Работы на Саяно-Шушенской ГЭС

Регистрация сейсмических воздействий, вызванных работой гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС

Методика инженерно-сейсмологического мониторинга была применена в научно-исследовательской работе по регистрации динамических воздействий на систему плотина-основание от работы гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС).

Ниже представлены схемы сейсмических наблюдений в теле плотины и машинном зале СШГЭС, соответственно. Регистрация велась в 13-ти различных пунктах наблюдения: 5 точек регистрации располагались в теле плотины на разных высотных уровнях вдоль водовода 6-го гидроагрегата; 2 точки регистрации устанавливались на крыше машинного зала и 6 точек – в машинном зале и возле ГА-6. Каждый пункт наблюдения состоял из трехкомпонентного сейсмоприемника (СК1П – датчика скорости или А1638 – датчика ускорения) и автономного сейсмического регистратора «Байкал-АС» (разработка ФИЦ ЕГС РАН). Направления осей трехкомпонентных сейсмоприемников следующие: Х – направлены по течению реки, Y – поперек.

Запись сейсмических сигналов проводилась в непрерывном режиме и включала регистрацию колебаний как во время работы ГА-6 на различных режимах, так и работы в штатном режиме и при остановленном гидроагрегате.

Схема сейсмических наблюдений в теле плотины СШГЭС

Схема сейсмических наблюдений в машинном зале СШГЭС

Комплект регистрирующей аппаратуры «Байкал»

Также, в рамках работы использовались данные с сейсмостанции «Черемушки», расположенной на расстоянии 4.43 км от СШГЭС в направлении на северо-восток.

Ниже представлены амплитудные спектры 2-х сейсмических записей (при остановленном и работающем на полную нагрузку 6-м гидроагрегате) с одного из датчиков, расположенных в теле плотины Саяно-Шушенской ГЭС. В низкочастотной части спектра как при работающем, так и при остановленном оборудовании выделяются собственные колебания сооружения. При этом заметно, что амплитуды собственных колебаний возрастают примерно в 2 раза при включении гидроагрегата на полную нагрузку. В высокочастотной части спектра при включенном в работу гидроагрегате выделяются монохроматические колебания, которых не было при остановленном оборудовании.

Амплитудные спектры записей с одного из датчиков, установленного в теле плотины СШГЭС

Обработка результатов исследований

Ниже на иллюстрациях представлены исходная сейсмограмма, полученная с датчика, установленного в здании машинного зала Саяно-Шушенской ГЭС вблизи работающего 6-го гидроагрегата, и результаты применения описанного выше алгоритма: графики изменения амплитуд колебаний на частотах, связанных с работой этого гидроагрегата. Видно, что на разных частотах амплитуды колебаний изменяются по-разному, что демонстрирует различие величин вибраций, вызванных отдельными элементами конструкции гидроагрегата.

            Так же приведены графики изменения амплитуд собственных колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС за время проведения эксперимента. Видно, что при различных режимах работы гидроагрегата, увеличение и уменьшение амплитуд собственных колебаний сооружения происходит по-разному. Анализ графиков дает информацию о том, на какой именно частоте и при каком режиме работы гидроагрегата происходит увеличение амплитуды собственных колебаний сооружения и на основании этого дается оценка влияния работы оборудования на физическое состояние сооружения. В результате анализа установлено, что увеличения амплитуд колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС, связанные с работой 6-го гидроагрегата, незначительны.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в машинном зале СШГЭСРезультаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в плотине СШГЭС

Выше представлены исходная сейсмограмма, спектр и график изменения амплитуд колебаний на выбранной частоте, связанной с работой 6-го гидроагрегата, полученные по записям сейсмической станции «Черемушки». Данный пример демонстрирует высокую чувствительность методики – на достаточно большом удалении (около 4 км), на фоне значительных сторонних помех (станция расположена в населенном пункте), можно выделить интересующий гармонический сигнал и при этом извлечь информацию об изменениях режимов работы гидроагрегата.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи сейсмостанции «Черемушки»

Выводы

Таким образом, получаемые в результате непрерывного инженерно-сейсмологического мониторинга параметры динамических характеристик колебаний объекта в виде графиков изменения амплитуд колебаний для выбранного набора частот, позволяют проводить непрерывный мониторинг влияния работающих механизмов на физическое состояние здания и/или сооружения и непрерывный мониторинг физического состояния работающего промышленного оборудования и его элементов.

В результате проведенных исследований по регистрации динамических воздействий на систему «плотина-основание» СШГЭС от различных режимов работы ГА-6, установлено следующее:

• По данным регистрации сейсмической аппаратурой определен набор частот колебаний, связанных с работой ГА-6. Изменения режимов работы гидроагрегата отражаются на графиках изменения амплитуд колебаний для частот, кратных частоте вращения агрегата. При этом характер изменения амплитуд во времени на разных частотах колебаний, различен. Наиболее выразительные и высокоамплитудные изменения наблюдаются на «лопастной» и кратной ей частотах (38.095 Гц и 76.190 Гц, соответственно).
• Установлено, что при изменении режимов работы ГА-6 происходит незначительное изменение амплитуд собственных колебаний плотины.
• Установлена связь между работой ГА-6 на различных режимах и данными сейсмологической станции «Черемушки», которая заключается в том, что моменты значительных изменений нагрузки гидроагрегата уверенно выделяются по изменениям амплитуд колебаний на «лопастной» частоте 38.095Гц и соответствуют им по времени.