Технократическое самоубийство

Катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС со всей очевидностью показала, что когда-то лучшая в мире советская энергетическая система себя исчерпала, а техническая политика постсоветского руководства отрасли оказалась несостоятельной

17 августа 2009 года войдет в историю мировой энергетики. В этот день на Саяно-Шушенской гидроэлектростанции (СШГЭС) произошла катастрофа, беспрецедентная по своему содержанию и масштабу последствий.

В 4 часа 15 минут по московскому времени (в 8.15 по местному) сильнейший толчок (предположительно гидроудар), причина которого до сих пор выясняется, повлек за собой разрушение второго гидроагрегата электростанции и частичное разрушение здания машинного зала. В результате выхода из строя автоматики и гибели оперативного персонала ситуация на станции примерно на час вышла из-под контроля. За это время сильные повреждения получили оставшиеся восемь гидроагрегатов (еще один находился в ремонте и, по некоторым сведениям, особенно не пострадал). Большая часть находящихся в тот момент в машзале людей погибла. На момент сдачи номера в печать было известно о 47 погибших и 28 пропавших без вести. Еще 20 человек пострадали, но остались живы.

Последствия полного отключения Саяно-Шушенской ГЭС легли дополнительной нагрузкой на резервные мощности теплоэлектростанций (которые долго в таком жестком режиме работать не смогут) и недоремонтированные линии электропередачи. Окончательная оценка последствий катастрофы будет дана после технического освидетельствования. Однако уже сейчас ясно, что мощности Саяно-Шушенской ГЭС на долгие годы выведены из строя. Это означает, что отныне энергосистема Сибири будет работать с повышенной, критической нагрузкой. Под угрозой надежность и безопасность энергоснабжения в регионе.

Инженеры, эксперты и чиновники признают, что на станции произошла самая крупная и разрушительная авария в истории российской и советской гидроэнергетики. «Это самая масштабная и непонятная авария гидроэнергетики, которая только была в мире, — заявил российский министр энергетики Сергей Шматко. — Мы не понимаем ее природы». «Авария уникальна, — вторит глава Министерства по чрезвычайным ситуациям Сергей Шойгу. — Ничего подобного в мировой практике не наблюдалось».

До последнего времени считалось, что советские ГЭС входят в число самых надежных в мире. После аварии многие поспешили поставить на советской энергетике жирный крест. Но даже самые сверхнадежные объекты, способные выдержать ядерный взрыв, могут разрушаться — и не потому, что их проектировщики тридцать лет назад допустили ошибку, а потому, что система управления упростилась и деградировала. Изнашивающиеся электростанции требуют либо крупных инвестиций в обновление оборудования, либо более квалифицированного обслуживания и профилактики. Когда нет ни того ни другого — это самоубийство.

Гордость советских пятилеток

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция расположена на Енисее, в Хакасии. Эта ГЭС — крупнейшая в России и одна из крупнейших в мире (см. таблицы 1 и 2). Установленная мощность станции составляет 6,4 ГВт (10 гидроагрегатов по 640 МВт каждый), или 15% от установленной мощности всех электростанций Объединенной энергосистемы Сибири (ОЭС Сибири). Правда, по условиям пропускной способности отходящих от станции ЛЭП реально может быть нагружено лишь до 4,4 ГВт. Именно поэтому среднемноголетняя загрузка станции не превышает половины (см. график 1). За год станция вырабатывала 24–26 млрд кВт∙ч.

СШГЭС вместе с Красноярской и Братской ГЭС — ключевые гидроэлектростанции, используемые для регулирования пиковых нагрузок на энергосеть Сибири. Это означает, что в определенные часы гидроагрегаты станций работают с максимальными нагрузками.

Арочно-гравитационная плотина Саяно-Шушенской ГЭС — одна из самых высоких в мире: 245 метров (см. таблицу 2). Конструкция дамбы гидроэлектростанции не имеет аналогов не только в отечественной, но и в мировой практике. Турбинам Саяно-Шушенской ГЭС по сочетанию напора воды и единичной мощности тоже нет равных.

Принято считать, что гидроэлектроэнергия — один из самых безопасных и экологичных способов получения электричества. Ни тебе выбросов вредных веществ, ни масштабных аварий с множеством жертв. Однако катастрофа на СШГЭС доказала обратное.

