Усть-Каменогорская ГЭС переходит на цифровые технологии

У каждого со школьной скамьи есть примерное представление о том, как работает гидроэлектростанция. Плотиной перекрывают реку, создают перепад между ниж­ним и верхним бьефами, вода падает под напором, вращает турбины, кинетическая энергия превращается в механическую, которая генератором преобразуется в электрическую. Вроде все понятно, просто. А что в реальной жизни представляет собой эта схема? На Усть-Каменогорской ГЭС корреспонденту «Казахстанской правды» позволили своими глазами увидеть, как «делают свет» – производят электроэнергию, главный ресурс экономики.

Гидроэлектростанция – фишка Усть-Каменогорска. И вот лишь некоторые вехи ее истории. Усть-Каменогорская ГЭС – первенец в знаменитом Иртышском кас­каде. Основное строительство здесь шло ударными темпами с 1949 по 1952 год. Четыре гидроагрегата поэтапно введены в экс­плуатацию в 1952, 1953, 1959 годах. Высота плотины – 40 метров, установленная мощность – 367,8 МВт, располагаемая – 335 МВт, средняя годовая выработка – 1 580 млн киловатт-часов.

Тренировки, безопасность…

В гэсовский поселок Аблакетка специально едут за эффектными видами плотины на Иртыше. Однако сама ГЭС – стратегический объект, посторонним сюда вход воспрещен. Меня пропускают только потому, что визит был заранее
согласован. Получаю электронный пропуск, прохожу через «рамку»…

– Держите при себе, – строго предуп­реждает охранник, отдавая пропуск на проходной. – Здесь бывают аварийные тренировки. Услышите сирену – приложите пропуск к устройству. Дежурный увидит, где находится гость. В противном случае вас начнут искать.

Надеваю каску, без нее на пром­площадке нельзя. В управлении станции как раз сегодня плановое совещание по безо­пасности. Цифра, которой делится­ генеральный директор ТОО «АЭС Усть-Каменогорская ГЭС» и ТОО «АЭС Шульбинская ГЭС» Тлек Айдабулов, ошелом­ляет: ежегодно на планете потери от производственных несчастных случаев составляют 4% мирового ВВП – это примерно 6,4 трлн долларов!

В нашей республике в среднем ежегодно на производстве страдают 1 600 человек. На гидростанции, например, риски связаны с работой на высоте, а также с оборудованием, которое находится под напряжением. По итогам 2024 года на предприятии достиг­ли показателя в 10 тыс. часов без несчастных случаев и настроены двигаться без ЧП дальше.

До главного корпуса с машинным залом несколько сот метров. Первое, что бросается в глаза, – поч­ти полное отсутствие людей на территории. Специалисты любят сравнивать станцию с живым организмом, и чтобы он не «чихал» и не «кашлял», весь персонал занят делом. Ни у кого нет времени расхаживать просто так. Например, дежурная смена на главном щите управления длится 12 часов. Дверь в этот мозговой центр – на электронном замке, каждый вход или выход фиксируются. Как поясняет дежурный инженер станции Дмитрий Баранов, если у человека нет доступа в помещение, он туда не попадет.

Пульт поражает сложностью. На мониторах – десятки параметров, на щите – ключи управления, автоматы, табло сигнализации…

– Все компьютеризировано, – подтверждает электромонтер главного щита управления Рауан Турсынхан. – Каждая машина оснащена датчиками, мы видим происходящие процессы. Если есть отклонения, срабатывает сигнализация, принимаются меры.

Усть-каменогорские энергетики, к слову, извлекли уроки из катастрофы 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС. Каждый из четырех агрегатов на станции сегодня оснащен датчиками температуры, вибрации, зазоров и ряда других важных параметров. Если чуткая аппаратура фиксирует превышение, срабатывает сигнализация – сначала предупредительная, затем может включиться аварийная.

У сибиряков аварию усугубило отсутствие резервной независимой системы энергопитания. На ГЭС в Усть-Каменогорске в качестве резерва имеется дизель-генератор, установленный на незатапливаемой отметке. От него могут быть экстренно запитаны краны, с помощью которых при необходимости открываются щиты водосливной плотины.

– При необходимости каждый гидроагрегат можно быстро вывести в ремонт, но у нас такого не происходит, – говорит Дмитрий Баранов. – Основное оборудование каждые полгода проходит текущий ремонт, как правило, весной и осенью. И раз в семь-восемь лет его модернизируют.

Дежурный инженер станции и его напарник электромонтер главного щита управления ­Рауан Турсынхан объясняют четко, быст­ро. Лишнего времени у них нет. Сегодня – запуск третьего агрегата, который как раз находился на текущем ремонте.

