЛЬНО невозможно двигать направляющий аппарат НЕСИНХРОННО. Однако из-за различий в сервомоторах рассогласование на лопатках может достигать определенных величин. При превышении заданного рассогласования агрегат выводится из работы. В трэндах АСУ ТП НЕ ЗАФИКСИРОВАНО сколько-нибудь заметного рассогласования лопаток до момента аварии, а к ее концу, что вполне естественно, рассогласование все же возникло и очень большое. 4. Каких таких гостей ждут на ГЭС? 17 числа августа месяца должен был состояться пуск ГА6. Начало работ было назначено на 9 часов утра по местному времени. После этого до полной сдачи этот агрегат должен был проработать без сбоев в сети ажно 72 часа, так что в понедельник приезжать гостям - никакого резона.
Хочу напомнить, что электрическая мощность есть произведение тока на напряжение, поэтому самый верхний график мощности на трендах - есть величина расчётная, а не измеряемая. Измеряемые величины - ток одной фазы Ia (с трансформатора тока ТТ) и межфазное напряжение Uab (с трансформатора напряжения ТН). Для трёхфазных сетей мощность рассчитывается по формуле: P=квадратный корень из трёх * Ia * Uab.
Для номинальной мощности 640 МВт и номинального напряжения 15,75 кВ ток равен 23,5 кА. В тренде до аварии мощность плавно снижается с 550 до 450 МВт, а ток - с 23 до 16 кА при неизменном напряжении в 15,75 кВ. Тут надо заметить, что измерения тока и напряжения - самые достоверные данные на протяжении всего хода развития аварийного процесса. Это обуславливается расположением измерительных элементов (ТТ и ТН) вне машинного зала, как верно кто-то уже заметил на ветке. Они находятся рядом с трансформатором Т1 за стенкой вдали от гидроагрегатов, и умирают последними, в отличии от других датчиков.
Во время аварии на трендах прочитывается короткое замыкание: ток уходит вверх в 25кА, напряжение - почти до нуля вниз. Почему напряжение не чистый ноль, а чуть больше - вполне понятно, это фиксируется напряжение горения дуги, вольт эдак 500. С током чуть сложнее. Скорее всего, трансформатор тока был выбран на номинальное соотношение 25000:5 для измерения номинального тока в 23,5 кА, то есть разработчики могли настроить АСУТП на 25 кА как на предельный измеряемый ток, и все превышающие значения ограничиваются этой цифрой. Но есть и другое объяснение: ток действительно мог быть ограничен физически. Достаточно вспомнить, что ТТ при измерении тока не видит разницы между направлением тока (ему всё равно - что от генератора, что к нему), и что к силовому трансформатору Т1 были подключены два работающих гидроагрегата: ГА1 и ГА2. То есть место короткого замыкания подпитывалось от соседнего ГА1 через Т1, что фиксировалось ТТ и отражено в логах. Ток КЗ мог ограничиваться сопротивлением трансформатора Т1, поэтому он оказался не таким уж большим - всего лишь 25 кА на фоне номинального в 23,5 кА. Этот процесс КЗ, когда одновременно обе величины - ток и напряжение - принимают характерный вид на трендах, продолжается чуть больше секунды: 8:13:27,8 ... 8:13:29 За это время (можно предполагать) сработала уставка защиты ГА1 по превышению тока с выдержкой времени, отключив его от сети и переведя НА в режим быстрого закрытия. Процесс закрытия НА длится, если я ничего не путаю, примерно 14 секунд. Если на протяжении этих 14 секунд оперативное напряжение будет в наличии и шкафы с управлением ещё не смыты водой, то ГА1 благополучно успеет остановиться без повреждений и будет готов принять на себя потоки Енисея с минимальными разрушительными для себя последствиями.
Это предположение косвенно подтверждается, например, тем фактом, что ГА1 - один из наименее пострадавших гидроагрегатов, особенно по сравнению с ГА3, который расположен настолько же близко, но с другой стороны от повреждённого ГА2, и пострадал сильно.
Примерно по такой же схеме происходило попарное выживание ГА8 и ГА10. Когда до ГА7 дошла волна воды, он был под напряжением, коротнул и умер. Трансформатор Т4 удивился и обесточил соседний ГА8, тем самым спас его. Запас времени у ГА8 был минимальным - вода пробегала расстояние от одного до другого ГА (примерно 20 м) за несколько секунд, явно меньше 14 сек, поэтому ГА8 и ГА10 сохранились, но пострадали сильнее, чем самый удачливый ГА1 с самым большим запасом времени на отключение.
Возвращаемся к ГА1. А сколько было времени в запасе у ГА1 после начала аварии у соседа до момента появления воды у границы своего стакана? Посчитаем. Данные возьмём из рассказа очевидца - Олега Мякишева Цитата: Я стоял наверху, услышал какой-то нарастающий шум, потом увидел, как поднимается, дыбится рифленое покрытие гидроагрегата. Потом видел, как из-под него поднимается ротор. Он вращался. Глаза в это не верили. Он поднялся метра на три. Полетели камни, куски арматуры, мы от них начали уворачиваться... Рифленка была где-то под крышей уже, да и саму крышу разнесло... Я прикинул: поднимается вода, 380 кубов в секунду, и — деру, в сторону десятого агрегата. Я думал, не успею, поднялся выше, остановился, посмотрел вниз — смотрю, как рушится все, вода прибывает, люди пытаются плыть... Рассказ сумбурный, после шока это естественно. Некоторые фразы не совсем точны и могут быть истолкованы по-разному. Итак, люди уворачивались от камней. Камни получали скорость от вращающегося ротора, и максимальную скорость камней мы можем определить. Наибольшая скорость была на внешней стороне ротора. При номинальных оборотах 142,8 об/мин (2,38 Гц) и внешнем диаметре ротора 10,8 м (внешний диаметр статора известен - 14,8 м, вычитаем из него удвоенную его толщину, на глаз где-то метра два), то наибольшая скорость V=пи*D*f=80 м/с. Камни не могут лететь быстрее.
Время. Олег Мякишев сказал, что ротор поднялся на 3 м, но не уточнил: 3 м между полом и нижней границей ротора, или верхней границей. Из других источников якобы известно, что над полом видели даже крышку турбины - это ещё бОльшая высота, метров 5. Если принять эту цифру и учесть высоту ротора (около трёх метров), то верхний край ротора окажется на высоте 8 м над полом МЗ. Это будет наивысшая точка, из которой могут лететь камни. Время полёта (падения) вычисляется по школьной формуле: t = корень квадратный(2 * H / g) = 1,3 сек. За это время камень со скоростью 80 м/с пролетит расстояние до 103 метров. Олег Мякишев стоял на расстоянии от 40 до 100 метров от границы ГА2, и время полёта камня до него составляло от 0,5 с до 1,3 с. Меньшее время не позволит увернуться от камня в силу ограниченности человеческой реакции, а на бОльшем расстоянии уворачиваться вообще не пришлось бы. Итак, очевидец в момент аварии находился в районе 5-го или 6-го агрегатов (при расположении агрегатов с шагом в 20 м).
После обстрела камнями Олег Мякишев побежал к выходу из МЗ в сторону ГА10, это расстояние составляет более 100 м. Вряд ли скорость его бега превышала 18 км/ч (5 м/с), поэтому время бега составило не менее 20 секунд. Добежав до лестницы и поднявшись по ней (ещё секунд 5), он видит воду и плывущих людей.
Итак, общее время от видимого начала аварии (появления ротора в зале) до явного наличия воды в машинном зале составляет: 1 сек на уворачивание от одного камня + 20 сек бега + 5 сек лестницы = 26 сек. Вода в зале появляется не позднее 26 сек от начала.
Оценим минимальное время до появления воды. Ротор поднимается вверх над полом МЗ, вместе с ним поднимается крышка турбины, а в это время внизу вода получает возможность беспрепятственно подниматься в МЗ. Расход воды в водоводе известен: 380 м3/с. После спиральной камеры он разделяется на два потока: один течёт вниз в отсасывающую трубу, второй - вверх. Допустим, что потоки делятся примерно поровну. В МЗ идёт поток 190 м3/с. Этот поток наполняет сперва цилиндрическую камеру крышки турбины диаметром 7 м и высотой 7м, а потом пространство цилиндрической формы диаметром 15 м и высотой 5 м, где находились ротор и статор. Общий объём двух камер (по формуле V=H*пи*D*D / 4) равен 1153 м3, и он заполнится за время 6 сек. Вода в зале может появиться не раньше, чем через 6 сек от начала.
Итак, минимум - 6 сек, максимум - 26 сек. Истина лежит где-то посередине между этими крайностями: (6+26)/2=16 сек. Это ориентировочное время между началом активной фазы развития аварии и появлением больших потоков воды составляет примерно 16 сек (брызги могли появиться и раньше), что вполне соответствует предположению, что ГА1 выжидает 1 сек после начала КЗ у соседа, после чего отключается от сети и тратит 14 последних сухих секунд на закрытие НА, и ко времени появления потоков воды он уже готов к безопасному затоплению. Он вовремя узнаёт об аварии и успевает подготовиться.
Теперь о небольшом скачкообразном уменьшении тока (на трендах) незадолго перед аварией. Скачок настолько незначительный, что при любом раскладе (даже если этот скачок каким-либо загадочным образом связан с аварией) он не мог оказать влияния на ход событий в силу своей малой величины. Скорее всего, это обычное изменение нагрузки у крупного потребителя. Если я выключаю свет в комнате, на электростанции скачком снижается ток нагрузки генератора, но он будет незаметен на общем фоне ввиду малой мощности моей лампочки. Если же отключается относительно большая близкорасположенная нагрузка (например, какая-нибудь плавильная печь алюминиевого завода), то это отразится на графике как раз подобным образом. Нагрузка генератора постоянно меняется - это легко заметить по постоянному "дрожанию" графика тока, и это есть нормальное включение или отключение нагрузки потребителя. Просто в один из моментов "дрожание" произошло на более крупную величину. Я бы не стал придавать этому большое значение. -------------------- Таким образом, начало аварийного процесса приходится на время появления недопустимой вибрации в 8:13:25. Окончание первой скрытой аварийной фазы и переход в видимую аварию с вылетом ротора - это начало КЗ в 8:13:28. Длительность скрытой фазы - 3 секунды.
