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.
Поправка: автор забыл косинус фи в этой формуле, правильно так: P = 1,73*U*I*cos(Ф)
обычно cos(Ф) = 0.8
Но на картину это не влияет.
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 (тыц!) - Олега Мякишева
Олег Мякишев писал(а):
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.
центробежная сила приводит к повышению вибрации 