АСУ ТП ГЭС: работа над ошибками

Анализ алгоритмов работы автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) Саяно-Шушенской ГЭС (СШ ГЭС) выявил предпочтительные направления совершенствования аварийных защит. Эффективная система защит – один из ключевых факторов обеспечения безопасной эксплуатации высоконапорных гидроэлектростанций.

Проектные недостатки

 НПФ «Ракурс» – разработчик АСУ ТП СШ ГЭС. После катастрофы 17 августа 2009 года специалисты компании, основываясь на данных архивов АСУ ТП, изучили  действия автоматизированной системы управления и аварийных защит.  

 «Состав защит СШ ГЭС – типовой для всех гидроагрегатов подобного типа и не зависит от компании-разработчика АСУ ТП, – свидетельствует исполнительный директор ООО «Ракурс-инжиниринг» Андрей Мисюль. – Конструктивная и функциональная состоятельность локальных систем управления доказана многочисленными испытаниями, проводимыми на испытательном оборудовании завода-изготовителя основного оборудования, а также проверками каждой из защит совместно со специалистами СШ ГЭС непосредственно на станции.

Гидромеханические защиты разработаны в строгом соответствии с заданием генерального проектировщика СШ ГЭС, требованиями отраслевых документов РД 153-34.0-35.519-98, РД 153-34.2-35.520-99, СТО 17330282.27.140.009-2008, предписаниями завода-изготовителя основного оборудования станции».

 Как же функционировала АСУ ТП в момент аварии и почему не сработали системы аварийной защиты СШ ГЭС?

 Как известно, авария начиналась на гидроагрегате № 2 (ГА-2). По данным «Ракурс-инжиниринг», локальные системы управления и защиты гидроагрегата, входящие в АСУ ТП СШ ГЭС, до аварии и в момент аварии работали в штатном режиме в соответствии с проектом. При этом условий действия гидромеханических защит и сигналов на остановку ГА-2, сигналов неисправности регулятора турбины (ПТК ЭГР) – не поступало. Находящиеся в машинном зале локальные системы управления технологическим оборудованием были повреждены потоком воды в первые секунды аварии и уже не могли оказать существенного влияния на ее развитие.

 На 5-ой секунде аварии затоплены аккумуляторные батареи СШ ГЭС, вследствие чего пропало напряжение оперативного постоянного тока 220В. Выведены из работы электрические защиты, обеспечивающие отключения электротехнического оборудования (линий, трансформаторов, генераторов), потеряно управление генераторными выключателями ГА-5, ГА-7, ГА-9, ГА-10, но агрегаты продолжали работать, вырабатывая электроэнергию под водой.

 Перебои питания систем управления от основных источников переменного тока ~220В начались одновременно с началом аварии, а менее чем через минуту было полностью потеряно электропитание станции. В первые 5-15 секунд выведены из работы локальные системы управления ГА-1–ГА-5, на 40-60 секундах – локальные системы управления ГА-7–ГА-10, обеспечивающие защиту механической части гидроагрегата при выходе любого из контролируемых параметров за пределы допустимых значений (гидромеханические защиты агрегата).

 Масштаб аварии не позволил защитить агрегаты и персонал станции – констатируют специалисты «Ракурс-инжиниринг». На ГА-3 и ГА-4 система управления гидроагрегатом приняла защитные сигналы от электрических защит и выполняла закрытие направляющего аппарата. На ГА-5 система управления гидроагрегатом сформировала защиту по неисправности электрогидравлического регулятора частоты и активной мощности гидроагрегата, поврежденного в результате аварии. Защита отработала согласно алгоритму, автоматика закрыла направляющий аппарат гидроагрегата и выдала команду на отключение генераторного выключателя. Но отключения не произошло из-за отсутствия электропитания. Агрегат продолжил вращение в воде, в двигательном режиме.

 Стремительное развитие аварии в совокупности с технологическими ограничениями и  проектными недостатками в части управления аварийно-ремонтными затворами не позволили своевременно предотвратить подачу воды в турбинные водоводы электростанции и остановить ее развитие.