В теории станция сразу сможет увеличить мощность, но, как с улыбкой объясняет Рауан, «сегодня включил один гидроагрегат, завтра – все четыре» – так на огромном гидроэнергетическом предприятии не работает. У ГЭС есть график от Иртышской бассейновой инспекции по регулированию использования и охране водных ресурсов. Только инспекция вправе определять расход иртышской воды, разрешенный для генерации, причем на каждые сутки. И только от этого зависит, какое число гидротурбин будет задействовано.

– В течение дня мы можем менять генерацию, – говорит электромонтер, – но по итогам суток должны выйти на разрешенный расход.

В соседнем офисе – рабочее мес­то дежурного… по стране. Шутка, конечно, но в принципе не так далеко от истины. Ведущий инженер по режиму Данияр ­Жайсанбаев контролирует ситуа­цию на балансирующем рынке электроэнергии.

Дело в том, что с июля 2023 года все энергопроизводящие субъекты по закону обязаны продавать электроэнергию единому закупщику. Каждая станция планирует и заявляет как свою выработку, так и потребление. Отклонения недопустимы.

– А если, – спрашиваю, – ГЭС решит произвести больше, чтобы продать больше и, соответственно, подзаработать?

Данияр отрицательно качает головой: нельзя. Это будет считаться нарушением водно-энергетического баланса и повлечет штрафные санкции.

– Иртышская бассейновая водная инспекция дает диапазон на сутки, – объясняет инженер. – Станция, помогая системному оператору KEGOC, в час пик генерирует больше, в часы минимума разгружает систему. Главное – оставаться в заданных интервалах по выработке, а также по расходу воды. Это важно, потому что в случае повышенного сброса можно спровоцировать подтоп­ления ниже по течению. Все просчитывается. В мою задачу входит постоянный контроль. Усть-Каменогорская гидроэлектростанция является контррегулятором Бухтарминской ГЭС в Иртышском каскаде ГЭС. Если у Бухтарминской станции многолетний режим регулирования, то у нас – суточный.

Живая история

«Сердце» станции – машинный зал. Зрелище эпическое. Перед глазами только верхняя часть гидроагрегатов с крышками турбин, – одна за другой четыре машины. Четыре махины! Высота гидроагрегата – больше 17 м, одно рабочее колесо весит 86 тонн, один болт от крышки турбины – 80 кило! У механиков для таких деталей наготове мегаключи весом от 15 кг и больше.

Электромонтер главного щита управления Ернар Токпаев рассказывает: из четырех машин в данный момент в работе находятся две. При этом гул в зале такой, что приходится кричать, чтобы услышать друг друга. Эту песню турбин пишут «голоса» воды, вала, рабочего колеса, подшипников, ротора, статора…

Генераторы турбин расположены на более низком уровне, рабочие колеса – еще ниже. К ним ведут шахтные спуски, персонал так и говорит: «Пошел в шахту». Спускаюсь следом за Ернаром на небольшую смотровую площадку. Все законы гидроэнергетики, что называется, налицо во всей красе. Вода поступает с 40-метровой высоты в спиральную камеру, разбивается направляющими аппаратами на 24 потока, вращает огромное рабочее колесо диаметром шесть метров со скоростью 83 оборота в минуту! В другом помещении, где наблюдают за ротором и статором, турбина работает с такой мощностью, что гуляет сильный ветер. Специалист даже предуп­реждает: нельзя при себе иметь вещи, которые может сдуть.

Отдельно расположена гидравлическая установка, регулирую­щая водный поток на рабочее колесо. Ернар уважительно поглаживает ладонью устройство: в нем примерно 400 мм турбинного масла плюс сжатый воздух. За счет мощного давления в трубах поток воды, поступающий в направляющие аппараты, можно открывать и закрывать.

– Весь цикл электрогенерации управляется с пульта, – рассказывает специалист. – Процессы открытия, закрытия, снижения или увеличения выработки полностью автоматизированы. В то же время у нас есть оборудование, чтобы вручную управлять агрегатами. Это как резерв.

Из четырех гидроагрегатов, установленных на ГЭС в 1950-х годах, историческая «начинка» сохранилась только у одной – четвертой – машины. Начиная с 2020 года три устройства прошли полную модернизацию, включая замену рабочего колеса, направляющих аппаратов, лопаток турбины и т. д. Мощность каждого увеличилась с 83,3 мегаватта до 95.

При этом, по словам Ернара, выработку начинают при мощнос­ти не ниже 55–60 мегаватт. Если водная инспекция дала «добро» на расход воды, достаточный для двух агрегатов, станция не будет работать на трех.

Сейчас на очереди обновление последнего – четвертого – гидроагрегата. Он в работе 67-й год! Проект запланирован на 2026–2027 годы, и исполнительная власть Усть-Каменогорска уже поддержала идею памятника восточноказахстанской гидро­энергетике в виде исторического рабочего колеса 1959 года. Крупный парковый комплекс города может получить невероятную краеведческую «фишку».

