薩揚(yáng)---舒申斯克水電站于1968年9月動工,1987年建成,歷經(jīng)20年。其間曾采用臨時進(jìn)水口和臨時水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,在低水頭60米(相當(dāng)于設(shè)計(jì)水頭194米的32%)下提前發(fā)電,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,是蘇聯(lián)水電站建設(shè)中的一項(xiàng)重要經(jīng)驗(yàn)。
葉尼塞河上游地區(qū)年平均氣溫為 1.5℃,最低氣溫-42℃,壩區(qū)冬季施工條件較差。電站壩址處河水的平均年徑流量為467億立方米,平均流量1480立方米/秒。水庫總庫容313億立方米。水庫消落水深40米,相應(yīng)有效庫容為153億立方米。大壩高242米,是世界上迄今已建重力拱壩中最高的。大壩頂長1083米,壩基寬100米,迎水面為垂直狀,平面呈弧形,半徑為600米。溢流孔11個,設(shè)計(jì)泄水量13600立方米/秒。電站廠房在大壩下游,也呈弧形,連安裝間共長288米。
電站選用混流式水輪機(jī),轉(zhuǎn)輪直徑6.77米,額定轉(zhuǎn)速142.8轉(zhuǎn)/分。設(shè)計(jì)水頭194米,過流能力358立方米/秒,額定出力65萬千瓦。在最大水頭212米時,出力可達(dá)73.5萬千瓦。轉(zhuǎn)輪重156噸,整體水運(yùn)。發(fā)電機(jī)額定出力71.5萬千伏安,最大出力73.6萬千伏安。轉(zhuǎn)子采用強(qiáng)制式風(fēng)冷,定子采用水內(nèi)冷。
變壓器采用擴(kuò)大單元結(jié)線,每兩臺發(fā)電機(jī)與一組容量為160萬千伏安的單相升壓變壓器相聯(lián)。每臺單相變壓器為53.3萬千伏安。電站生產(chǎn)的電能經(jīng)變壓器升壓至500千伏,經(jīng)超高壓輸電線聯(lián)入西伯利亞聯(lián)合電力系統(tǒng)。
氣候、水文 流域受寒冷的北冰洋氣團(tuán)影響,大陸性氣候明顯,寒冷季節(jié)在北部從9月末至第二年的6月中旬;南部從10月中旬開始,直至翌年4月末結(jié)束,持續(xù)時間長而寒冷。即使在夏季,北部也很寒冷。7月極北部的氣溫為2—4℃,南部20—24℃。夏季,晝夜氣溫變化很大,白天氣溫可以達(dá)到35 ℃,而在日落后的陰涼地方,氣溫則町降到5℃。北部7月的平均氣溫為8~12℃,有時還有霜凍;南部氣溫較高,7月平均氣溫為18—20℃ ,1月平均氣溫為—20℃。
在葉尼塞河流域,結(jié)冰期由北向南從200多天到150—170天不等。凍結(jié)期北方從l0月開始,南方從11月或12月開始。
此電站是葉尼塞河梯級的第4級,位于克拉斯諾雅爾斯克水電站上游,是建立薩彥地區(qū)生產(chǎn)綜合體的基柱。薩彥地區(qū)生產(chǎn)綜合體位于從西薩彥至楚雷姆的克拉斯諾雅爾斯克邊疆區(qū)的西南部(這里有有色金屬、稀有金屬、煤、鐵、石灰石等礦藏),是一個擁有不同工業(yè)部門(主要是有色冶金和機(jī)械制造業(yè))的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。
水文和水能,葉尼塞河薩揚(yáng)舒--申斯克壩址以上流域面積18萬平方公里,平均年徑流量467億立方米,平均年輸沙量441.5萬t,平均含沙量0.095kg/立方米。薩揚(yáng)舒申斯克水庫正常蓄水位540m,相應(yīng)庫容313億立方米,水庫回水長度290km,面積583平方公里,死水位500m,調(diào)節(jié)庫容153億立方米,相當(dāng)于年徑流量的33%,可進(jìn)行多年調(diào)節(jié),為葉尼塞河的龍頭水庫。其下游為瑪因(MafiHCKaa)反調(diào)節(jié)水電站,正常蓄水位326m,水頭19m,裝機(jī)容量45萬kW,1986年建成。
