CC BY
21
УДК 550.34;627.8
О ПРИЧИНАХ УВЕЛИЧЕНИЯ АМПЛИТУД СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПЛОТИНЫ САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Павел Владимирович Громыко
Геофизическая служба СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, инженер-геофизик, тел. (923)191-65-57, e-mail: Psharak@ngs.ru
Виктор Сергеевич Селезнев
Геофизическая служба СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, директор, тел. (383)333-20-21, e-mail: sel@gs.nsc.ru
Алексей Владимирович Лисейкин
Геофизическая служба СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий инженер-геофизик, тел. (383)333-25-35, e-mail: lexik@ngs.ru
Данная работа посвящена инженерно-сейсмологическому исследованию Саяно-Шу-шенской гидроэлектростанции, направленному на определение причин возникновения повышенных колебаний в теле плотины.
Ключевые слова: гидроакустические, собственные колебания, плотина, водовод.
CAUSES INCREASE THE AMPLITUDE OF NATURAL OSCILLATIONS OF THE SAYANO-SHUSHENSKAYA HYDRO POWER PLANTS
Pavel V. Gromyko
Geophysical Survey SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Geophysicist, tel. (923)191-65-57, e-mail: Psharak@ngs.ru
Victor S. Seleznev
Geophysical Survey SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Director, tel. (383)333-20-21, e-mail: Sel@gs.nsc.ru
Alexey V. Liseikin
Geophysical Survey SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Leading Geophysicist, tel. (383)333-25-35, e-mail: Lexik@ngs.ru
This work is dedicated to engineering-seismological research Sayano-Shushenskaya hydroelectric power plant aimed to identifying causes of increased oscillations in the dam.
Key words: hydroacoustic, natural oscillations, dam, water conduit.
Распространение сейсмических колебаний в теле плотины Саяно-Шушенской гидроэлектростанции (далее СШ ГЭС), как и в любом замкнутом пространстве, приводит к образованию стоячих волн, частоты колебаний которых являются собственными. Воздействие внешних источников может привести к резонансу на данных частотах, представляющему опасность для конструкции сооружения.
В ГС СО РАН разработан и запатентован метод, который позволяет по данным микросейсмических колебаний, зарегистрированных в инженерном сооружении, выделить поле стоячих волн [1, 2]. После аварии в 2009 г. сотрудниками ГС СО РАН с применением данного метода на гребне плотины СШ ГЭС (отм. 542 м, рис. 1) были определены собственные частоты колебаний сооружения.
Рис. 1. Схема сейсмических наблюдений
При дальнейших исследованиях, посвященных определению параметров динамических воздействий и их связи с режимами работ для каждого из вводимых в эксплуатацию гидроагрегатов, в различных пунктах наблюдения в теле плотины и на агрегатных блоках СШ ГЭС был обнаружен эффект многократного увеличения значений амплитуд радиальных колебаний (направленных по течению) на собственных частотах [3, 4]. Так, при нагрузках на гидроагрегатах (далее ГА) в среднем от 100 МВт до 300 МВт наблюдались повышенные значения 6-й и 7-й форм собственных колебаний (попадающих в интервал 3-4 Гц - на рис. 2 частоты 3.1 и 3.8 Гц), а при 100-480 МВт - с 1-й по 5-ю формы (в интервале 1-3 Гц). При этом максимальные значения амплитуд колебаний в 20 раз превышали уровень фона (колебаний тела плотины, регистрируемых при работе группы гидроагрегатов с нагрузками от 500 МВт и выше). Подобное поведение может быть опасно, так как амплитуды возрастают достаточно резко (рис. 2, в, д), что свидетельствует о возникновении резонансных колебаний.
Для того чтобы избежать влияния вышеупомянутого эффекта, нужно или не работать в опасных режимах, или вносить конструктивные изменения в элементы ГЭС. Попытаемся разобраться в причинах этого явления.