Вибрация появляется за 3 сек до вылета. За 2,5 сек до вылета появляется ошибочное показание частоты: 125%. За 1 сек до вылета датчик частоты выдаёт другое ошибочное показание: 5%, показания НА в то же мгновение сдвинулось немного вверх по неизвестной причине - возможна неисправность одного или нескольких из имеющихся 20-ти датчиков положения лопаток НА. Ну и в самый момент вылета происходит окончательный отрыв датчика частоты и всех датчиков НА. В тот же момент происходит КЗ - разрушен статор, наиболее вероятная причина - касание (удар) ротора по статору с разрушением целостности изоляции обмоток статора.
И последнее замечание. В момент разрушения ГА2 ротор (линейная скорость обода 80 м/с) касается статора и получает вертикальную начальную скорость 16 м/с. Именно такая начальная скорость необходима для того, чтобы тело поднялось на высоту 13 м над начальным положением, или с учётом углубления - на 8 м над полом машинного зала. Имея данные по скорости горизотнальной и вертикальной мы можем определить угол, под которым должно произойти соударение (касание) ротора об статор: 11 градусов.
Остаётся дело за малым: найти причину, вызвавшую вибрацию и наклон оси на 11 градусов из начального вертикального положения ГА за время около трёх секунд.
http://forums.drom.ru/1076103081-post5606.html На рисунке внизу синим цветом обведены срезанные цапфы лопаток НА турбины, оставшиеся в крышке турбины. Особенно примечательна цапфа, на которую указывает красная стрелка. Видно, что большая часть поперечного сечения цапфы срезана, и только остаток имеет характерные следы разрыва. То есть, крышка турбины почти срезала свое крепление к спиральной камере и цапфы лопаток НА и в этом момент ее начало отрывать от спиральной камеры давлением воды. Срезать крышку турбины могло только лишь в одном случае - заклинивание ротора турбины (РК+вал) в крышке турбины. В этом случае момент инерции ротора агрегата пытается провернуть крышку турбины относительно спиральной камеры. Никакие другие силы и моменты не могли вызвать столь характерные разрушения.
В этом смысле примечательны ГА-7 и ГА-9. Хотя ротор и статор генератора вместе с опорой генератора и крестовиной этих агрегатов были полностью разрушены, а сам ротор турбины был раскручен до оборотов, в несколько раз превосходящие допустимые, отсутствие заклинивания ротора турбины в крышке турбины обеспечило целостность крепления крышки турбины к спиральной камере. При этом, естественно, в процессе разрушения генератора и его опоры ротор турбины испытывал колоссальные вибрации и ударные нагрузки.
а оставьте вы уже в покое генератор. Не мог он быть причиной такой аварии.
Никакое КЗ к такому привести не может. Обмотка погорит, на крайняк железо зацепит, но ротор никуда не улетит. А то уже договорились, что генератор сам наверх взлетает и удерживает его от этого турбина... Подпятник - это по сути упорный подшипник, вся масса ротора держится на нем. В данном случае он расположен на крышке турбины. А магнитным полем ротор удерживается во вполне определенном положении - оно будет препятствовать любому смещению ротора из статора по оси...
На 2-ом генераторе ротор явно вышел наверх (что и подтверждается показаниями очевидцев). Узел подпятника и крепление к турбине на снимке выглядит вполне прилично. Так что выходило оно все вместе. Никакого разрушения подпятника нет. Никакой ротор генератора по турбине не долбил. Шло смещение всего агрегата - снизу, от турбины. И выдавливать с такой силой его могло только водой. Гидроудар был. И именно он и являлся причиной аварии. В нормальном рабочем режиме нагрузка на упорный подшипник агрегата этой станции 3250тонн (из них 980т это ротор генератора, остальное дает турбина).
И отрыв обода от спиц думаю был уже наверху. На примере 7 и 9 агрегата видно, что статор генератора слишком хлипкий, чтобы оторвать обод закрутив в бараний рог все спицы. Скорее всего это ротор ободом прошелся по бетону... Либо его оторвало в момент гидроудара. На графиках видно, что при повышенной вибрации турбины генератор по прежнему выдавал мощность в сеть. Отрыв обода не мог быть ее причиной.
После заливания машзала все защиты повырубились и агрегаты пошли в разгон. Большая часть агрегатов его на первый взгляд пережила (хотя реально скорее всего все или почти все крутившиеся уйдут под списание). При проектировании агрегата закладывался угон на 280 об/мин. То есть почти двухкратный. Что и позволило агрегатам не развалиться. Теоретически этот угон задается проектировщиком исходя из того до каких максимальных оборотов способна раскрутиться турбина при максимальном напоре. Больше быть не должно.
Авария развивалась 6 сек. крышка продержалась 3 сек (КЗ, пропал сигнал с НА)
21 сек. начали прикрывать НА, мощность пошла в низ 25 сек. вибрация (перекос НА, турбина задевает "лабиринты"), скачек частоты (сбой датчика ввиду вибрации вала), видимо в этот момент вода пошла по увеличившейся щели противоположной стороны лабиринта 28 сек. срыв крышки, возможно "проворот" (обрыв датчика положения НА) со срезанием болтов и лопаток ввиду подклинивания перегревшегося подпятника, ротор бьёт по статору (КЗ), увеличение угла наклона, увеличивается щель тока воды под генератор. крышка пошла вверх (обрыв датчика частоты) 29 сек. отключение генератора 31 сек. ГА выходит в машзал (обрыв датчика вибрации подпятника).
запредельная вибрация держится 6 сек, потом становится чуть ниже - это свидетельство того что крышка оторвалась и вибрирует вместе с турбиной.
Оборотная вибрация это вибрация пропорциональная по максимальной амплитуде скорости вращения. Ее причина дисбаланс ротора. Она должна была появиться задолго до аварии. И постепенно нарастать по мере умирания агрегата. Вся основная масса и момент ротора генератора это обод. Если бы он был ослаблен, там бы агрегат трясся бы не по детски. И чувствовалось бы это в первую очередь на подшипниках генератора (включая верхний).
На графике мы просто видим резкое нарастание вибрации. Оборотная она или нет по этому графику определить нельзя. Надо иметь раскладку амплитуды вибрации по времени. И с дискретностью не в 3 секунды, а на 2-3 порядка меньшей...
Данный материал подготовлен на основании сообщений на форуме автомобилистов в ветке, посвященной аварии на Саяно-Шушенской ГЭС (ссылка)
1. В январе 2009 года гидроагрегат N2 был остановлен на плановый ремонт, в ходе которого была модернизирована его автоматика. В марте ГА 2 был запущен, однако, его работа вызывала нарекания. По одному из свидетельств были докладные о недопустимом нагреве каких-то узлов агрегата. По другому свидетельству, сбоила автоматика, но было решено, что все войдет в норму в процессе постепенной притирки.
2. В выходные 15 – 16 августа поведение ГА2 ухудшилось, возросла вибрация (одно свидетельство). В 3 часа ночи на понедельник была попытка остановить агрегат, но при этом возникли проблемы, и останов был отложен (другое, независимое, свидетельство). Ситуация оценивалась как серьезная, о чем есть еще одно свидетельство: одного из начальников цехов, бывшего в отпуске, в 6 утра вызвали на ГЭС. Еще утверждают, что в понедельник на ГЭС ожидались какие-то торжества, что могло добавить нервозности и способствовать лишним ошибкам.
3. Утром с началом новой смены (8 часов утра, 4 часа по Москве) начали снова выводить ГА2 из-под нагрузки. Выключение решили делать штатным образом. Многие задним числом утверждают, что были предпосылки для аварийного выключения (с закрытием затворов на верхнем бьефе) – тогда катастрофы бы не было.
4. Катастрофа развивалась несколько секунд. По словам одного из очевидцев (не видевшего машинный зал в момент аварии), сначала появилась сильнейшая вибрация, затем два хлопка один за другим, после этого шум воды. Более точная информация содержится в данных (трендах), отображенных на рисунке. Аутентичность этих данных не доказана, но данные очень правдоподобны и совпадают с описаниями очевидцев, видевших их в первый день после аварии. К сожалению, временной бин в отображении данных слишком велик, но из них видно достаточно много.
Итак, в 08ч. 13 мин. 21 с. лопатки направляющего аппарата (третья сверху кривая) начали плавно закрываться, мощность генератора – падать с некоторой задержкой (верхняя кривая). На 24.5 секунде генератор вошел в так называемую «запрещенную зону» - неполная мощность, при которой поток на рабочее колесо пульсирует и развиваются вибрации. Через полсекунды вибрации резко (быстрей чем ширина секундного или полусекундного бина) возрастают до недопусимых и, возможно, максимально возможных значений – 2000 мкм (нижняя кривая). Еще через полсекунды датчик оборотов показал скачек скорости вращения ротора на 25 процентов. Этого в реальности быть не может – соответствующее приращение энергии вращающегося ротора порядка двух гигаджоулей: что-то произошло с датчиком. Еще через секунду отрубаются датчики раскрытия лопастей направляющего аппарата, но датчики, снимающие токи и напряжения с генератора еще живы, и они показывают картину, которая может быть интерпретирована, как короткое замыкание на выходе. Ток чуть подскакивает, напряжение и мощность сильно падают, но не до нуля. Видимо, остаточное напряжение (около киловольта или меньше) обусловлено сопротивлением электрической дуги, каковая является основным механизмом короткого замыкания при таких мощностях.
