Эксплуатационный водосброс
Эксплуатационный водосброс Саяно-Шушенской ГЭС в действии (2010)
Эксплуатационный водосброс предназначен для сброса избыточного притока воды в половодье и паводки, который не может быть пропущен через гидроагрегаты ГЭС либо аккумулирован в водохранилище. Проектная максимальная пропускная способность эксплуатационного водосброса составляет 13 600 м³/сек, фактическая при отметке водохранилища 540 м — 13 090 м³/сек. Конструктивно эксплуатационный водосброс состоит из водоприёмников, водосбросных лотков, водобойного колодца и рисбермы. Водоприёмники 11 лотков водосброса размещены в водосбросной части плотины, их пролёты размерами 8,2×5,4 м перекрываются плоскими колёсными затворами, маневрирование которыми осуществляется при помощи двух козловых кранов грузоподъёмностью 500 т; также имеются аварийно-ремонтные затворы. Водосбросы состоят из трубчатой закрытой части, проходящей в теле плотины и частично на её низовой грани, и открытой части длиной около 150 м на низовой грани плотины. Водосбросные лотки имеют ширину 7,18 м (6,73 м на нижнем участке) и отделены друг от друга стенами высотой 7 м. На концевых участках стен водосбросных лотков расположена строительная эстакада с отметкой верха 343,5 м, использовавшаяся для размещения техники и подвоза бетона при строительстве водобойного колодца. После окончания строительства эстакаду было решено сохранить для использования в возможных ремонтных работах.[8]
Водобойный колодец предназначен для гашения энергии сбрасываемого водного потока и имеет трапециевидную форму (расстояние между боковыми стенами в начале составляет 130,66 м, а в конце, у водобойной стенки — 112,6 м). Длина колодца от торцов раздельных стен открытых лотков плотины до верховой грани водобойной стенки: по оси — 144,81 м, по линиям ограждающих стен — 140,28 м. Бетонное крепление дна водобойного колодца после ремонтных работ имеет преобладающую толщину от 4 до 6 м, на отдельных участках до 8—10 м. В конце колодца расположена водобойная стенка высотой 19 м. Для осушения водобойного колодца в раздельном устое размещена насосная станция с тремя насосами производительностью 1200 м³/ч, позволяющими полностью осушить колодец за 55 часов. Ниже водобойной стенки выполнено бетонное крепление дна реки в виде рисбермы с отметкой верха 307,0 м. Рисберма завершается бетонным зубом, заглублённым в скальное основание на 7 м. Длина рисбермы 60 м, ширина в створе зуба — 98,6 м. Правобережная стенка водобойного колодца продолжается за рисберму на 60 м. К торцевой секции стенки примыкает береговой откос, укреплённый наброской крупного камня, которая по длине 200 м дополнительно покрыта армированной бетонной облицовкой.[8]
Береговой водосброс
Береговой водосброс Саяно-Шушенской ГЭС (ноябрь 2010)
Береговой водосброс расположен на правом берегу и предназначен для пропуска паводков редкой повторяемости. Конструктивно водосброс состоит из водоприёмного сооружения, двух безнапорных тоннелей, пятиступенчатого перепада и отводящего канала. Водоприёмное сооружение предназначено для забора воды в водосброс и включает в себя водосливы практического профиля с отметкой порога 524,0 м и забральную стенку. Пролёты шириной по 18 м и высотой 8,7 м каждый перекрыты основными сегментными затворами, маневрирование которыми осуществляется гидроприводами, управляемыми дистанционно с пульта ГЭС. Перед сегментным затвором имеются пазы для установки плоского скользящего секционного аварийно-ремонтного затвора с помощью козлового крана грузоподъёмностью 2×125 т. Безнапорные тоннели длиной по 1130 м имеют корытообразное сечение 10×12 м, толщина бетонной обделки