На момент аварии на ГЭС в работе находились 9 агрегатов из 10, гидроагрегат № 6 находился в резерве. В 8 часов 14 минут местного времени сотрудники, находившиеся в машзале, услышали громкий хлопок в районе гидроагрегата № 2 и увидели столб воды. На центральном пульте управления (ЦПУ) сработала светозвуковая сигнализация, пропали оперативная связь и питание освещения, автоматики, сигнализации, защит и приборов. Поток воды частично разрушил стены и кровлю машинного зала. В Енисей выбросило около 100 тонн турбинного масла. Произошло затопление производственных уровней, расположенных ниже машинного зала. Короткое замыкание в системах управления генераторов привело к полному прекращению работы гидроэлектростанции. К несчастью, авария сопровождалась многочисленными человеческими жертвами — на момент аварии на территории ГЭС находилось около 300 человек, включая ремонтный и привлеченный персонал. На сегодня 75 человек погибли или числятся пропавшими без вести.

Из-за остановки ГЭС произошел сброс нагрузки до 0 MBт с полной потерей энергии. Из-за отсутствия напряжения лишь через час после начала аварии на вершине плотины вручную были закрыты технологические затворы на все гидроагрегаты и прекращен доступ воды в машзал с верхнего бьефа (см. схему). В 11 часов 32 минуты местного времени было подано напряжение от постороннего источника на козловой кран гребня плотины, для сброса воды вхолостую начали открывать затворы специальных водосливных пролетов в теле плотины. Баланс притока и сброса воды был восстановлен примерно через полтора часа. Все это время Саяно-Шушенское водохранилище продолжало наполняться с риском перелива через плотину. Отметка верхнего бьефа на момент восстановления баланса составляла 537 метров от уровня моря, это всего на 8 метров меньше высоты плотины. Сейчас весь приток воды (2200–2400 кубометров в секунду) полностью пропускается через плотину вхолостую.

Эта катастрофа никого не оставила равнодушным, и мы отправились в Саяногорск.

Последняя пересменка

«Да не надо никого искать по реке, все они там остались — в машинном зале», — хмуро говорит наш попутчик. Мы с ним уже девятый час едем в автобусе из Красноярска, который везет нас в сторону Саяно-Шушенской ГЭС. Попутчика зовут Сергей, на станции он обслуживает электронику систем управления гидроагрегатов. Ехал он недовольный — из-за аварии вызвали из отпуска, а грубоватостью речи скорее всего показывал, что пересуды о погибших и пропавших без вести, о которых он отрешенно думал, неуместны. Для него, выросшего в небольшом поселке с 12-тысячным населением, где все друг друга знают и жизнь всех так или иначе связана с ГЭС, потеря 75 человек не просто статистика, а гибель очень близких людей.

Катастрофа случилась в утреннюю пересменку. Ночная смена оперативного персонала еще только собиралась покинуть машинный зал, а новая — вместе с теми, кто работает не по сменам: автоматчиками, работниками лабораторий, уборщицами и ремонтниками-подрядчиками из местного «Гидроэнергоремонта» — начала было расходиться по рабочим местам, когда в 8.14 помещение стало стремительно заполняться водой из второго гидроагрегата станции.

В ловушке, устроенной в машзале завалами строительных конструкций и останков гидроагрегатов, нагроможденных разрушительной волной, оказалось 75 человек. Почти сразу было спасено 13. В 9 утра уже приступила к работе спасательная группа на водах из соседнего Саяногорска. Еще через час вступили в дело спасатели из Абакана со специальным оборудованием, они-то и вытащили из завалов еще одного, обнаруженного ранее человека, вырезав болгаркой чуть ли не с ним самим кусок вентиляционной шахты. Следующего подняли только через 13 часов. Его спасение иначе как чудесным не назовешь: как рассказывали спасатели, мощная волна, протащив его по лестничным проемам, закинула на потолочную балку одной из каптерок, где он и ждал помощи, зависнув и задрав голову по горло в воде. Это был последний живой, спасенный из заваленного обломками и залитого смесью воды и турбинного масла пространства — того, что в одночасье осталось от машинного зала крупнейшей в стране гидроэлектростанции.