5. В результате еще непонятой цепи событий гидроагрегат вместе с рабочим колесом и крышкой турбины вылетел из колодца вверх, и вода из спиральной камеры хлынула в машинный зал. Вот свидетельство очевидца (Олега Мякишева), находившегося в машинном зале, которое уже прозвучало в СМИ, но заслуживает цитирования и здесь: - Я стоял наверху, услышал какой-то нарастающий шум, потом увидел, как поднимается, дыбится рифленое покрытие гидроагрегата. Потом видел, как из-под него поднимается ротор. Он вращался. Глаза в это не верили. Он поднялся метра на три. Полетели камни, куски арматуры, мы от них начали уворачиваться... Рифленка была где-то под крышей уже, да и саму крышу разнесло... Я прикинул: поднимается вода, 380 кубов в секунду, и — деру, в сторону десятого агрегата. Я думал, не успею, поднялся выше, остановился, посмотрел вниз — смотрю, как рушится все, вода прибывает, люди пытаются плыть...
Следует напомнить, что напор воды – около 200 м. Струя воды за секунды снесла часть стен и перекрытия машинного зала и в течение нескольких минут била гигантским фонтаном с переменной силой, меня направление из-за того, что в образовавшемся кратере болталась махина гидроагрегата. Эта струя и разрушение машинного зала зафиксировано очевидцем с помощью камеры мобильника (ссылка).
6. Поток воды, хлынувший в зал, привел к основным жертвам и вызвал дальнейшие разрушения. Похоже, автоматика нескольких гидроагрегатов (именно ГА1, 3, 4, 5, 8, 10) успела дать команду на останов, до того, как была сметена водой и эти агрегаты в той или иной степени отключились, потому остались более-менее целыми. Шестой находился в ремонте, потому пострадал меньше других. ГА7 и ГА9 не отключились к моменту, когда в них хлынула вода. На упомянутой выше видеосъемке очевидца видно, как из за короткого замыкания выгорает ГА9. Он и ГА7 получили огромные разрушения, но, к счастью, остались на месте.
7. Через несколько минут вручную закрыли ремонтный затвор второго агрегата на верхнем бьефе и вода остановилась. Есть еще аварийный быстропадающий затвор, но он по каким-то причинам не сработал: то ли автоматика не выработала соответствующей команды, то ли его заклинило.
9. Через несколько часов открыли водосброс плотины. На этом аварийная цепь событий остановлена, но проблемы и угрозы не исчезли и основная из них связана именно с водосбросом. Во-первых, он проблемен изначально: вода регулярно разбивает бетонные водобойные колодцы. Во-вторых, его пропускная способность недостаточна: он рассчитан на то, что в параллель с ним вода сбрасывается через работающие агрегаты. Угроза придет с весенним паводком: имеющийся водосброс в одиночку с ним не справится. Строился еще один, обводной водосброс, но работы на нем приостановлены. Сейчас они, вероятно, будут возобновлены, но к весне его достроить не успеют. Поэтому специалисты, общающиеся на форуме, посвященном катастрофе, активно обсуждают вопрос, как пропустить воду через уцелевшие, но не работающие гидроагрегаты (к весне их вряд-ли запустят).
у га есть только одна точка, на которую все давит - это опорный подшипник на подпятнике. Сам подпятник стоит на крышке турбины, крышка турбина стоит на спиральной камере, спиральная камера стоит на земле. Это все опора.
На опорном подшипнике висит вал. Снизу к валу приделана турбина, она соответственно висит на валу. Сверху на валу стоит ротор генератора, который давит на вал вниз. На турбину не давит, турбина висит на подшипнике, как люстра на потолке.
Еще два подшипника держат висящий вал вертикально - один в крышке турбины, другой в крышке турбоагрегата, она же крышка турбогенератора, она же крестовина, она же звездочка Последние два подшипника только центрирующие, они держат вал вертикально и предотвращают биения и горизонтальную вибрацию.
Вертикальная вибрация, которую мы видим на графиках ограничена только опорным подшипником и весом всего ротора.
Перемещению ротора вверх не препятствует ничего, но ограничивает это перемещение крышка турбины. Опорного подшипника, ограничивающего перемещение ротора вверх нет. Сил, которые бы поднимали ротор вверх тоже нет. Есть одна сила - давление воды помножить на площадь сечения вала, но она пренебрежимо мала. Большая сила может давить на крышку турбины, но таковая привинчена к улитке, вмурованной в 6 метров бетона сотней "болтов".
Электронная часть регулятора частоты вращения гидротурбины (ПТК ЭГР) осуществляет сбор данных о состоянии объекта управления (гидротурбины) и формирует управляющий сигнал для гидропривода лопаток направляющего аппарата турбины. Катастрофические неисправности или неправильные действия электронной части могут вызвать движение сервомоторов с полной скоростью либо на открытие, либо на закрытие. 1.При движении сервомоторов направляющего аппарата с полной скоростью на закрытие возникает режимы экстренной остановки или аварийного сброса нагрузки, которые являются предметом тщательного исследования и анализа на этапе выбора закона движения регулирующих органов для этих случаев. При этом максимальная скорость закрытия определяется специальными устройствами, расположенными в гидравлической колонке управления и в индивидуальных сервомоторах лопаток. (см.: стр.129, том 1, «Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование ГЭС», ), Справочное пособие). Режим аварийного сброса нагрузки - расчет гарантий регулирования (см.: стр.125 том 1, там же) определяет максимальное число оборотов и максимальное повышение давления в спиральной камере при сбросах нагрузки. Этот режим проверяется в процессе сдаточных испытаний системы регулирования. Режим экстренной остановки при одновременном снижении нагрузки менее опасен, чем сброс ее с отключением генератора от сети, так как не сопровождается повышением частоты вращения. Итак, полное закрытие турбины с максимальной скоростью, по траектории, формируемой исполнительной гидравлической системой длится определенный отрезок времени, детально рассчитывается и не приводит к аварии агрегата. 2.При полном открытии направляющего аппарата и отключении агрегата от сети турбина разгоняется. Разгон турбины происходит не мгновенно, а определяется мощностью турбины и инерцией ротора. Эта ситуация характерна для гидравлических турбин при аварии системы регулирования, поэтому также тщательно анализируется. Обычно до момента срабатывания противоразгонной защиты со сбросом щитов проходит 5-6 секунд. А достижение угонных оборотов происходит примерно за 20 с. За то время пока падают «быстропадающие щиты» ротор должен выдержать угонные обороты(максимальные обороты при полностью открытом направляющем аппарате) без разрушения. Это качество закладывается при выборе конструкции ротора и расчетных запасов прочности. Тренды СШБД показаний датчиков вибрации (рис.1.) говорит о том, что с момента времени 4:13:24,727 за 1-2 секунды до аварии вибрации подшипников турбины и генератора возросли более чем в 10 раз, что свидетельствует о быстром нарастании механического движении ротора в вертикальном направлении. Сигналы параметров режима сохраняли свое нормальное значение примерно в течение 1,5 с после резкого увеличения амплитуды вибраций.
Рис.1. Изменение амплитуды колебаний опор подшипников и вала турбин до и момент аварии.
Анализ трендов сервера СШБД (см. рис. 2) показывает, что в течение одной секунды показания датчиков параметров режима турбины (в процентах от номинальных значений): AI_Y1 - открытие направляющего аппарата; AI_PG_R – групповое задание мощности; XG1 - частота вращения турбины по сигналу датчика тахогенератора; XG2 - частота вращения турбины по сигналу частоты напряжения генератора; AI_PG – активная мощность агрегата. отклонились от нормальных значений, соответствующих предыдущему устойчивому статическому режиму турбины, до нулевых (обрыв датчика). Синяя вертикальная линия отмечает момент времени скачкообразного увеличения вибрации – начало аварии.
Рис.2. Изменение параметров режима агрегата №2 до и в момент аварии.
Развитие аварии происходило практически мгновенно (1-2 секунды) по сравнению с возможностями системы управления. Оказать какое-либо влияние на течение аварии система регулирования была не в состоянии. Регулятор разгружает машину, закрывая направляющий аппарат (AI_Y1), в соответствии с сигналом группового регулятора (AI_PG_R). Разгрузка продолжается еще около1,5 с, после момента увеличения вибраций (синяя вертикальная линия с отметкой времени) и до момента скачкообразного изменения сигнала управления от группового регулятора. Одновременно с изменением сигнала группового регулятора происходит обрыв сигналов частоты вращения ротора (XG1) и частоты напряжения сети (XG2). Регулятор переходит сначала в режим «МОЩНОСТЬ», а затем в режим «ЧАСТОТА» в полном соответствии с заложенным алгоритмом. Анализ поведения регулятора показывает, что он не мог создать аварийную ситуацию. Не мог способствовать и локализации аварии, как в силу потери информации о состоянии объекта, так и в силу ограниченности воздействия на мощность машины.
Гл. специалист по системам регулирования гидротурбин, д.т.н. О.И. Башнин. Гл. конструктор отдела ОКР Д.Н.Клевин.
Цитата: Вы обещали выложить расчеты, подтверждающие теорию с отрывом обода, очень интересно взглянуть.
подсказка: 1. Момент инерции РК+Вал+Спицы ротора по первой прикидке раз в 10 меньше чем момент инерции РК+Вал+Спицы+Обод РОТОРА. Т.е. ГА без обода ротора может раскручиваться в 10 раз быстрее. 2. При снятии активации с ротора вся потенциальная энергия падающей воды перестает расходоваться на генерацию электричества. 3. Если у вас есть горизонтальная труба одного сечения и давление с одной стороны 20 атм. то с другой тоже будет. 20 атм. 4. Штатно между РК и крышкой есть прослойка воды с давлением незначительно превышающим давление на выходе из под турбины (оно напомню штатно 0,6 атм.). Эта прослойка не дает РК касаться крышки, НИКАКИХ ДРУГИХ ПРЕПЯТСТВИЙ которые бы мешали РК коснуться крышки, кроме его собственного веса нет. 5. Давление оказываемое весом ГА если-бы он стоял на своей крышке на земле (если предположить как-будто это плоская опора) примерно 10000000Н / 37м2 = 270270Н/м или 2,7 атм, максимум 4 атм. вместе с самой крышкой.