大壩工程 薩揚(yáng)--舒申斯克壩址區(qū)地質(zhì)為堅(jiān)硬的變質(zhì)石英巖,抗壓強(qiáng)度達(dá)150MPa。混凝土重力拱壩最大壩高242m,為世界已建最高的重力拱壩。壩頂高程547m,壩軸線半徑670m,壩頂弧線長1066.1m。壩體斷面上游面垂直,下游面壩坡從上部1:0.05漸變至下部1:0.7。壩頂寬25m,最大壩底寬114m。沿壩頂自右至左分4部分:右岸非溢流壩段,溢流壩段,廠房壩段及左岸非溢流壩段。壩體混凝土量達(dá)850萬立方米,是世界已建重力拱壩中最大的。薩揚(yáng)舒申斯克水電站平面布置。
溢流壩段長189.6m,設(shè)11個中孔,進(jìn)口高程479m,溢流面出口設(shè)弧形閘門,各寬5m、高6m,最大水頭116.7m,泄洪能力13600立方米/秒。下設(shè)兩道壩消力塘消能。
廠房壩段長331.8m,設(shè)10個進(jìn)水口,各寬7.5m、高11.5m,進(jìn)口高程479m。大壩下游面設(shè)外包混凝土背管,內(nèi)徑7.5m。壩后廠房長288m,寬36m。
左右岸非溢流壩段,分別長246.2m和298.5m。發(fā)電設(shè)備 廠房內(nèi)安裝10臺64萬kW機(jī)組,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑6.77m,額定水頭194m,額定流量360立方米/秒,額定轉(zhuǎn)速142.8r/min,額定容量65萬kW,最大水頭220m時最大出力73.5萬kW。發(fā)電機(jī)額定容量71.5萬kV?A,最大容量73.6萬kV?A。
主接線采用擴(kuò)大單元接線,每2臺64萬kW機(jī)組與1組160萬kV?A的單相升壓變壓器相聯(lián),每臺單相變壓器的容量為53.3萬kV?A,升壓至500kV。
變電站位于左岸下游lkm處,用500kV輸電線聯(lián)入西伯利亞電網(wǎng)。該電網(wǎng)內(nèi)水電、火電容量約各占一半。建設(shè)情況及提前發(fā)電措施 工程所在葉尼塞河上游,處于西伯利亞偏僻地區(qū),交通不便。年平均氣溫1.5℃,最低達(dá)一42℃。冬季長且氣溫低,施工條件較差。
工程于1963年起進(jìn)行施工準(zhǔn)備,修建進(jìn)場道路,進(jìn)行場地建設(shè)。1968年9月開始建第1期圍堰,1972年10月起澆筑大壩溢流壩段混凝土。1975年建第2期圍堰,當(dāng)年10月截流,1976年起澆筑廠房壩段混凝土。截至1977年底共澆筑混凝土202萬立方米,5年內(nèi)平均每年澆筑混凝土僅40萬立方米左右,施工進(jìn)度緩慢。
為了提前發(fā)揮效益,采取低水頭先發(fā)電的措施,在壩體內(nèi)另設(shè)較低的臨時進(jìn)水口引水發(fā)電。1號、2號臨時進(jìn)水口底坎高程設(shè)在369.5m(比設(shè)計(jì)進(jìn)水口底坎高程479m低109.5m)。首批2臺機(jī)組采用臨時轉(zhuǎn)輪,直徑6.05m,水頭60m時出力15.5萬kW,140m時出力40萬kW,帶動發(fā)電機(jī)降低出力運(yùn)行。同時,1978年加快混凝土澆筑速度,達(dá)到所設(shè)拌和樓年生產(chǎn)能力120萬立方米,使大壩混凝土澆筑量共達(dá)322萬立方米,為大壩總混凝土量的38%,大壩前緣達(dá)到386m高程,蓄水至383m時,通過臨時進(jìn)水口及所接臨時壓力鋼管,使2臺安裝臨時轉(zhuǎn)輪的水輪發(fā)電機(jī)組于1978年和1979年提前發(fā)電。