Сразу после случившегося жители Черемушек стали было спешно вывозить детей из нижней части поселка на «верхнюю веранду», так они называют расположенный на горе жилой квартал. Но страшного — того, о чем они думали в тот момент, не случилась: 245-метровая плотина оказалась целехонька, а уровень воды в реке почти не поднялся. Впереди черемушкинцев ждало самое худшее — длинный мартиролог погибших и пропавших на разоренной станции родных и близких людей.

Мы увязываемся за спасателями-кинологами на площадку 327-го уровня, она быстро освободилась от воды, но тяжело работавшие эмчеэсовцы только на четвертый день освободили на ней подходы ко многим помещениям. Лабрадор Трой, весь вымазанный в масле, с трудом перебирает лапами в месиве из обрезков трубы арматуры с рваными бетонными осколками. Трой не нашел никого. Ни живых, ни мертвых. Говорят, что все они ниже — на уровнях 315 и 320, еще заполненных водой. Там раздевалки, мастерские, аппаратные, подходы к агрегатам. И правда: как только стали откачивать воду, погибших начали поднимать с этих площадок одного за другим. Каков же был удар воды, удивляются спасатели, выносившие тела, если одной несчастной оторвало голову (ее опознали только по модной наколке)? Родственников не обнадеживали. На ежедневной встрече с ними в поселковом доме культуры кто-то из руководителей МЧС сравнил действие ударной волны с эффектом разорвавшейся вакуумной бомбы. Водолазы устало рассказывают журналистам, что видели много фрагментов тел. Живых больше не найдут.

Сбой в запрещенном режиме

Большинство опрошенных нами специалистов затруднились дать исчерпывающие объяснения, почему одна из сверхнадежных турбин смогла выйти из строя с такими катастрофическими последствиями. Результатов работы комиссии по расследованию причин аварии пока нет. В итоге общественность и энергетики гадают, что же случилось: гидроудар, заводские дефекты оборудования или террористический акт.

Когда произошла авария, первые предположения касались попавшего в реку масла (в воде его оказалось не меньше 100 тонн), стали говорить о взрыве 500-киловольтового трансформатора и поврежденном в результате этого взрыва водоводе — упрятанной в бетонную муфту стальной трубы, по которому вода поступает в гидротурбину. Или наоборот: разрушение из-за износа водовода и последующий залив водой трансформатора, из-за чего тот будто бы взорвался. Оба они оказались целы. На месте аварии хорошо видно, как мощная волна лишь сдвинула с места 180-тонный трансформатор.

Другая предполагаемая причина аварии — гидроудар и отказ основного оборудования турбины или генератора. В разборе этой версии и таятся загадки. Пока единственный установленный факт — поступление воды в машинный зал началось предположительно через второй турбогенератор, легко вырванный с корнем. Нельзя исключать любое повреждение: и электрической машины, и систем регулирования. Может, неточно работала автоматика. Валентин Стафиевский, член оперативного штаба по ликвидации последствий чрезвычайной ситуации, бывший главный инженер станции, о возможности поломки основного оборудования говорит осторожно: «Вы напишете, чиновники прочитают и истолкуют, что на деле хорошая продукция Ленинградского металлического завода и “Электросилы” плохого качества, а на двух агрегатах (в том числе втором, который предварительно называют виновником аварии. — “Эксперт”) они по тридцать лет проработали практически без претензий». По его словам, это не авария в банальном понимании слова: «У меня в гидроэнергетике стаж работы больше пятидесяти лет, я работал и участвовал в строительстве самых крупных в стране Красноярской и Саянской электростанций, вся жизнь моя здесь прошла, но приехал сюда в первый день и не мог поверить своим глазам, что такое вообще возможно. Это не авария, а трагедия. Уверяю вас, что подобных аварий ни в мире, ни у нас в стране не было. Она ни в какие сценарии аварийных ситуаций, прописанных нами до этого, не вписывается».

В мировой практике аварии на ГЭС явление нередкое, однако в основном это прорывы и обрушения плотин, перелив воды через гребень и т. п. (см. таблицу 3). В таких случаях всю станцию вместе с машинным залом и линиями электропередачи могло разнести потоками воды. Как правило, такие катаклизмы — следствие ливневых паводков, ураганов, неправильной проектировки плотины и недооценки местных факторов строительства (оползни, обвалы горных массивов). Случаев, чтобы угроза тотальной остановки ГЭС исходила из-за сбоя в машинном зале, в мировой истории энергетики не зафиксировано.