Все что вам теперь осталось - представить что происходит при отрыве обода ротора от его спиц.
Для справки (примерно) вес РК+Вал = 160 тонн вес РОТОРА (со спицами) = 860 тонн вес остальных частей ГА - не существенен
21.0 - начали сброс мощности путем закрытия НА и смещения фазы на трансформаторе. 24.0 - начала снижаться мощность ГА 24.5 - Смещение фазы на статоре наконец-то обогнало, угол фазы на роторе. Ротор дергает - и УПС обод соскакивает с ротора. После этого момента мы видим уже не ток системы ГА+внеш нагрузка, а ток проходящий через статор из системы Внеш. нагрузки+вращающийся ротор. Ротор, за счет колоссальной индуктивности своих магнитных катушек как мы знаем, разактивируется за 1,5с. Все эти 1,5 секунды он еще имеет магнитное поле, которое медленно спадает. Т.к. у него еще есть индукция + колоссальный момент инерции хоть он и оторвался, он продолжает вращаться в воздухе! Ведь его теперь держит магнитная индукция статора, однако это требует затрат тока извне, вот почему еще 1,5 секунды ток спадает.
"Почему ротор именно отрывало на 24.5 а например не сдвинуло или пропала активация?" - спросите вы. "Да потому, что частота вращения турбины начинает резко расти". И правильно! Ведь теперь ничто ее не сдерживает, усилие передаваемое водой на лопатки РК некуда передавать, ротора-то нет."
Теперь часть потенциальной энергии воды уходит в нижний спуск (повышая давление на турбину снизу), а часть пот. энергии воды переходит в кинетическую энергию турбины, бешено ее раскручивая (Вы же помните, что писал про моменты инерции?). Вот почему турбина пошла-то вверх.
"ротор подлетел вверх"...
Правда длилось это не очень долго (пока еще была магнитная индукция) 1,5 секунды... наверно как раз метра на 3 и вылетел (из магнитного поля статора). И я кажется даже знаю почему вверх, а не вниз...
Брызгалов на в таблице на 547 странице приводит вибрацию генераторного подшипника, вероятно считая её лучшим показателем дисбаланса.
1.Если вы внимательно посмотрите на чертеж, то увидите что валы не удерживают конструкцию от хода в сторону и вверх. я думаю основную часть валов поломало, когда ГА подбрасывало верх и роняло вниз в потоке воды. 2. Это по вашей версии крышку свернуло ротором. А по моей - ее свернуло РК вращающимся со скоростью этак в 5-10 раз больше максимально допустимой. Т.е. 10-20 оборотов в секунду. А весит РК+вал - 160 тонн.
« … С увеличением n (частоты вращения), осевое усилие P быстро убывает, но и при nразг (разгонной частоте вращения) сохраняет знак (направлено вниз по течению). При дальнейшем возрастании n , когда турбина переходит в тормозной режим (момент на валу меняет знак), P падает до нуля и переходит в отрицательную зону… Это создаёт опасность подъёма вращающихся частей агрегата при быстром закрытии турбины… Такие аварийные случаи на ГЭС возникали ... »
Шпильки крепления крышки турбины к верхнему кольцу спиральной камеры НЕ СРЕЗАНЫ. Они либо РАЗОРВАНЫ, либо ВЫРВАНЫ. То есть, снизу крышки турбины действовала вертикальная сила, направленная вверх.
Гайки со шпилек просто открутились от вибрации?! как иначе объяснить то, что шпильки целые на картинке ближе к концу. Согласны?
Если образно разделить кромку со шпильками на 4 части, то сорванные шпильки - со сторон 1 и 3 ГА, а открученные или помятые - со стороны водовода и отс.трубы
После закрытия лопаток НА (при их закрытии с максимально возможной скоростью) на крышку турбины между диаметром оси лопаток и её внешним диаметром действовала поднимающая сила. Возможно ее хватило чтоб немного приподнять аппарат с частично открученными и частично разболтанными шпильками и оборвать остальные ( после закрытия лопаток прижимающая турбину сила исчезла а поток воды движущийся по инерции (НА закрывались с максимально возможной скоростью) создавал дополнительное давление в улитке). У крышки турбины мог появится свободный ход (во время работы она была прижата потоком, а после закрытия НА появилась подъемная сила + вибрация) и она немного подпрыгивала и по инерции оборвала оставшиеся шпильки. Дальше вода стала поступать под нижний край лопаток и ударяясь в нижнее кольцо колеса турбины создавать дополнительную подъемную силу (форма нижнего кольца этому способствует). Гиростат из вращающейся по инерции турбины и ротора позволил им подниматься строго вертикально и сократить трение исключив возможные перекосы. По мере поднятия нижнее кольцо колеса турбины перекрывало пямоток поступающей воды и направляло её вверх увеличивая подъемную силу. http://forums.drom.ru/1076335557-post8953.html
Задаем условия: - шпильки не бракованные, затянуты по правилам; - заложен двойной запас прочности шпилек по максимальным расчетным нагрузкам; - элекрическая часть ГА-2 работает без сбоев. Итог: При заклинивании лопатки в положении с максимальными нагрузками весь запас прочности выбирается. Шпилька, ближайшая к точке приложения усилий от верхней цапфы заклинившей лопатки, может испытывать нагрузку больше, чем было заложено. Это приводит к веерному слому всех шпилек от положения этой «первой» шпильки. После ее слома процесс скорее всего необратим…
-
-
19.08.2009 в 11:03Авария произошла в 8.13.29 во время ШТАТНОГО снижения мощности ГА2, при начале прохождения так называемой "зоны запрещенной работы". Агрегаты проходит эту зону КАЖДЫЙ РАЗ при сбросе нагрузки и прохождение этой зоны есть ШТАТНЫЙ режим. Зафиксировано сильное повышение вибрации. До последнего момента положение лопаток НА ГА2 были в допустимом отклонении. Последняя запись по лопаткам фиксирует их сильный разброс.
IMHO Повреждения именно 7-го и 9-го агрегатов можно объяснить тем, что до момента начала затопления генератора не было никаких ни технологических ни электрических предпосылок на их отключение, все параметры были в норме. Когда фронт волны достиг ГА7 произошло КЗ, переданное на Т4. К этому же трансформатору подключен ГА8, на нем сработали электрические защиты по отключению ГВ. С 9-м и 10-м аналогично.
-
-
19.08.2009 в 11:59Машинный зал уничтожен.
Разрушены три машины ГА2, ГА7, ГА9.
ГА1, ГА6, ГА10 визуально наименее пострадавшие.
Повышающие трансформаторы Т3-Т5 пострадали мало, есть надежда.
Начало истории - ГА2.
Теперь по версиям, на мой неквалифицированный взгляд:
1. Терракт - не верю.
2. Открытый затвор на сухой водовод. Нет. а) Затвор поднимается довольно медленно. б) все машины, кроме ГА6 работали.
3. Гидроудар. Гидроудар выглядит так: в результатате нарушений в гидравлике агрегата, лопатки направляющего аппарата резко закрываются. Вода оставшаяся за лопатками по инерции движется вниз по отсасывающей трубе, создавая вакуум, дальше под действием ваккума возвращется обратно и бьёт по закрытому НА. Штатно гидравлическая схема устроена так, что быстрое движение лопаток невозможно. Я не знаю скорости процесса гидроудара, по нашим архивам вакуума в отсасывающей трубе не было, в принципе, могли и не поймать. Если верить слухам, сейсмодатчики удара не зафиксировали.
4. Разрушение крышки турбины. Возможно.
5. "Электрическая" версия - не могу сказать, надо смотреть аварийные осциллограммы релейщиков. На станции эта версия не обсуждалась, только в интернетах в пересказе знакомых.
На сегодняшний вечер 12 человек погибших, т.е. найденных. 64 пропавших без вести, надежд найти их живыми мало.
Авария произошла в 8:13, время оперативок, допусков к работам, обходов. Кроме того на нижних отметках находятся мастерские турбинного цеха.
В группе, с которой я работал 5 лет, из десяти человек, пропало пять.
Осушение нижних отметок затруднено, возникают проблемы с установкой заглушек со стороны нижнего бьефа (выпускные отверстия турбин).
Результаты нашей пятилетней деятельности были уничтожены в течении 10-15 секунд. Судя по всему, автоматика на изначально неаварийных машинах была смыта или обесточена до того, как их параметры вышли за аварийные пределы. Система маслоснабжения тоже была повреждения. Дальше агрегаты были неуправляемы.
-
-
24.08.2009 в 21:06Сообщение от FatCat
Вы до сих пор не поняли хронологию аварии? тут уже все донельзя разжевано:
С момента ввода в работу ГА2 после ремонта в марте 2009 фиксировались неоднократные сбои в работе автоматики, но как объяснялось - это "приработка мозгов к мышцам"...
Из-за вибрации, вызванной несинхронизированной работой лопаток НА, (управляемых АСУТП,которую в марте поставил "Ракурс") еще в пятницу, т.е.14.08, вечером обсуждается решение об остановке ГА2, но в понедельник ждут прилета Важных гостей, поэтому остановка ГА2 откладывается с переходом в наиболее оптимальный по уровню вибрации режим.