на разных участках 0,6—1,5 м, скорость воды в тоннелях до 22 м/с. Пятиступенчатый перепад представляет собой пять колодцев гашения шириной 100 м и длиной от 55 до 167 м, разделённых водосливными плотинами. Функция перепада заключается в гашении энергии потока — максимальные скорости потока на входе в верхний колодец достигают 30 м/с, на сопряжении с руслом реки уменьшаются до 4—5 м/с. Отводящий канал шириной по дну 100 м и длиной по оси около 700 м обеспечивает сопряжение сбрасываемого потока с руслом реки. Максимальная пропускная способность берегового водосброса составляет 4000 м³/с.[12] В настоящее время береговой водосброс находится в стадии строительства, завершение которого запланировано на сентябрь 2011 года; в 2010 году была введена в эксплуатацию первая очередь водосброса пропускной способностью 2000 м³/с.[13]
Здание ГЭС и ОРУ
Машинный зал Саяно-Шушенской ГЭС (июнь 2009)
В здании ГЭС размещено 10 гидроагрегатов, мощностью 640 МВт каждый, с радиально-осевыми турбинами РО-230/833-0-677, работающими при расчётном напоре 194 м (рабочий диапазон напоров — от 175 до 220 м). Номинальная частота вращения гидротурбины — 142,8 об/мин, максимальный расход воды через турбину — 358 м³/с, КПД турбины в оптимальной зоне — около 96 %, общая масса оборудования гидротурбины — 1440 т. Рабочее колесо гидротурбины — неразъёмной цельносварной конструкции из нержавеющей стали, имеет диаметр 6,77 м. Первые два гидроагрегата снабжались сменными рабочими колёсами РО-140/820а-605, работающими при напоре от 60 до 120 м; впоследствии сменные рабочие колёса были заменены на штатные. Отличительная особенность гидротурбин станции — использование индивидуальных приводов лопаток направляющего аппарата. Наиболее эффективна работа гидротурбин на мощности, близкой к максимальной; в диапазоне мощностей от 190 до 410 МВт (при напоре 175 м) и от 275 до 585 МВт (при напоре 215 м) работа гидроагрегатов запрещена вследствие повышенных вибраций («запрещённая зона»). Работа с мощностью меньше, чем в «запрещённой зоне», возможна, но менее эффективна из-за снижения КПД турбин.[14]
Турбины приводят в действие синхронные гидрогенераторы зонтичного типа СВФ-1285/275-42УХЛ4 с диаметром ротора 10,3 м, выдающие ток напряжением 15,75 кВ. Гидрогенераторы имеют водяное охлаждение. По результатам испытаний, проводившихся заводом на уже установленном оборудовании, гидроагрегаты способны развивать мощность до 720 МВт, являясь, таким образом, наиболее мощными из гидроагрегатов ГЭС России. Производитель турбин — Ленинградский металлический завод, генераторов — завод «Электросила» (в настоящее время оба предприятия входят в концерн «Силовые машины»). При создании гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС широко использовался опыт изготовления мощных (500 МВт) гидроагрегатов Красноярской ГЭС.[15] Электрической схемой предусмотрено объединение в один энергоблок двух соседних агрегатов, работающих на одну группу из трёх однофазных трансформаторов типа ОРЦ-533000/500 мощностью 533 МВА и напряжением 15,75/500 кВ каждый (всего на ГЭС установлено 15 основных трансформаторов). Трансформаторы расположены на специальной площадке в пазухе, образованной низовой гранью плотины и верховой стеной машинного зала. Первоначально генераторы подключались к трансформаторам посредством коммутационных аппаратных генераторных комплексов — КАГ-15,75, каждый из которых включал в себя выключатель нагрузки, разъединитель, трансформаторы тока и напряжения; к настоящему времени КАГ-15,75 заменены на современные элегазовые выключатели HEC-8.[14]