3號臨時進(jìn)水口底坎高程設(shè)在400m,4號、5號、6號臨時進(jìn)水口底坎高程設(shè)在426.5m。隨著大壩澆筑高程抬高而逐步引水發(fā)電。第3臺至第6臺機(jī)組用正常轉(zhuǎn)輪的水輪機(jī),對結(jié)構(gòu)采取了適當(dāng)措施,在120m水頭(相當(dāng)于設(shè)計(jì)水頭194m的62%)時開始發(fā)電。
1號~6號臨時進(jìn)水口以后用混凝土封堵,改用原設(shè)計(jì)進(jìn)水口。1號和2號臨時轉(zhuǎn)輪也更換為正常轉(zhuǎn)輪。
薩揚(yáng)---舒申斯克水電站從修筑圍堰工程起,至首臺臨時轉(zhuǎn)輪機(jī)組發(fā)電為10年。至1985年全部10臺機(jī)組投產(chǎn),大壩工程于1987年竣工,完成土石方開挖量1690萬立方米,混凝土澆筑量960萬立方米,總工期達(dá)19年。
2009年8月17日,超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的2#機(jī)組垂直振動加劇,并瞬間爆發(fā),渦輪連同發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子被強(qiáng)大能量彈射出運(yùn)轉(zhuǎn)位置,近200米高程的水壓從機(jī)組殘破漏洞中噴射而出,瞬間摧毀了發(fā)電廠廠房,正在帶負(fù)荷運(yùn)行的另8臺機(jī)組在水淹下遭受嚴(yán)重過電損傷(另一臺因正在檢修未遭受電氣損害)。廠房中機(jī)組運(yùn)行人員瞬間被灌頂洪流吞沒,而一定距離之外的電廠其他部位的工作人員驚愕之下狂命奔逃。第一天公布死亡6人,另60余人失蹤,幾天后經(jīng)清點(diǎn)核對,宣布死亡達(dá)75人,很多人的尸骨被強(qiáng)大水流裹挾廠房殘骸雜物瞬間沖擊得無影無蹤。許多驚恐萬狀的人一開始以為發(fā)生的是垮壩災(zāi)難,倉皇奔逃后定下神來,驚恐回望中發(fā)現(xiàn)大壩仍巋然屹立。若200米高差、數(shù)百億立方的頭頂懸湖瞬間垮壩,下游數(shù)百里高程以內(nèi)很難有人來得及逃脫。 這次駭人聽聞的巨型水電廠事故,為全球水利水電設(shè)施安全管理提供了一個難得的反面案例。據(jù)俄羅斯媒體報道,俄羅斯西伯利亞地區(qū)哈卡斯共和國境內(nèi)的薩楊-舒申斯克水電站于2009年8月17日在維修過程中變壓器發(fā)生爆炸,水電站墻體損毀,機(jī)房進(jìn)水,并造成大量人員傷亡。
俄羅斯薩楊-舒申斯克水電站事故受到世界廣泛關(guān)注,影響重大。
綜合外電8月19日報道,羅斯能源部長什馬特科(Sergei Shmatko)稱,西部利亞南部受損水電站的修復(fù)至少需要400億盧布(130億美元)。5月24日,根據(jù)國際大壩委員會的提議,俄羅斯大壩委員會召開了專題報告會,介紹俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站2008年8月17日發(fā)生的水電站爆炸事故調(diào)查及原因分析,來自各國約100余名專家和代表參加了會議。
