Дискуссии о том были ли перед аварией на Саяно-Шушенской ГЭС повышенные вибрации на втором гидроагрегате реально, или неисправный прибор показывал повышенные значения, продолжаются до сих пор [1,2,3,4,5,6]. Странным кажется то обстоятельство, что из показаний десяти датчиков системы виброконтроля только на одном (датчик радиальных вибраций турбинного подшипника) значения вибраций превышают норму. Можно ли сейчас, попытаться решить этот вопрос? Теоретически можно. Будем рассуждать следующим образом. В 4.43 километрах от СШ ГЭС есть сейсмологическая станция «Черемушки» (рис.1). Записи колебаний за последние годы в цифровом виде сохранены. Все события за годы до аварии, момент аварии и запуски гидроагрегатов после аварии, на ней нашли отражение. Изучая записи колебаний полученных на сейсмостанции и на временных станциях, установленных во время запуска после аварии новых гидроагрегатов, мы видим, что некоторые колебания излучаемые гидроагрегатом хорошо регистрируются как вблизи гидроагрегата, так и на сейсмостанции. Давайте попытаемся изучить эти колебания. Любые изменения в режиме работы гидроагрегата хорошо видны как на станции установленной вблизи гидроагрегата, так и на станции «Черемушки». Есть проблема: перед аварией работали не один, а 9 гидроагрегатов (включая и второй). Как определить вклад каждого, если они работали на одной и той же частоте? Попытаемся выделить те участки записи, где работали все гидроагрегаты кроме второго на одном и том же режиме, а потом выделим те участки, где работали эти же агрегаты плюс второй. За два года работы таких ситуаций было много. Проанализируем эти записи, и поймем, как изменялась интенсивность сейсмических колебаний от второго гидроагрегата с течением времени, в том числе и перед аварией.

Рис.1. Схема сейсмологических наблюдений вблизи Саяно-Шушенской ГЭС. Перед аварией работала только одна сейсмостанция – «Черемушки».

Для анализа сейсмических записей в ГС СО РАН разработана и запатентована [7,8,9] методика обработки данных, позволяющая выделять из сейсмической записи источник колебаний определенной частоты и отслеживать изменения амплитуд колебаний с течением времени. Суть методики заключается в следующем. Для первоначального анализа зарегистрированных сейсмограмм используются методика построения текущих спектров (или спектрограмм). Принцип построения текущих спектров следующий: по сейсмической записи скользят временным окном, для каждого положения которого рассчитывается амплитудный спектр. Множество таких спектров образуют двумерное изображение, по одной координате которого откладывается текущее время, по другой – частота. Амплитудам спектров соответствует цветная шкала, большие амплитуды отображаются более яркими (например, красными) цветами, а низкие – более темными (например, синими). Текущий спектр позволяет на качественном уровне определить, как меняется амплитудно-частотный состав записи с течением времени и выделять из всей записи источники определенной частоты. Для выполнения количественных оценок предлагается строить графики изменения амплитуд колебаний на фиксированных частотах по формуле:

где f(τ) – зарегистрированный сейсмический сигнал, ω – частота, для которой строится график, t – текущее время, Т – интервал времени (окно), в котором определяется амплитуда (в нашем случае Т -10 сек.), A_ω(t), |…| – означает модуль комплексного числа.

На рис.2 показаны графики изменения амплитуд сейсмических колебаний на частоте 38.1Гц (лопастная частота). Видно, что с увеличением нагрузки на гидроагрегате, амплитуды колебаний возрастают и эта особенность наблюдается и по регистрации в основании плотины Саяно-Шушенской ГЭС возле гидроагрегата №6 и на удалении 4.43км от ГЭС на сейсмостанции «Черемушки». Таким образом, даже имея записи только с удаленной сейсмической станции (такая ситуация была перед аварией), можно отслеживать работу гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС.

Рис.2. Пример связи изменений режимов работы гидроагрегата №6 с регистрируемыми колебаниями в основании плотины и на сейсмостанции «Черемушки».

Исследования по совместному анализу данных регистрации сейсмостанции «Черемушки» и данных по изменениям режимов работы гидроагрегатов за сутки до аварии показали следующее. Изменения режимов работы гидроагрегатов фиксируются на графиках изменения амплитуд колебаний на «лопастной» частоте 38,1 Гц: увеличение нагрузки гидроагрегатов сопровождается ростом амплитуд колебаний. При этом регистрируемый сигнал формировался в результате совместного влияния работы 9-ти действовавших гидроагрегатов. Для выделения из регистрируемого сигнала составляющей, связанной с работой только ГА-2, был произведен следующий прием обработки. За время наблюдений были выделены и проанализированы 2 временных интервала: интервал 1 (16.08.2009 с 22:00 по 23:00) и интервал 2 (с 16.08.2009 23:48 по 17.08.2009 00:19), на которых каждый из гидроагрегатов, кроме 2-го, работал с постоянной нагрузкой. На первом интервале ГА-2 был остановлен, на втором работал под нагрузкой 600 МВт. По данным регистрации сейсмостанции «Черемушки» были рассчитаны средние значения и дисперсии амплитуд колебаний на частоте 38.1 Гц для 1-го и 2-го интервала.