«Российские ГЭС в принципе безопасны, — рассказывают нам эксперты ОАО “Институт “Гидропроект”” (входит в структуры ОАО “Русгидро”). — На них сооружения гидроузлов, плотины, водосбросы и другое каждые пять лет скрупулезно обследуются комиссиями профессионалов, дающих объективную оценку состояния напорных сооружений (плотин), гидросилового и механического оборудования. Выполнение ремонтно-восстановительных мероприятий, рекомендованных этими комиссиями, — залог безаварийной работы ГЭС». Насколько нам известно, взлетевший на воздух гидроагрегат № 2 уже несколько лет как выработал свой тридцатилетний ресурс. Но по официальной информации, «Русгидро» планировало поменять его лишь в 2011 году.

Заведующий кафедрой нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Московского энергетического института доктор технических наук Владимир Виссарионов считает, что «вероятной причиной аварии мог стать гидроудар слишком большой мощности». «В принципе он возникает в водоводе и в области гидротурбины в ходе включения и выключения нагрузки, для чего поток воды регулируется специальными затворами, — говорит он. — Возможно, из-за человеческого фактора или проблем с автоматикой могла произойти ошибка закрытия-открытия, в результате чего направляющие закрывающего аппарата перед аварией закрывали-открывали быстрее, чем обычно». Возможно, но нам все-таки кажется, что оборудование станции должно было проектироваться и устанавливаться с определенным запасом прочности, в том числе с расчетом под такие гидроудары.

«Авария и масштаб разрушений могли быть связаны и с проблемами конструкционных материалов: возможно, арматура бетонной оболочки коррозирована или конструкция частично утратила изначальную прочность из-за усталости материала», — предполагает Владимир Виссарионов. Но почему механизмы станции, рассчитанные на десятки лет безопасной эксплуатации, могли так катастрофично потерять изначальную прочность, ведь наверняка плановый ремонт и восстановительные мероприятия должны были добавить ресурса той же турбине № 2?

Надо было старика послушать

Ответ на многие вопросы мы нашли в книге бывшего гендиректора Саяно-Шушенской ГЭС Валентина Брызгалова, к сожалению, ныне покойного («Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций», Красноярск, Издательский дом «Суриков», 1999). В книге, написанной еще десять лет назад, Валентин Брызгалов признает, что Саяно-Шушенская ГЭС была экспериментальной по своей сути (между прочим, госкомиссия официально приняла станцию в эксплуатацию лишь в 2000 году — как раз в это время Валентин Брызгалов покидал управление станцией). За годы ее работы произошло несколько десятков нарушений работы гидротурбин и повреждений их узлов. В частности, «первые четыре агрегата Саяно-Шушенской ГЭС (в том числе и № 2. — “Эксперт”) испытывали достаточно сильное вибрационное воздействие из-за работы с нерасчетными напорами. В результате на ряде узлов усталостная прочность оказалась недостаточной. Вместе с тем выявились дефекты, связанные с недостаточной предварительной натурной изученностью отдельных явлений и новых конструкторских разработок. В некоторых случаях сказалось бескомпромиссное стремление к снижению затрат металла на один киловатт установленной мощности». В подтверждение недостаточной изученности и продуманности конструкторских решений Брызгалов отмечал непредвиденные остановки турбин, которые происходили и тогда, когда они работали только на расчетных напорах.

Более десяти лет назад Брызгалов указал и на пресловутый агрегат № 2. «Исследование причин разрушений путем проведения натурных испытаний показало, что для радиально-осевых гидротурбин неточность геометрии при изготовлении рабочих колес приводит к большему гидравлическому дисбалансу. На основании опыта эксплуатации наиболее неблагополучного в этом отношении гидроагрегата № 2 со сменным рабочим колесом была признана возможность возникновения усилий на турбинный подшипник, превышающих расчетное значение…»

Особенно настойчиво Валентин Иванович предупреждал об опасности работы турбин станции на повышенной мощности. В свое время на станции проводились эксперименты, чтобы определить запас мощности в гидротурбинах и возможность его использования в случаях крайнего дефицита мощности в энергосистеме. Производились измерения вибрации гидроагрегата, а также всех параметров, характеризующих гидравлический режим турбины. Брызгалов предупреждал о разрушительном для турбины режиме в так называемой зоне IV (когда напор воды очень высок и направляющие аппараты-решетки на лопатки турбины открывались более чем на 93%). Такой режим работы хоть и предполагал мощность выдачи энергии с одного гидрогенератора более 740 МВт (вместо заявленных 640 МВт), но был очень опасен. В своей книге Брызгалов как раз отмечает повышенную вертикальную вибрацию крышки турбины гидроагрегата.

