Безопасность ГЭС и ГАЭС – одна из приоритетных задач эксплуатирующей организации. Необходимо минимизировать последствия от разрушения водоводов и гидромеханического оборудования, а по возможности и предупредить наступление таких негативных событий, как затопление сооружений и оборудования самой ГЭС, прилегающих территорий, угроза жизни и здоровью людей.
Основными причинами разрушения водоводов являются: природные стихийные бедствия (сели, землетрясения, сход лавин и т.д.); теракты и военные действия; износ водоводов - частичное или полное разрушение оболочек, мест их соединений, облицовок или гермодверей штолен вследствие усталостных процессов и прочих причин; избыточное давление или вакуум в водоводах, как следствие критических переходных процессов, возникших в результате неправильной или аварийной эксплуатации гидромеханического оборудования, ошибок проектирования.
Для определения факта и величины протечек в современной практике наиболее часто используются многолучевые ультразвуковые расходомеры, как наиболее точное и надёжное средство непрерывного измерения расхода воды на водоводах со средним и большим размером поперечного сечения. При этом, измерительные створы располагают на концах каждого контролируемого участка водовода. Такую схему, очевидно по аналогии с электротехникой, в отечественной практике часто называют «дифференциальная защита водоводов, дифзащита, ДФЗ» или «система защиты от разрыва водовода, СЗРВ». Хотя, в большинстве случаев такие системы позволяют лишь уменьшить последствия от уже случившейся аварии, поэтому представляется более корректным использование термина «система мониторинга протечек и разрывов водоводов - МРВ».
Область применения МРВ: открытые и подземные турбинные и деривационные водоводы ГЭС, ГАЭС и насосных станций, циркуляционные водоводы ТЭС и АЭС, магистральные трубопроводы и каналы, прочие объекты энергетики, водного транспорта, ирригации и коммунального хозяйства. Основная цель внедрения в гидроэнергетике: повышение безопасности ГЭС деривационного и приплотинного типа. Их применение также актуально в подземных деривационных туннелях ГЭС, пролегающих в сложных геологических условиях для косвенной оценки состояния водовода, потерь воды и энергии, динамики изменений, необходимости проведения ремонта туннеля и оценки результатов уже проведенных ремонтных работ. Системы МРВ также используются для открытых каналов, например - контроля расхода воды в ирригационных системах по заданным номинальным и предельным значениям, сигнализации и оценки несанкционированного отбора воды и т.п.
Измерение расхода ультразвуковым методом в турбинных водоводах ГЭС давно описано отечественными и мировыми стандартами, в то время как для систем МРВ таких стандартов не существует. Компании, управляющие ГЭС в России и мире, последовательно и планомерно оснащают подобными системами находящиеся в эксплуатации гидроэлектростанции, а также реализуют данную возможность в своих проектных решениях. При этом наблюдается активное стремление рационализировать процесс с выбором оптимальных технических решений для типовых компоновок ГЭС.
В течении последних лет НКФ Волга разрабатываются и внедряются системы «Волга МРВ» с измерением расхода многолучевыми акустическими расходомерами «Волга МЛ» на объектах гидроэнергетики в России, Армении и Грузии.
Каждая ГЭС уникальна, поэтому при внедрении МРВ важно понимать физические процессы, связанные с работой станции, процессом измерений, иметь достаточный набор параметров мониторинга и опций настроек.
При кажущейся простоте метода определения протечек на основании уравнения неразрывности потока в напорном водоводе, существует ряд технических, организационных и экономических вопросов, на которые необходимо ответить при проектировании и внедрении каждой подобной системы:
- Стремление контролировать как можно большую длину водовода при соблюдении необходимых гидравлических условий измерений, определенных стандартами
- Адаптация системы – необходимо предусмотреть проведение критических тестов в процессе пусконаладочных работ с последующими эксплуатационными испытаниями
- Ложное срабатывание: компромисс между высокой и низкой чувствительностью, быстрым и долгим откликом, фильтрация ошибок измерений
- Переходные процессы работы ГЭС и их влияние на систему мониторинга
- Состав, дискретность и глубина архивов, методология анализа актуальных и архивных данных. В случае наблюдения за динамикой данных иногда возможно предотвратить возникновение аварийной ситуации
- Оповещение. Кого оповещать: оперативно-технический персонал станции, население, органы власти... Как оповещать: звуковое (сирена), световое (проблесковые маячки и/или сигнальные лампы), графическое оповещение на экране сервера ПТК и АРМ оператора…, текстовые сообщения - СМС и проч.
Набор средств мониторинга, анализа и реагирования зависит в основном от класса гидросооружения и возможных последствий аварии. В целом система должна быть максимально независима, проста и надежна, поэтому возможно определить ее некоторые общие признаки:
- Энергонезависимость средств измерений и управления затворами
- Уровни доступа к системе. Архитектура системы управления затворами должна исключать случайные управляющие команды во всех режимах и выдачу команд неавторизованными пользователями
- Вывод, передача и архивирование данных для анализа ситуаций – анализ динамики и последствий наступления внештатных, в т.ч. аварийных ситуаций
- Своевременный ремонт и замена элементов, при необходимости – без снятия давления
При внедрении МРВ необходимо также учитывать дополнительные возможности, такие как: проведение энергетических испытаний гидроагрегатов, учет расхода воды для выработки электроэнергии, оптимизация управления составом гидроагрегатов.