В воскресенье, 16.08, во второй половине дня вибрация становится слишком очевидной и на тех режимах, которые в пятницу были оптимальными. Но на ГЭС ждут Гостей. Данные с датчиков имеют большой разнобой, но кто проговорится перед приездом Гостей? В понедельник, с утра на станцию прибывает усиленный наряд уборщиц для наведения лоска и глянца, а для присмотра за норовистым ГА2 сдвоенная бригада слесарей и ремонтников.
Остановка ГА2 в аварийном режиме (с перекрытием ВБ и сливом воды из водовода) перед самым приездом Гостей - приговор премиям, а возможно и потери рабочих мест. Поэтому и решается останавливать ГА2 штатно.
Во время прохождения "зоны запрещенной работы" лавинообразно читать дальше
и полную потерю управлениясбоит питерская автоматика, которая дает команду на закрытие НА. Столб движущейся воды в водоводе резко упирается в закрывающиеся лопатки НА...
Но - закрываются они - НЕСИНХРОННО!!! Представьте себе дисбаланс нижней части РК, на которую неравномерно попадают тысячи кубометров воды с постоянной скоростью... от перекоса в несколько миллиметров, вызванного этим дисбалансом, происходит обрыв креплений, ослабление посадки в спиральную камеру и вода поднимает всю эту конструкцию вверх. Незакрывшаяся часть лопаток НА обламывается краем спиральной камеры и падая, перекрывает выход воды в НБ.
Пока вращающийся основной ротор не соприкасается со статором, он приподнимает вместе с собой ротор генератора возбуждения, а тот цепляет и отрывает, а потом отшвыривает в сторону крышку. Она почти целая падает на ГА1. Куски ротора возбуждения перемалывают стакан ГА и статор. Снизу бьет вода, приподнимая эту "юлу". Ротор с НА и РК, в какой-то момент встав вертикально, проваливается сквозь поток, и натолкнувшись на края спиральной камеры, срывается со спиц, закручивая их как лепестки, сам же падает вниз. Вода "играет" гигантским "пестиком в ступе" бывшего ГА2, от этого на первом видео и неравномерность потока.
Волна, прокатившись по машинному залу, смывает н@хрен всю управляющую автоматику (примерно так, как отрубают голову курице во дворе), и заливает все остальные ГА. Из-за того, что ГА соединены с трансформаторами попарно, часть ГА успевают аварийно затормозить, остальные же идут в неконтролируемый ничем разгон. Тормознулись - 1ГА, 3ГА, 4ГА, 5ГА,8ГА. 6-й стоял в ремонте и должен был запуститься 21-го августа.
На том видео, где мужики кричат о том, что не смогут закрыть заслонки ВБ - 9ГА, который раскрутился до немыслимых оборотов. вода, хлещущая из него - это остатки той воды, которая вылетела из 2ГА. 7ГА на том же видео уже неподвижен, стоит с размолотым статором и мятой "звездочкой" из крышки.
На 10ГА успели прикрыть заслонки ВБ незадолго до разгона, аналогичного 9ГА.
-
-
25.08.2009 в 09:321-ый (верхний) график (красный) - мощность которую выдаёт агрегат. (в МВт)
2-ой (зеленый) частота тахогенератора (условно Гц) - она должна быть всегда стабильной - основная задача автоматики - держать ее путем регулирования НА при изменении мощности
3-ий (Синий) - степень открытия НА (видимо %) спуск вниз говорит о том что лопатки закрываются - вверх открывааются
4-ый (темно зеленый) - ток не знаю на чем... возможно на роторе (а = активации), а может и на выходе (надо поискать что за значение у Брызгалова обычно равно 23 (каких-то единицы) (была там цифра 23кА помниться но к чему не помню)
5-ый (то-же красный) как написали уровень вибрации подшипника подпятника (видимо в микрометрах) - сразу выскочил за пределы.
Первопричина, думаю, окажется как я и говорил - ослабление обода ротора... т.к. видно резкое падение тока за мгновение до начала сильных вибраций - не исключено его в этот момент "стронуло".
После чего резко усилилась вибрации - (дисбаланс который уже никак сам не мог компенсироваться) ...
Дальше из-за вибраций верхний ротор тахогенератора коснулся статора и видимо развалился - после чего всё и началось.
на 25 секунде датчик вертикальной вибрации отказал
через 1/4 секунды отказал тахометр
измерения закончились на 28 секунде
корпус ГА начал отстегиваться от бандажа
болты отрывались с 25 секунды чуть менее 3 секунд
-
-
25.08.2009 в 09:504. Каких таких гостей ждут на ГЭС? 17 числа августа месяца должен был состояться пуск ГА6. Начало работ было назначено на 9 часов утра по местному времени. После этого до полной сдачи этот агрегат должен был проработать без сбоев в сети ажно 72 часа, так что в понедельник приезжать гостям - никакого резона.
-
-
25.08.2009 в 10:01Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения К и СШ ГЭС
-
-
25.08.2009 в 12:52Хочу напомнить, что электрическая мощность есть произведение тока на напряжение, поэтому самый верхний график мощности на трендах - есть величина расчётная, а не измеряемая. Измеряемые величины - ток одной фазы Ia (с трансформатора тока ТТ) и межфазное напряжение Uab (с трансформатора напряжения ТН). Для трёхфазных сетей мощность рассчитывается по формуле:
P=квадратный корень из трёх * Ia * Uab.
Для номинальной мощности 640 МВт и номинального напряжения 15,75 кВ ток равен 23,5 кА.
В тренде до аварии мощность плавно снижается с 550 до 450 МВт, а ток - с 23 до 16 кА при неизменном напряжении в 15,75 кВ.
Тут надо заметить, что измерения тока и напряжения - самые достоверные данные на протяжении всего хода развития аварийного процесса. Это обуславливается расположением измерительных элементов (ТТ и ТН) вне машинного зала, как верно кто-то уже заметил на ветке. Они находятся рядом с трансформатором Т1 за стенкой вдали от гидроагрегатов, и умирают последними, в отличии от других датчиков.
Во время аварии на трендах прочитывается короткое замыкание: ток уходит вверх в 25кА, напряжение - почти до нуля вниз. Почему напряжение не чистый ноль, а чуть больше - вполне понятно, это фиксируется напряжение горения дуги, вольт эдак 500. С током чуть сложнее. Скорее всего, трансформатор тока был выбран на номинальное соотношение 25000:5 для измерения номинального тока в 23,5 кА, то есть разработчики могли настроить АСУТП на 25 кА как на предельный измеряемый ток, и все превышающие значения ограничиваются этой цифрой. Но есть и другое объяснение: ток действительно мог быть ограничен физически. Достаточно вспомнить, что ТТ при измерении тока не видит разницы между направлением тока (ему всё равно - что от генератора, что к нему), и что к силовому трансформатору Т1 были подключены два работающих гидроагрегата: ГА1 и ГА2.
То есть место короткого замыкания подпитывалось от соседнего ГА1 через Т1, что фиксировалось ТТ и отражено в логах. Ток КЗ мог ограничиваться сопротивлением трансформатора Т1, поэтому он оказался не таким уж большим - всего лишь 25 кА на фоне номинального в 23,5 кА.
Этот процесс КЗ, когда одновременно обе величины - ток и напряжение - принимают характерный вид на трендах, продолжается чуть больше секунды: 8:13:27,8 ... 8:13:29
За это время (можно предполагать) сработала уставка защиты ГА1 по превышению тока с выдержкой времени, отключив его от сети и переведя НА в режим быстрого закрытия. Процесс закрытия НА длится, если я ничего не путаю, примерно 14 секунд.
Если на протяжении этих 14 секунд оперативное напряжение будет в наличии и шкафы с управлением ещё не смыты водой, то ГА1 благополучно успеет остановиться без повреждений и будет готов принять на себя потоки Енисея с минимальными разрушительными для себя последствиями.
Это предположение косвенно подтверждается, например, тем фактом, что ГА1 - один из наименее пострадавших гидроагрегатов, особенно по сравнению с ГА3, который расположен настолько же близко, но с другой стороны от повреждённого ГА2, и пострадал сильно.
Примерно по такой же схеме происходило попарное выживание ГА8 и ГА10. Когда до ГА7 дошла волна воды, он был под напряжением, коротнул и умер. Трансформатор Т4 удивился и обесточил соседний ГА8, тем самым спас его. Запас времени у ГА8 был минимальным - вода пробегала расстояние от одного до другого ГА (примерно 20 м) за несколько секунд, явно меньше 14 сек, поэтому ГА8 и ГА10 сохранились, но пострадали сильнее, чем самый удачливый ГА1 с самым большим запасом времени на отключение.
Возвращаемся к ГА1.
А сколько было времени в запасе у ГА1 после начала аварии у соседа до момента появления воды у границы своего стакана? Посчитаем.
Данные возьмём из рассказа очевидца - Олега Мякишева
Цитата:
Я стоял наверху, услышал какой-то нарастающий шум, потом увидел, как поднимается, дыбится рифленое покрытие гидроагрегата. Потом видел, как из-под него поднимается ротор. Он вращался. Глаза в это не верили. Он поднялся метра на три. Полетели камни, куски арматуры, мы от них начали уворачиваться... Рифленка была где-то под крышей уже, да и саму крышу разнесло... Я прикинул: поднимается вода, 380 кубов в секунду, и — деру, в сторону десятого агрегата. Я думал, не успею, поднялся выше, остановился, посмотрел вниз — смотрю, как рушится все, вода прибывает, люди пытаются плыть...
Рассказ сумбурный, после шока это естественно. Некоторые фразы не совсем точны и могут быть истолкованы по-разному.
Итак, люди уворачивались от камней. Камни получали скорость от вращающегося ротора, и максимальную скорость камней мы можем определить. Наибольшая скорость была на внешней стороне ротора. При номинальных оборотах 142,8 об/мин (2,38 Гц) и внешнем диаметре ротора 10,8 м (внешний диаметр статора известен - 14,8 м, вычитаем из него удвоенную его толщину, на глаз где-то метра два), то наибольшая скорость V=пи*D*f=80 м/с.