К сожалению, у нас нет данных о том, работали ли турбины станции в момент аварии в этой «запрещенной зоне» IV. Однако косвенные признаки позволяют предположить, что было именно так. Во-первых, авария произошла в восемь утра — как раз в утренний пик нагрузки на ГЭС, когда требуется выдавать максимум энергии. Во-вторых, в момент аварии водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС было заполнено, можно сказать, под завязку.

Несколькими днями ранее (11 августа 2009 года) «Русгидро» выпустила пресс-релиз о том, что лето выдалось довольно многоводным. В нем, в частности, говорилось, что «приточность реки Енисей в 2009 году превысила среднемноголетние значения на 10%, в связи с этим с апреля гидроэлектростанция работает с повышенной нагрузкой. В июне-июле суточная выработка электроэнергии достигала 105 млн кВт∙ч — это была максимальная суточная выработка за весь тридцатилетний период эксплуатации Саяно-Шушенской ГЭС»! Предполагалось, что в августе и сентябре Саяно-Шушенская ГЭС также будет работать с максимально возможной нагрузкой. «За семь месяцев 2009 года Саяно-Шушенский гидроэнергокомплекс выработал более 15 млрд кВт∙ч электроэнергии, что на 2 млрд кВт∙ч выше плана», — гордо рапортовали гидроэнергетики.

Дорапортовались. Вместо докладов о перевыполнении плана теперь приходится говорить о многомиллиардных убытках, жертвах и фактическом закрытии станции на несколько лет.

Поздно искать виноватых

По сообщению «Русгидро», гидроагрегат № 2 останавливали 14 января этого года для «проведения среднего ремонта с наплавкой рабочего колеса». Эту работу выполнили специалисты местного «Гидроэнергоремонта». Непонятно, почему к ремонтным работам на элементах гидроагрегата, критически влияющих на надежность работы всей машины, не привлекались его производители. Тогда же была модернизирована колонка электрогидравлического регулятора частоты вращения турбины. Авторов этой статьи, безусловно, можно легко упрекнуть в незнании предмета и объяснить такое положение дел тем, что выполнение наплавки на рабочее колесо (вероятно, для решения проблемы появившихся в лопастях трещин) — это несложная технологическая операция. Пусть так. Но, по словам Марии Алеевой, отвечающей за внешние связи «Силовых машин», специалистов энергомашиностроительной компании к ремонтным и другим работам на Саяно-Шушенской ГЭС не привлекали с 1994 года. Неужели за пятнадцать лет не появилось ни одного более серьезного повода для изучения состояния стареющего гидроагрегата ее творцами? Между тем на ремонтировавшемся во время аварии шестом агрегате и вовсе шел капитальный ремонт с демонтажем ротора и рабочего колеса, и тоже без участия производителя.

Как признаются сами энергетики, такие вещи происходят прежде всего из-за того, что профессионализм за последние годы на всех уровнях управления в их отрасли сильно упал — у строителей-энергетиков, эксплуатационников, проектировщиков, ученых в исследовательских институтах (см. также «Нам аукнулся дефицит квалификации»). В результате «ресурс по сути советской энергетической инфраструктуры подошел к критическому порогу, ее необходимо просто обновлять». Авария на Саяно-Шушенской ГЭС, похоже, открыла глаза на эту проблему и новых руководителей отрасли. «Подведем итоги прошедшего времени», — сказал, оговорившись, на ночном совещании 20 августа министр по чрезвычайным ситуациям Сергей Шойгу. К несчастью, подведение итогов оказалось чересчур трагическим.

В работе над материалом принимали участие Сергей Кудияров и Василий Лебедев