俄羅斯大壩委員會主席的報告主要包括的內(nèi)容有:1)工程基本情況,2)事故發(fā)生的詳細(xì)情況,3)事故發(fā)生后現(xiàn)場緊急處理措施(搶險及防止次生環(huán)境災(zāi)害),4)事故調(diào)查的各級組織工作(政府、管理及國會),4)事故調(diào)查結(jié)果及原因分析,5)電廠重建工作和冬季運(yùn)行調(diào)度,6)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。有關(guān)事故的詳細(xì)情況已在俄羅斯水電網(wǎng)站上有詳細(xì)報道。 根據(jù)該報告介紹,發(fā)生事故的最初原因?yàn)橐凰啓C(jī)罩的螺栓發(fā)生疲勞破壞,螺栓斷裂后引發(fā)轉(zhuǎn)子向上運(yùn)動100-150mm,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被破壞。由于電廠斷電,緊急閘門不能馬上關(guān)閉,洪水進(jìn)入電廠,造成設(shè)備短路,引發(fā)一系列的破壞以及75名現(xiàn)場工作人員喪生。盡管電廠發(fā)生了嚴(yán)重的破壞,但是后來對大壩的檢測表明,大壩的安全沒有受到威脅。
發(fā)生這次嚴(yán)重事故后,有關(guān)部門立即組織了搶險,采取各種應(yīng)急措施,如緊急關(guān)閉事故閘門,減少對下游取水安全的影響,并對冬季溢洪道運(yùn)行作了詳細(xì)的調(diào)度安排和相應(yīng)的冰凍監(jiān)測。更重要的是,在國家政府(Government Commission)、電力運(yùn)行管理部門(Regulator Commission)和國會(Parliament Commission)相應(yīng)成立的調(diào)查組,電廠的重建工作組也相應(yīng)成立。經(jīng)過搶修,該電廠與2009年5月20日投入正常運(yùn)行,其余機(jī)組在2015年前陸續(xù)安裝并投入運(yùn)行。
經(jīng)過調(diào)查分析,俄羅斯大壩委員會得出初步認(rèn)識:1)電廠內(nèi)工作人員盡可能在洪水淹沒高程以上,2)從大壩和擋水建筑物安全出發(fā),水輪機(jī)應(yīng)能夠處于安全監(jiān)管范圍內(nèi),如溢洪道這樣的過水建筑物在機(jī)組不過流情況下應(yīng)能保持長期運(yùn)行,并有足夠的泄流能力,特別是在冬季要能安全過流,3)對于電廠機(jī)組做調(diào)頻或發(fā)電運(yùn)行工況時,在發(fā)生極端事故情況下,電廠自動控制系統(tǒng)應(yīng)能報警,機(jī)電設(shè)備應(yīng)能承受一定程度的動荷載,4)對于電廠的自動保護(hù)和控制系統(tǒng),應(yīng)能起到保護(hù)電廠的作用,并防止被洪水破壞,提高整個電廠安全級別,5)水工閘門等設(shè)備應(yīng)能具備在緊急事故條件下手動開啟功能和能力,配置柴油發(fā)電電源,6)對于水輪機(jī)組設(shè)備,應(yīng)該對機(jī)罩等設(shè)備的安全進(jìn)行檢查,設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)提供設(shè)備的極限運(yùn)行條件,機(jī)組的振動問題應(yīng)給予重視,并控制在一定程度內(nèi)。
與會人員對俄羅斯大壩委員會的報告給予的高度評價,并與報告人進(jìn)行了討論,代表們更關(guān)心從這次慘痛事故中,是否能夠提高電廠安全運(yùn)行水平,更加規(guī)范對電廠的安全運(yùn)行管理。俄羅斯大壩委員會官員表示,目前的事故分析報告還只是階段成果,還需要繼續(xù)做深入的分析和總結(jié),并感謝與會代表對該電廠事故的關(guān)注和中肯的建議。