– Модернизация, которую сейчас ведет станция, это тоже история, – подчеркивает специалист. – По сути, сегодня создается запас надежности на будущие 40–50–60 лет.

К слову, за 70 с лишним лет вид машинного зала практически не изменился. Техническая оснастка – оборудование, кабели – это все обновлено и продолжает обновляться. А вот знаменитый архитектурный стиль 1950-х на ГЭС решили не трогать. Физика физикой, но и «лирику» на ГЭС ценят.

Специалист по связям с общественностью гидростанции Светлана Нищенко показывает сохранившиеся изумительные светильники-шарики и лепнину в стиле сталинского ампира. На одном агрегате закреплена табличка завода-изготовителя «Ленинградский завод ордена Ленина, имени Сталина».

Светлана подводит меня не то к боксу, не то капсуле из толстенного металла. Что это – сейф, ящик для ценной аппаратуры? Оказывается, это индивидуальное бомбоубежище.

– Можно сказать, это осколок периода холодной войны, – рассказывает специалист. – Такие индивидуальные бомбоубежища стояли возле каждого гидроагрегата. Предполагалось, что в случае бомбежки в них должны прятаться машинисты. В зале было несколько таких сооружений, мы оставили одно для истории…

Под контролем

Усть-каменогорские гидроэнергетики и по сей день сохраняют тесную связь с заводом-изготовителем основного оборудования – бывшим Ленинградским металлическим заводом (ЛМЗ), сегодня компанией «Силовые машины». Именно питерские машинострои­тели изготовили для ГЭС новые рабочие колеса с улучшенными характеристиками.

Сейчас подрядчики из Санкт-­Петербурга помогают внедрять автоматику для контроля перетоков по высоковольтным линиям. Ведущий инженер электротехнической лаборатории УК ГЭС Антон ­Васильев показывает на мониторе сложные модули и объясняет: идет внедрение автоматики с алгоритмом по разгрузке генератора вплоть до полного отключения в том случае, если мощности превышают заданный диапазон. Это делается для того, чтобы улучшить надеж­ность энергоснабжения, плюс станция сможет подать заявку на увеличение выдачи мощности.

– Сейчас мы настраиваем автоматизированную систему управления технологическими процессами, то есть компьютеры, датчики, – говорит специалист. – Дальше «завяжем» в систему релейную защиту и открытые распределительные устройства – выключатели линий, системы шин. Если раньше регулировка шла вручную, то теперь оператор будет сидеть в кресле, наблюдать. А автоматика – исполнять.

За состоянием ГЭС следят уже примерно 500 различных датчиков. Инженер по эксплуатации зданий и сооружений Глеб Шалаев соглашается показать приборы, которые ведут мониторинг «здоровья» плотины. Они установлены в местной «тайной комнате Хогвартса» – потерне.

Эта подземная галерея проложена фактически по дну Иртыша от одного берега до другого. Идешь по бетонному туннелю и прокручиваешь в голове: 65 м плотины, за ней Усть-Каменогорское водохранилище, над головой – напорные трубопроводы, по которым вода поступает в агрегаты, с краю – желоб для стока фильтрующейся воды…

Глеб показывает отметки на бетонной стене: здесь буквами и цифрами обозначены деформационные швы. «Швы – это нормально, – заверяет он. – Они позволяют сооружению «ходить», снимают напряжение и отводят воду».

Вся потерна охвачена автоматизированной системой контроля. Есть датчики, фиксирующие изменения трещин и температурных швов на сотые доли миллиметра. Есть наклономеры, измеряющие малейшие отклонение плотины относительно вертикали, в один-два градуса. Есть пьезометры, определяющие уровень воды в подошве фундамента. Есть датчики напряжения, возникающего в теле бетона…

– Автоматика позволяет видеть основные параметры, не выходя из рабочего кабинета, – говорит инженер. – На мониторе выведены данные по тому, как раскрываются швы, какой расход воды, какая температура. Но специалисты, как и ранее, продолжают вести замеры вручную, со штангенциркулем и секундомером, по принципу «доверяй, но проверяй».

Дополнительный контроль проводится после землетрясений. Пока не было ни одного случая, чтобы по каким-то параметрам безопасности на гидротехни­ческом сооружении отметили отклонения.

…Мы возвращаемся из потерны на территорию, и я не удерживаюсь от любимого вопроса всех журналистов: насколько безопас­ной является 70-летняя плотина? Глеб улыбается. Как-то специалис­ты подсчитали примерный вес станции. Общая длина Усть-Каменогорского гидроузла 461 м: левобережная глухая плотина, щитовая стенка, правобережная плотина, водосливная плотина, судоходный шлюз, здание машинного зала. Ключи управления, автоматы, табло сигнализации…

– Получилось, что вес сооружения примерно 1,7 миллиона тонн, – говорит инженер. – Сложно представить себе такую силу, которой было бы под силу это все разрушить…

Галина Вологодская («Казахстанская правда»)