Выяснилось, что дисперсия колебаний в интервале 1 и 2 практически не изменилась и составила 0.0006 мкм/с. Таким образом, можно заключить, что при включении в работу ГА-2 не произошло аномально высоких выбросов в амплитудах колебаний, по сравнению с выбросами, связанными с работой остальных гидроагрегатов. Также установлено, что средние значения амплитуд колебаний возрастают на 0.002 мкм/с от интервала 1 к интервалу 2, и эта величина является составляющей зарегистрированных колебаний, связанной с работой только ГА-2 (по состоянию на 16-17 августа 2008г.).

Таким образом, за сутки до аварии на СШ ГЭС, по данным регистрации на сейсмостанции «Черемушки», не наблюдалось «аномальных» изменений амплитуд колебаний, связанных с работой аварийного гидроагрегата (воздействия от ГА-2 не отличались от воздействий, порождаемых другими гидроагрегатами). Это, в свою очередь, может свидетельствовать в пользу того, что физическое состояние ГА-2 16-17 августа 2009г оставалось стабильным.

Рис.3. Анализ колебаний второго гидроагрегата на лопастной частоте 16-17 августа 2009г.

Проведены исследования по анализу данных с сейсмостанции «Черемушки», за период с 01.01.2009г до момента аварии 17.08.2009г. Рассмотрены сейсмические записи, охватывающие интервалы до ремонта гидроагрегата №2 (ГА-2), месяц после ремонта и в течение одного месяца до момента аварии. Выделены и проанализированы две особенности зарегистрированного волнового поля, которые связаны с работой оборудования Саяно-Шушенской ГЭС:

1. До аварии в волновом поле уверенно выделялись колебания с частотой 2,381Гц – оборотная частота гидроагрегатов. По записям сейсмостанции на этой частоте наблюдались ступенчатообразные скачки амплитуд, соответствующие по времени моментам пуска или остановки ГА-2, а также других агрегатов (ГА-1, ГА-3, ГА-4, ГА-9 и ГА-10). Амплитуды скачков, соответствующие пуску или останову ГА-2 за все рассмотренные промежутки времени примерно в 1,5 раза выше, чем на остальных гидроагрегатах. При этом не отмечено роста амплитуд этих скачков непосредственно перед аварией (рис.4).

Рис.4. Графики изменения значений амплитуд колебаний на оборотной частоте, зарегистрированные сейсмостанцией «Черемушки» в моменты пуска или останова гидроагрегатов СШ ГЭС.

2. За 5 минут до аварии наблюдалось повышение амплитуд колебаний на низких частотах (до 5Гц). Эта особенность наблюдалась многократно до момента аварии. Установлено, что колебания возникали на определенных частотах, которые совпадают с собственными частотами колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Амплитуды колебаний, наблюденные непосредственно перед аварией, в целом, выше средних значений, однако не максимальные (рис.5). Установлено, что они возникают при определенных режимах работы гидроагрегатов СШ ГЭС: за месяц до аварии при нагрузках 560-580МВт; в течение полумесяца после ремонта ГА-2 – 475-525МВт. Также показано, что эта особенность связана не только с работой гидроагрегата №2, подобные низкочастотные колебания возникали и в тех случаях, когда агрегат был остановлен, но работали другие.

Рис.5. График амплитуд колебаний, наблюдаемых на сейсмостанции «Черемушки» при определенных нагрузках гидроагрегатов СШ ГЭС.

Выводы

Экспериментально установлено, что перед аварией 17.08.2009 на сейсмограммах станции «Черемушки» наблюдались особенности, которые связаны с работой гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС (как аварийного ГА-2, так и других гидроагрегатов). Однако такие же особенности наблюдались неоднократно и до момента аварии (проведен анализ, начиная с 01.01.2009г.). Аномалий, которые бы свидетельствовали о нештатной работе ГА-2 (или других гидроагрегатов) непосредственно перед аварией, по записям сейсмостанции «Черемушки» не выявлено. Это позволяет делать вывод о том, что характер аварии имел особенности «аварии последней капли».

Литература

1. Акт технического расследования аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале «РусГидро» – «Саяно- Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего». Федеральная служба по экономическому, технологическому и атомному надзору, 2009 г. // [http://ru.wikisource.org/wiki]
2. Клюкач А.А. О вибрации на агрегате №2 СШГЭС до аварии. Дискуссия // [http://tayga.info/details/2011/02/02/~102283] – 2 февраля 2011г.
3. Курзин В.Б., Селезнев В.С. О механизме возникновения высокого уровня вибраций турбин Саяно-Шушенской ГЭС // Прикладная механика и техническая физика. 2010. – Т.51. – № 4. – с.166-175.
4. Лобановский Ю. Продолжение полемики об аварии на СШГЭС, или Миф о Саянской катастрофе-2 // [http://tayga.info/details/2011/01/04/~101924] – 4 января 2011г.
5. Рассохин Г. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС: реальность и мифы // [http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-3/] – 23 ноября 2011г.
6. Рассохин Г. Гидродинамические факторы аварии на Саяно-Шушенской ГЭС // [http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-5/] – 25 марта 2012г.
7. Селезнев В.С., Еманов А.Ф. Пересчет волновых полей головных волн фильтрами Винера (статья) // Геология и геофизика. – 1998. – №4. – с.33-40.
8. Селезнев В.С. Симфония катастроф // Наука из первых рук. 2010. – №3. – с.35-37.
9. Селезнев В.С., Лисейкин А.В., Брыксин А.А. Способ непрерывного мониторинга физического состояния зданий и/или сооружений и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение №2010128394/28, 08.07.2010.