Здание ГЭС имеет криволинейную форму в плане, радиус по оси агрегатов — 452 м. Подводная часть здания разделена на 10 блоков (по числу гидроагрегатов), 9 из которых имеют ширину по оси агрегатов 23,82 м, а торцевой 10-й блок, примыкающий к раздельному устою, — 34,6 м. Ширина машинного зала с полом на отметке 327,0 м составляет 35 м, а его общая длина с монтажной площадкой — 289 м. Расстояние между осями агрегатов — 23,7 м. В здание ГЭС уложено 480 000 м³ бетона. Стены и крыша машинного зала станции созданы на базе пространственной перекрёстно-стержневой конструкции, состоящей из унифицированных металлических элементов системы Московского Архитектурного института (МАРХИ). К зданию ГЭС и к низовой грани левобережной части плотины примыкают глубоко врезанные в откос здания монтажной площадки и трансформаторной мастерской.[8]
Станционная площадка левого берега размещается на отметке 333,0 м. Площадка ограждена со стороны реки подпорной стенкой, ниже которой берег реки укреплён армированной бетонной облицовкой. На станционной площадке размещены два здания служебно-технологических корпусов: четырёхэтажный корпус «А», в котором размещаются центральный пульт управления (ЦПУ), помещения автоматизированной системы управления (АСУ), узел связи и административные службы, и прискальный корпус «Б» с цокольным и двумя надземными этажами, где расположены мастерские, лаборатории, службы цехов, столовая, бытовые помещения и прочие вспомогательные службы. От станционной площадки до посёлка Черёмушки, расположенного в 4 км от ГЭС, организовано трамвайное сообщение.[8]
Открытое распределительное устройство (ОРУ) напряжением 500 кВ размещено в 1,2 км ниже ГЭС по течению Енисея, в долине небольшой реки Карловой, русло которой было переведено в подземный коллектор под ОРУ. Площадка ОРУ размерами 128×340 м выполнена в полувыемке-полунасыпи. Схема ОРУ 500 кВ построена по принципу подключения трёх присоединений через четыре выключателя (так называемая схема «4/3»). На ОРУ установлены воздушные выключатели ВВБК-500А, трансформаторы тока ТФРМ-500, ограничители перенапряжения ОПНИ-500, разъединители РГ3-500/3200. Выдача мощности от ГЭС до ОРУ 500 кВ осуществляется по трём ЛЭП вдоль левого берега и двумя ЛЭП — через переходную опору, установленную на скальной выемке правого берега. Начальное крепление пролётов пяти ЛЭП 500 кВ выполнено к специальным металлическим конструкциям, закреплённым анкерами в железобетонную облицовку турбинных водоводов. В энергосистему электроэнергия выдаётся с ОРУ по четырём ЛЭП 500 кВ. По причине ограниченной пропускной способности ЛЭП и недостаточного развития промышленных потребителей вблизи ГЭС максимальная выдаваемая в энергосистему мощность станции ограничена 4400 МВт.[8] [16]
Водохранилище
Основная статья: Саяно-Шушенское водохранилище
Саяно-Шушенское водохранилище
Плотина ГЭС образует крупное Саяно-Шушенское водохранилище сезонного регулирования полным объёмом 31,34 км³, полезным объёмом 15,34 км³, длиной 320 км и площадью 621 км².[1] Проектная отметка нормального подпорного уровня (НПУ) водохранилища — 540,0 м, форсированного подпорного уровня (ФПУ) — 544,5 м. С 1997 года, после завершения ремонтных работ в теле плотины, отметка НПУ была снижена до 539 м, а ФПУ — до 540 м.[17] При создании водохранилища было затоплено 35 600 га (по другим данным — 18 300 га[18]) сельхозугодий и перенесено 2717 строений.[1] Вода водоёма отличается высоким качеством,[19] что позволило организовать в нижнем бьефе ГЭС рыбоводные хозяйства, специализирующиеся на выращивании форели. Водохранилище расположено в Тыве, Хакасии и Красноярском крае. Проявлений наведённой сейсмичности в результате создания водохранилища не зафиксировано.[4][20]