 До 17 августа 2009 г. на станции были модернизированы локальные системы управления аварийно-ремонтными затворами ГА-5, ГА-6, ГА-7, ГА-8. Команда на их закрытие в АСУ ТП формировалась от систем управления при срабатывании гидромеханических защит гидроагрегата в соответствии с технологическим алгоритмом, действием оперативного персонала с панели управления автоматикой гидроагрегата, действием оператора с панели управления аварийно-ремонтным затвором. Однако, закрытие аварийно-ремонтного затвора–АРЗ (как и направляющего аппарата) не происходит мгновенно. Для направляющего аппарата ГА – 16 секунд, АРЗ – около 2-х минут – при условии наличия питания на затворе.

 Таким образом, развитию и катастрофическим последствиям аварии 17 августа 2009 года способствовали проектные ошибки:

 «Изначальным проектом ген. проектировщика не были предусмотрены ключи аварийного сброса АРЗ на водоприемнике, агрегатном и главном щите управления, – констатирует Андрей Мисюль. – В схеме электропитания отсутствовал резервный источник с автоматическим запуском для питания устройств управления и механизмов аварийно-ремонтных затворов».

 Что делать?

 Авария на СШ ГЭС обозначила несколько основных направлений модернизации АСУ ТП гидроэлектростанций. В первую очередь, это организация учета данных вибрационного контроля гидроагрегатов в системе группового регулирования с реализацией функции предупредительной и аварийной сигнализации, автоматического останова гидроагрегатов. До аварии на СШ ГЭС системы виброконтроля всех российских гидроэлектростанций работали только на сигнализацию.

Необходимы изменения проектных решений, заложенных в АСУ ТП, в части управления турбинами, условий защит и блокировок для обеспечения безопасного и надежного отключения оборудования при возникновении нештатных ситуаций.

 «Авария на Саяно-Шушенской ГЭС потребует серьезного пересмотра подходов к проектированию гидроэлектростанций подобного класса, написанию новых технических регламентов, организации безопасной работы объединенной энергосистемы в целом», – считает исполнительный директор «Ракурс-инжиниринг» Андрей Мисюль.

 Специалисты компании «Ракурс» уже подготовили ряд предложений по совершенствованию нормативной и законодательной базы РФ в области технического регулирования.

В частности, предлагается признать гидроагрегаты ГЭС с высокими напорами (выше 80 м) «особо опасными производственными объектами» и распространить на них контролирующие действия Ростехнадзора.

 Разработать технический регламент, в котором выделить высоконапорные ГЭС в отдельный класс, указать для этих станций минимальные требования по объему защит (с учетом опыта аварии), обязать собственника и/или эксплуатирующую организацию проводить периодическое освидетельствование гидромеханического оборудования  и утвердить процедуру продления срока эксплуатации сверх срока, установленного заводом-изготовителем.

 Ввести для всех видов проектов, связанных с созданием и/или реконструкцией высоконапорных ГЭС или их частей, включая АСУ ТП, электрические защиты, ГРАРМ, обязательную экспертизу промышленной безопасности – по аналогии с газовым и тепловым оборудованием для ТЭЦ. Экспертная деятельность должна лицензироваться.

 Упорядочить необходимость согласования предоставляемого на экспертизу проекта с производителем основного оборудования, с ген. проектировщиком, возможно, с исполнителями других локальных проектов, с заказчиком.

 Инициировать на уровне Правительства РФ работы, связанные с разработкой Стандартов (отраслевых и т.д.), направленных на внедрение на всех особо опасных производственных объектах систем протоколирования действий защит, автоматики и оперативного персонала («черных ящиков»). Основная цель – помощь при анализе инцидентов и экспертной диагностике оборудования. «Черные ящики» должны быть отделены от АСУ ТП организационно и технически. Возможно, оптимальным вариантом будет законодательный запрет на поставку на один объект АСУ ТП и «черных ящиков» от одного производителя.

 Кирилл Бородин

В статье использованы материалы Доклада исполнителя работ по модернизации АСУ ТП СШ ГЭС – НПФ «Ракурс».