Камни не могут лететь быстрее.
Время. Олег Мякишев сказал, что ротор поднялся на 3 м, но не уточнил: 3 м между полом и нижней границей ротора, или верхней границей. Из других источников якобы известно, что над полом видели даже крышку турбины - это ещё бОльшая высота, метров 5. Если принять эту цифру и учесть высоту ротора (около трёх метров), то верхний край ротора окажется на высоте 8 м над полом МЗ. Это будет наивысшая точка, из которой могут лететь камни.
Время полёта (падения) вычисляется по школьной формуле: t = корень квадратный(2 * H / g) = 1,3 сек.
За это время камень со скоростью 80 м/с пролетит расстояние до 103 метров.
Олег Мякишев стоял на расстоянии от 40 до 100 метров от границы ГА2, и время полёта камня до него составляло от 0,5 с до 1,3 с. Меньшее время не позволит увернуться от камня в силу ограниченности человеческой реакции, а на бОльшем расстоянии уворачиваться вообще не пришлось бы.
Итак, очевидец в момент аварии находился в районе 5-го или 6-го агрегатов (при расположении агрегатов с шагом в 20 м).
После обстрела камнями Олег Мякишев побежал к выходу из МЗ в сторону ГА10, это расстояние составляет более 100 м. Вряд ли скорость его бега превышала 18 км/ч (5 м/с), поэтому время бега составило не менее 20 секунд. Добежав до лестницы и поднявшись по ней (ещё секунд 5), он видит воду и плывущих людей.
Итак, общее время от видимого начала аварии (появления ротора в зале) до явного наличия воды в машинном зале составляет: 1 сек на уворачивание от одного камня + 20 сек бега + 5 сек лестницы = 26 сек.
Вода в зале появляется не позднее 26 сек от начала.
Оценим минимальное время до появления воды.
Ротор поднимается вверх над полом МЗ, вместе с ним поднимается крышка турбины, а в это время внизу вода получает возможность беспрепятственно подниматься в МЗ.
Расход воды в водоводе известен: 380 м3/с. После спиральной камеры он разделяется на два потока: один течёт вниз в отсасывающую трубу, второй - вверх. Допустим, что потоки делятся примерно поровну. В МЗ идёт поток 190 м3/с.
Этот поток наполняет сперва цилиндрическую камеру крышки турбины диаметром 7 м и высотой 7м, а потом пространство цилиндрической формы диаметром 15 м и высотой 5 м, где находились ротор и статор.
Общий объём двух камер (по формуле V=H*пи*D*D / 4) равен 1153 м3, и он заполнится за время 6 сек.
Вода в зале может появиться не раньше, чем через 6 сек от начала.
Итак, минимум - 6 сек, максимум - 26 сек. Истина лежит где-то посередине между этими крайностями: (6+26)/2=16 сек.
Это ориентировочное время между началом активной фазы развития аварии и появлением больших потоков воды составляет примерно 16 сек (брызги могли появиться и раньше), что вполне соответствует предположению, что ГА1 выжидает 1 сек после начала КЗ у соседа, после чего отключается от сети и тратит 14 последних сухих секунд на закрытие НА, и ко времени появления потоков воды он уже готов к безопасному затоплению.
Он вовремя узнаёт об аварии и успевает подготовиться.
Теперь о небольшом скачкообразном уменьшении тока (на трендах) незадолго перед аварией.
Скачок настолько незначительный, что при любом раскладе (даже если этот скачок каким-либо загадочным образом связан с аварией) он не мог оказать влияния на ход событий в силу своей малой величины.
Скорее всего, это обычное изменение нагрузки у крупного потребителя. Если я выключаю свет в комнате, на электростанции скачком снижается ток нагрузки генератора, но он будет незаметен на общем фоне ввиду малой мощности моей лампочки. Если же отключается относительно большая близкорасположенная нагрузка (например, какая-нибудь плавильная печь алюминиевого завода), то это отразится на графике как раз подобным образом.
Нагрузка генератора постоянно меняется - это легко заметить по постоянному "дрожанию" графика тока, и это есть нормальное включение или отключение нагрузки потребителя. Просто в один из моментов "дрожание" произошло на более крупную величину. Я бы не стал придавать этому большое значение.
--------------------
Таким образом, начало аварийного процесса приходится на время появления недопустимой вибрации в 8:13:25.
Окончание первой скрытой аварийной фазы и переход в видимую аварию с вылетом ротора - это начало КЗ в 8:13:28.
Длительность скрытой фазы - 3 секунды.
Вибрация появляется за 3 сек до вылета.
За 2,5 сек до вылета появляется ошибочное показание частоты: 125%.
За 1 сек до вылета датчик частоты выдаёт другое ошибочное показание: 5%, показания НА в то же мгновение сдвинулось немного вверх по неизвестной причине - возможна неисправность одного или нескольких из имеющихся 20-ти датчиков положения лопаток НА.
Ну и в самый момент вылета происходит окончательный отрыв датчика частоты и всех датчиков НА. В тот же момент происходит КЗ - разрушен статор, наиболее вероятная причина - касание (удар) ротора по статору с разрушением целостности изоляции обмоток статора.
-
-
25.08.2009 в 12:52В момент разрушения ГА2 ротор (линейная скорость обода 80 м/с) касается статора и получает вертикальную начальную скорость 16 м/с. Именно такая начальная скорость необходима для того, чтобы тело поднялось на высоту 13 м над начальным положением, или с учётом углубления - на 8 м над полом машинного зала.
Имея данные по скорости горизотнальной и вертикальной мы можем определить угол, под которым должно произойти соударение (касание) ротора об статор: 11 градусов.
Остаётся дело за малым: найти причину, вызвавшую вибрацию и наклон оси на 11 градусов из начального вертикального положения ГА за время около трёх секунд.
http://forums.drom.ru/1076101606-post5592.html
-
-
25.08.2009 в 13:09На рисунке внизу синим цветом обведены срезанные цапфы лопаток НА турбины, оставшиеся в крышке турбины. Особенно примечательна цапфа, на которую указывает красная стрелка. Видно, что большая часть поперечного сечения цапфы срезана, и только остаток имеет характерные следы разрыва. То есть, крышка турбины почти срезала свое крепление к спиральной камере и цапфы лопаток НА и в этом момент ее начало отрывать от спиральной камеры давлением воды. Срезать крышку турбины могло только лишь в одном случае - заклинивание ротора турбины (РК+вал) в крышке турбины. В этом случае момент инерции ротора агрегата пытается провернуть крышку турбины относительно спиральной камеры. Никакие другие силы и моменты не могли вызвать столь характерные разрушения.
В этом смысле примечательны ГА-7 и ГА-9. Хотя ротор и статор генератора вместе с опорой генератора и крестовиной этих агрегатов были полностью разрушены, а сам ротор турбины был раскручен до оборотов, в несколько раз превосходящие допустимые, отсутствие заклинивания ротора турбины в крышке турбины обеспечило целостность крепления крышки турбины к спиральной камере. При этом, естественно, в процессе разрушения генератора и его опоры ротор турбины испытывал колоссальные вибрации и ударные нагрузки.
-
-
25.08.2009 в 14:13Не мог он быть причиной такой аварии.
Никакое КЗ к такому привести не может. Обмотка погорит, на крайняк железо зацепит, но ротор никуда не улетит.
А то уже договорились, что генератор сам наверх взлетает и удерживает его от этого турбина...
Подпятник - это по сути упорный подшипник, вся масса ротора держится на нем. В данном случае он расположен на крышке турбины. А магнитным полем ротор удерживается во вполне определенном положении - оно будет препятствовать любому смещению ротора из статора по оси...
На 2-ом генераторе ротор явно вышел наверх (что и подтверждается показаниями очевидцев).
Узел подпятника и крепление к турбине на снимке выглядит вполне прилично. Так что выходило оно все вместе. Никакого разрушения подпятника нет. Никакой ротор генератора по турбине не долбил.
Шло смещение всего агрегата - снизу, от турбины. И выдавливать с такой силой его могло только водой. Гидроудар был. И именно он и являлся причиной аварии.
В нормальном рабочем режиме нагрузка на упорный подшипник агрегата этой станции 3250тонн (из них 980т это ротор генератора, остальное дает турбина).
И отрыв обода от спиц думаю был уже наверху. На примере 7 и 9 агрегата видно, что статор генератора слишком хлипкий, чтобы оторвать обод закрутив в бараний рог все спицы. Скорее всего это ротор ободом прошелся по бетону...
Либо его оторвало в момент гидроудара.
На графиках видно, что при повышенной вибрации турбины генератор по прежнему выдавал мощность в сеть. Отрыв обода не мог быть ее причиной.
После заливания машзала все защиты повырубились и агрегаты пошли в разгон.
Большая часть агрегатов его на первый взгляд пережила (хотя реально скорее всего все или почти все крутившиеся уйдут под списание).
При проектировании агрегата закладывался угон на 280 об/мин. То есть почти двухкратный. Что и позволило агрегатам не развалиться. Теоретически этот угон задается проектировщиком исходя из того до каких максимальных оборотов способна раскрутиться турбина при максимальном напоре. Больше быть не должно.
-
-
25.08.2009 в 14:33Авария развивалась 6 сек.
крышка продержалась 3 сек (КЗ, пропал сигнал с НА)
21 сек. начали прикрывать НА, мощность пошла в низ
25 сек. вибрация (перекос НА, турбина задевает "лабиринты"), скачек частоты (сбой датчика ввиду вибрации вала), видимо в этот момент вода пошла по увеличившейся щели противоположной стороны лабиринта
28 сек. срыв крышки, возможно "проворот" (обрыв датчика положения НА) со срезанием болтов и лопаток ввиду подклинивания перегревшегося подпятника, ротор бьёт по статору (КЗ), увеличение угла наклона, увеличивается щель тока воды под генератор. крышка пошла вверх (обрыв датчика частоты)
29 сек. отключение генератора
31 сек. ГА выходит в машзал (обрыв датчика вибрации подпятника).