В ходе работ было замечено, что одним из факторов, воздействующим на собственные колебания плотины СШ ГЭС, являются гидроакустические колебания, зарегистрированные возле водоводов исследуемых гидроагрегатов. На рис. 2 изображен результат регистрации сейсмических колебаний в точках наблюдения, расположенных в верхней части плотины (отм. 521 м) и в агрегатном блоке у водовода (отм. 320 м) по оси ГА-2. На графиках видна взаимосвязь
между изменениями значений амплитуд собственных гидроакустических колебаний в водоводе и собственных колебаний плотины. Когда нагрузка на гидроагрегат составляет 120-320 МВт, наблюдается рост амплитуд 6-й и 7-й форм собственных колебаний плотины и рост гидроакустических колебаний в полосе частот 3,7-5,1 Гц, а при 340-530 МВт наблюдается рост на первых пяти формах и в полосе частот 1,3-2,3 Гц соответственно. Таким образом, собственные колебания в плотине увеличиваются при тех же условиях, что и колебания в водоводе.
а) Спектрограмма сейсмических колебаний, зарегистрированных у водовода ГА-2 (отм.320м., г-компонента)
Изменения амплитуд собственных гидроакустичакустических колебаний в водоводе ГА-2
го
н -^
с;
с <
ГО
с <
2000
Изменения амплитуд радиальных колебаний плотины СШ ГЭС на собственных частотах (отм.521м., по оси ГА-2)
1,25Гц —1,60Гц - 2,00Гц 2,55Гц
1000
1000
Изменения амплитуд собственных гидроакустичакустических колебаний в водоводе ГА-2 (отм.320м., Z-кoмпoнeнтa)
500
-3,70-5,10Гц
д) Изменения амплитуд радиальных колебаний плотины СШ ГЭС на собственных частотах (отм.521м., по оси ГА-2)
го
£ н
С С
г <
2000
1 1000 5 о
—3,10Гц — 3,80Гц
7:20
7:25
7:30
7:35
7:40 7:45 7:50 7:55 8:00
02.10.2014, Время местное
0 1 2 3 4 5
Амплитуда, мкм/с
Рис. 2. Результат регистрации сейсмических колебаний в точках наблюдения
в плотине и у водовода СШ ГЭС: (а) - спектрограмма колебаний, зарегистрированных на отм. 320 м, и режимы работы ГА-2; (б) и (г) - графики изменений амплитуд собственных гидроакустических колебаний; (в) и (д) -графики изменения амплитуд собственных колебаний плотины 2-5 и 6-7-й
форм соответственно
Вышеописанная зависимость требует более детального изучения, поэтому в дальнейшем предлагается выполнять теоретические и экспериментальные исследования, направленные на то, чтобы уменьшить амплитуды собственных гидроакустических колебаний в водоводе, что, в свою очередь, приведет к уменьшению деформационных процессов водовода и тела плотины СШ ГЭС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Еманов А.Ф., Селезнёв B.C., Бах A.A., Гриценко С.А., Данилов И.А., Кузьменко
A.П., Сабуров B.C., Татьков Г.И. Пересчёт стоячих волн при детальных инженерно-сейсмологических исследованиях // Геология и геофизика. - 2002. - № 2. - С. 192-207.
2. Способ непрерывного мониторинга физического состояния зданий и/или сооружений и устройство для его осуществления: пат. на изобретение РФ, № 2461847 /
B.C. Селезнев, A.B. Лисейкин, A.A. Брыксин. - Бюл. № 26. - 20.09.2012.
3. Селезнев B.C., Лисейкин A.B., Альжанов Р.Ш., Громыко П.В. Влияние работы гидроагрегатов на собственные колебания плотины Саяно-Шушенской ГЭС // Гидротехническое строительство. - 2013. - № 7. - С. 2-7.
4. Громыко П.В., Лисейкин A.B., Селезнев B.C., Курзин В.Б. Изменения собственных колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС при работе старых и новых гидроагрегатов // Геофизические методы исследования земной коры: Материалы Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рожд. акад. H.H. Пузырева (г. Новосибирск, 8-13 декабря 2014 г.). - 2014. - С. 125-128.
© П. В. Громыко, В. С. Селезнев, А. В. Лисейкин, 2016