запредельная вибрация держится 6 сек, потом становится чуть ниже - это свидетельство того что крышка оторвалась и вибрирует вместе с турбиной.
Оборотная вибрация это вибрация пропорциональная по максимальной амплитуде скорости вращения.
Ее причина дисбаланс ротора. Она должна была появиться задолго до аварии. И постепенно нарастать по мере умирания агрегата.
Вся основная масса и момент ротора генератора это обод. Если бы он был ослаблен, там бы агрегат трясся бы не по детски. И чувствовалось бы это в первую очередь на подшипниках генератора (включая верхний).
На графике мы просто видим резкое нарастание вибрации. Оборотная она или нет по этому графику определить нельзя. Надо иметь раскладку амплитуды вибрации по времени. И с дискретностью не в 3 секунды, а на 2-3 порядка меньшей...
-
-
25.08.2009 в 16:36------------------------------------------------------
Хроника катастрофы
Данный материал подготовлен на основании сообщений на форуме автомобилистов в ветке, посвященной аварии на Саяно-Шушенской ГЭС (ссылка)
1. В январе 2009 года гидроагрегат N2 был остановлен на плановый ремонт, в ходе которого была модернизирована его автоматика. В марте ГА 2 был запущен, однако, его работа вызывала нарекания. По одному из свидетельств были докладные о недопустимом нагреве каких-то узлов агрегата. По другому свидетельству, сбоила автоматика, но было решено, что все войдет в норму в процессе постепенной притирки.
2. В выходные 15 – 16 августа поведение ГА2 ухудшилось, возросла вибрация (одно свидетельство). В 3 часа ночи на понедельник была попытка остановить агрегат, но при этом возникли проблемы, и останов был отложен (другое, независимое, свидетельство). Ситуация оценивалась как серьезная, о чем есть еще одно свидетельство: одного из начальников цехов, бывшего в отпуске, в 6 утра вызвали на ГЭС. Еще утверждают, что в понедельник на ГЭС ожидались какие-то торжества, что могло добавить нервозности и способствовать лишним ошибкам.
3. Утром с началом новой смены (8 часов утра, 4 часа по Москве) начали снова выводить ГА2 из-под нагрузки. Выключение решили делать штатным образом. Многие задним числом утверждают, что были предпосылки для аварийного выключения (с закрытием затворов на верхнем бьефе) – тогда катастрофы бы не было.
4. Катастрофа развивалась несколько секунд. По словам одного из очевидцев (не видевшего машинный зал в момент аварии), сначала появилась сильнейшая вибрация, затем два хлопка один за другим, после этого шум воды. Более точная информация содержится в данных (трендах), отображенных на рисунке. Аутентичность этих данных не доказана, но данные очень правдоподобны и совпадают с описаниями очевидцев, видевших их в первый день после аварии. К сожалению, временной бин в отображении данных слишком велик, но из них видно достаточно много.
Итак, в 08ч. 13 мин. 21 с. лопатки направляющего аппарата (третья сверху кривая) начали плавно закрываться, мощность генератора – падать с некоторой задержкой (верхняя кривая). На 24.5 секунде генератор вошел в так называемую «запрещенную зону» - неполная мощность, при которой поток на рабочее колесо пульсирует и развиваются вибрации. Через полсекунды вибрации резко (быстрей чем ширина секундного или полусекундного бина) возрастают до недопусимых и, возможно, максимально возможных значений – 2000 мкм (нижняя кривая). Еще через полсекунды датчик оборотов показал скачек скорости вращения ротора на 25 процентов. Этого в реальности быть не может – соответствующее приращение энергии вращающегося ротора порядка двух гигаджоулей: что-то произошло с датчиком. Еще через секунду отрубаются датчики раскрытия лопастей направляющего аппарата, но датчики, снимающие токи и напряжения с генератора еще живы, и они показывают картину, которая может быть интерпретирована, как короткое замыкание на выходе. Ток чуть подскакивает, напряжение и мощность сильно падают, но не до нуля. Видимо, остаточное напряжение (около киловольта или меньше) обусловлено сопротивлением электрической дуги, каковая является основным механизмом короткого замыкания при таких мощностях.
5. В результате еще непонятой цепи событий гидроагрегат вместе с рабочим колесом и крышкой турбины вылетел из колодца вверх, и вода из спиральной камеры хлынула в машинный зал. Вот свидетельство очевидца (Олега Мякишева), находившегося в машинном зале, которое уже прозвучало в СМИ, но заслуживает цитирования и здесь:
- Я стоял наверху, услышал какой-то нарастающий шум, потом увидел, как поднимается, дыбится рифленое покрытие гидроагрегата. Потом видел, как из-под него поднимается ротор. Он вращался. Глаза в это не верили. Он поднялся метра на три. Полетели камни, куски арматуры, мы от них начали уворачиваться... Рифленка была где-то под крышей уже, да и саму крышу разнесло... Я прикинул: поднимается вода, 380 кубов в секунду, и — деру, в сторону десятого агрегата. Я думал, не успею, поднялся выше, остановился, посмотрел вниз — смотрю, как рушится все, вода прибывает, люди пытаются плыть...
Следует напомнить, что напор воды – около 200 м. Струя воды за секунды снесла часть стен и перекрытия машинного зала и в течение нескольких минут била гигантским фонтаном с переменной силой, меня направление из-за того, что в образовавшемся кратере болталась махина гидроагрегата. Эта струя и разрушение машинного зала зафиксировано очевидцем с помощью камеры мобильника (ссылка).
6. Поток воды, хлынувший в зал, привел к основным жертвам и вызвал дальнейшие разрушения. Похоже, автоматика нескольких гидроагрегатов (именно ГА1, 3, 4, 5, 8, 10) успела дать команду на останов, до того, как была сметена водой и эти агрегаты в той или иной степени отключились, потому остались более-менее целыми. Шестой находился в ремонте, потому пострадал меньше других. ГА7 и ГА9 не отключились к моменту, когда в них хлынула вода. На упомянутой выше видеосъемке очевидца видно, как из за короткого замыкания выгорает ГА9. Он и ГА7 получили огромные разрушения, но, к счастью, остались на месте.
7. Через несколько минут вручную закрыли ремонтный затвор второго агрегата на верхнем бьефе и вода остановилась. Есть еще аварийный быстропадающий затвор, но он по каким-то причинам не сработал: то ли автоматика не выработала соответствующей команды, то ли его заклинило.
9. Через несколько часов открыли водосброс плотины. На этом аварийная цепь событий остановлена, но проблемы и угрозы не исчезли и основная из них связана именно с водосбросом. Во-первых, он проблемен изначально: вода регулярно разбивает бетонные водобойные колодцы. Во-вторых, его пропускная способность недостаточна: он рассчитан на то, что в параллель с ним вода сбрасывается через работающие агрегаты. Угроза придет с весенним паводком: имеющийся водосброс в одиночку с ним не справится. Строился еще один, обводной водосброс, но работы на нем приостановлены. Сейчас они, вероятно, будут возобновлены, но к весне его достроить не успеют. Поэтому специалисты, общающиеся на форуме, посвященном катастрофе, активно обсуждают вопрос, как пропустить воду через уцелевшие, но не работающие гидроагрегаты (к весне их вряд-ли запустят).
-
-
25.08.2009 в 19:55На опорном подшипнике висит вал. Снизу к валу приделана турбина, она соответственно висит на валу. Сверху на валу стоит ротор генератора, который давит на вал вниз. На турбину не давит, турбина висит на подшипнике, как люстра на потолке.
Еще два подшипника держат висящий вал вертикально - один в крышке турбины, другой в крышке турбоагрегата, она же крышка турбогенератора, она же крестовина, она же звездочка
Вертикальная вибрация, которую мы видим на графиках ограничена только опорным подшипником и весом всего ротора.
Перемещению ротора вверх не препятствует ничего, но ограничивает это перемещение крышка турбины. Опорного подшипника, ограничивающего перемещение ротора вверх нет. Сил, которые бы поднимали ротор вверх тоже нет. Есть одна сила - давление воды помножить на площадь сечения вала, но она пренебрежимо мала. Большая сила может давить на крышку турбины, но таковая привинчена к улитке, вмурованной в 6 метров бетона сотней "болтов".
Так, популярно о конструкции.
-
-
27.08.2009 в 14:16Электронная часть регулятора частоты вращения гидротурбины (ПТК ЭГР) осуществляет сбор данных о состоянии объекта управления (гидротурбины) и формирует управляющий сигнал для гидропривода лопаток направляющего аппарата турбины. Катастрофические неисправности или неправильные действия электронной части могут вызвать движение сервомоторов с полной скоростью либо на открытие, либо на закрытие.
1.При движении сервомоторов направляющего аппарата с полной скоростью на закрытие возникает режимы экстренной остановки или аварийного сброса нагрузки, которые являются предметом тщательного исследования и анализа на этапе выбора закона движения регулирующих органов для этих случаев. При этом максимальная скорость закрытия определяется специальными устройствами, расположенными в гидравлической колонке управления и в индивидуальных сервомоторах лопаток. (см.: стр.129, том 1, «Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование ГЭС», ), Справочное пособие). Режим аварийного сброса нагрузки - расчет гарантий регулирования (см.: стр.125 том 1, там же) определяет максимальное число оборотов и максимальное повышение давления в спиральной камере при сбросах нагрузки. Этот режим проверяется в процессе сдаточных испытаний системы регулирования. Режим экстренной остановки при одновременном снижении нагрузки менее опасен, чем сброс ее с отключением генератора от сети, так как не сопровождается повышением частоты вращения. Итак, полное закрытие турбины с максимальной скоростью, по траектории, формируемой исполнительной гидравлической системой длится определенный отрезок времени, детально рассчитывается и не приводит к аварии агрегата.
2.При полном открытии направляющего аппарата и отключении агрегата от сети турбина разгоняется. Разгон турбины происходит не мгновенно, а определяется мощностью турбины и инерцией ротора. Эта ситуация характерна для гидравлических турбин при аварии системы регулирования, поэтому также тщательно анализируется. Обычно до момента срабатывания противоразгонной защиты со сбросом щитов проходит 5-6 секунд. А достижение угонных оборотов происходит примерно за 20 с. За то время пока падают «быстропадающие щиты» ротор должен выдержать угонные обороты(максимальные обороты при полностью открытом направляющем аппарате) без разрушения. Это качество закладывается при выборе конструкции ротора и расчетных запасов прочности.
Тренды СШБД показаний датчиков вибрации (рис.1.) говорит о том, что с момента времени 4:13:24,727 за 1-2 секунды до аварии вибрации подшипников турбины и генератора возросли более чем в 10 раз, что свидетельствует о быстром нарастании механического движении ротора в вертикальном направлении. Сигналы параметров режима сохраняли свое нормальное значение примерно в течение 1,5 с после резкого увеличения амплитуды вибраций.
Рис.1. Изменение амплитуды колебаний опор подшипников и вала турбин до и момент аварии.
Анализ трендов сервера СШБД (см. рис. 2) показывает, что в течение одной секунды показания датчиков параметров режима турбины (в процентах от номинальных значений):
AI_Y1 - открытие направляющего аппарата;
AI_PG_R – групповое задание мощности;
XG1 - частота вращения турбины по сигналу датчика тахогенератора;
XG2 - частота вращения турбины по сигналу частоты напряжения генератора;
AI_PG – активная мощность агрегата.
отклонились от нормальных значений, соответствующих предыдущему устойчивому статическому режиму турбины, до нулевых (обрыв датчика).
Синяя вертикальная линия отмечает момент времени скачкообразного увеличения вибрации – начало аварии.
Рис.2. Изменение параметров режима агрегата №2 до и в момент аварии.
Развитие аварии происходило практически мгновенно (1-2 секунды) по сравнению с возможностями системы управления. Оказать какое-либо влияние на течение аварии система регулирования была не в состоянии.
Регулятор разгружает машину, закрывая направляющий аппарат (AI_Y1), в соответствии с сигналом группового регулятора (AI_PG_R). Разгрузка продолжается еще около1,5 с, после момента увеличения вибраций (синяя вертикальная линия с отметкой времени) и до момента скачкообразного изменения сигнала управления от группового регулятора. Одновременно с изменением сигнала группового регулятора происходит обрыв сигналов частоты вращения ротора (XG1) и частоты напряжения сети (XG2). Регулятор переходит сначала в режим «МОЩНОСТЬ», а затем в режим «ЧАСТОТА» в полном соответствии с заложенным алгоритмом. Анализ поведения регулятора показывает, что он не мог создать аварийную ситуацию. Не мог способствовать и локализации аварии, как в силу потери информации о состоянии объекта, так и в силу ограниченности воздействия на мощность машины.
Гл. специалист по системам регулирования гидротурбин,
д.т.н. О.И. Башнин.
Гл. конструктор отдела ОКР
Д.Н.Клевин.
-
-
27.08.2009 в 14:22Вы обещали выложить расчеты, подтверждающие теорию с отрывом обода, очень интересно взглянуть.
подсказка:
1. Момент инерции РК+Вал+Спицы ротора по первой прикидке раз в 10 меньше чем момент инерции РК+Вал+Спицы+Обод РОТОРА. Т.е. ГА без обода ротора может раскручиваться в 10 раз быстрее.
2. При снятии активации с ротора вся потенциальная энергия падающей воды перестает расходоваться на генерацию электричества.
3. Если у вас есть горизонтальная труба одного сечения и давление с одной стороны 20 атм. то с другой тоже будет. 20 атм.
4. Штатно между РК и крышкой есть прослойка воды с давлением незначительно превышающим давление на выходе из под турбины (оно напомню штатно 0,6 атм.). Эта прослойка не дает РК касаться крышки, НИКАКИХ ДРУГИХ ПРЕПЯТСТВИЙ которые бы мешали РК коснуться крышки, кроме его собственного веса нет.
5. Давление оказываемое весом ГА если-бы он стоял на своей крышке на земле (если предположить как-будто это плоская опора) примерно 10000000Н / 37м2 = 270270Н/м или 2,7 атм, максимум 4 атм. вместе с самой крышкой.
Все что вам теперь осталось - представить что происходит при отрыве обода ротора от его спиц.
Для справки (примерно)
вес РК+Вал = 160 тонн
вес РОТОРА (со спицами) = 860 тонн
вес остальных частей ГА - не существенен
21.0 - начали сброс мощности путем закрытия НА и смещения фазы на трансформаторе.
24.0 - начала снижаться мощность ГА
24.5 - Смещение фазы на статоре наконец-то обогнало, угол фазы на роторе. Ротор дергает - и УПС обод соскакивает с ротора.
После этого момента мы видим уже не ток системы ГА+внеш нагрузка, а ток проходящий через статор из системы Внеш. нагрузки+вращающийся ротор. Ротор, за счет колоссальной индуктивности своих магнитных катушек как мы знаем, разактивируется за 1,5с. Все эти 1,5 секунды он еще имеет магнитное поле, которое медленно спадает. Т.к. у него еще есть индукция + колоссальный момент инерции хоть он и оторвался, он продолжает вращаться в воздухе! Ведь его теперь держит магнитная индукция статора, однако это требует затрат тока извне, вот почему еще 1,5 секунды ток спадает.
"Почему ротор именно отрывало на 24.5 а например не сдвинуло или пропала активация?" - спросите вы. "Да потому, что частота вращения турбины начинает резко расти". И правильно! Ведь теперь ничто ее не сдерживает, усилие передаваемое водой на лопатки РК некуда передавать, ротора-то нет."
Теперь часть потенциальной энергии воды уходит в нижний спуск (повышая давление на турбину снизу), а часть пот. энергии воды переходит в кинетическую энергию турбины, бешено ее раскручивая (Вы же помните, что писал про моменты инерции?).
Вот почему турбина пошла-то вверх.
"ротор подлетел вверх"...
Правда длилось это не очень долго (пока еще была магнитная индукция) 1,5 секунды... наверно как раз метра на 3 и вылетел (из магнитного поля статора).
И я кажется даже знаю почему вверх, а не вниз...
Брызгалов на в таблице на 547 странице приводит вибрацию генераторного подшипника, вероятно считая её лучшим показателем дисбаланса.
1.Если вы внимательно посмотрите на чертеж, то увидите что валы не удерживают конструкцию от хода в сторону и вверх. я думаю основную часть валов поломало, когда ГА подбрасывало верх и роняло вниз в потоке воды.
2. Это по вашей версии крышку свернуло ротором. А по моей - ее свернуло РК вращающимся со скоростью этак в 5-10 раз больше максимально допустимой. Т.е. 10-20 оборотов в секунду. А весит РК+вал - 160 тонн.
-
-
28.08.2009 в 15:29Это создаёт опасность подъёма вращающихся частей агрегата при быстром закрытии турбины…
Такие аварийные случаи на ГЭС возникали ... »
Г.И. Кривченко. Турбины и насосы.
-
-
01.09.2009 в 11:02http://forums.drom.ru/1076333291-post8873.html
Гайки со шпилек просто открутились от вибрации?! как иначе объяснить то, что шпильки целые на картинке ближе к концу. Согласны?
Если образно разделить кромку со шпильками на 4 части, то сорванные шпильки - со сторон 1 и 3 ГА, а открученные или помятые - со стороны водовода и отс.трубы
-
-
01.09.2009 в 11:11Возможно ее хватило чтоб немного приподнять аппарат с частично открученными и частично разболтанными шпильками и оборвать остальные ( после закрытия лопаток прижимающая турбину сила исчезла а поток воды движущийся по инерции (НА закрывались с максимально возможной скоростью) создавал дополнительное давление в улитке).
У крышки турбины мог появится свободный ход (во время работы она была прижата потоком, а после закрытия НА появилась подъемная сила + вибрация) и она немного подпрыгивала и по инерции оборвала оставшиеся шпильки.
Дальше вода стала поступать под нижний край лопаток и ударяясь в нижнее кольцо колеса турбины создавать дополнительную подъемную силу (форма нижнего кольца этому способствует).
Гиростат из вращающейся по инерции турбины и ротора позволил им подниматься строго вертикально и сократить трение исключив возможные перекосы.
По мере поднятия нижнее кольцо колеса турбины перекрывало пямоток поступающей воды и направляло её вверх увеличивая подъемную силу.
http://forums.drom.ru/1076335557-post8953.html
-
-
04.09.2009 в 11:55ГА2
читать дальше
ГА5
читать дальше
-
-
04.09.2009 в 12:06-
-
04.09.2009 в 13:10-
-
04.09.2009 в 13:35-
-
05.09.2009 в 20:16Задаем условия:
- шпильки не бракованные, затянуты по правилам;
- заложен двойной запас прочности шпилек по максимальным расчетным нагрузкам;
- элекрическая часть ГА-2 работает без сбоев.
Итог:
При заклинивании лопатки в положении с максимальными нагрузками весь запас прочности выбирается. Шпилька, ближайшая к точке приложения усилий от верхней цапфы заклинившей лопатки, может испытывать нагрузку больше, чем было заложено. Это приводит к веерному слому всех шпилек от положения этой «первой» шпильки.
После ее слома процесс скорее всего необратим…