Tragédie na Jeniseji – příčiny havárie

Koncem srpna loňského roku jsem uveřejnil informativní článek o havárii v Sajano-Šušenské hydroelektrárně. Nyní doplňuji informace o výsledky vyšetřování.

Základní informace o haváriiČtenáře, kteří nejsou informováni a chtějí získat základní přehled o rozsahu a průběhu havárie, tímto odkazuji na původní článek Vodní peklo na Jeniseji. Podotýkám, že tehdejší článek byl zpracováván z informací, které byly v dané době k dispozici.Pro ilustraci děsivých následků havárie přikládám dvě fotografie:

Strojovna Sajano-Šušenské hydroelektrárny před havárií
Zdroj: Wikipedia (RU)

Strojovna Sajano-Šušenské hydroelektrárny po havárii
Zdroj: Wikipedia (RU)

Výsledky vyšetřování
Oficiální zpráva [1] byla uveřejněna počátkem října 2009. K čemu dospěla vyšetřovací komise? Pokusím se nyní velmi stručně shrnout zásadní informace z této zprávy.

1) Vnější vlivy

Sajano-Šušenská hydroelektrárna byla spolu s  hydroelektrárnou Bratsk na řece Angaře certifikována pro regulaci frekvence v rámci Sibiřské elektrizační soustavy. Dne 17.8.2009 v 00:20 (cca 8 hodin před havárií) došlo na elektrárně Bratsk k požáru, v jehož důsledku byly přerušeny telekomunikační linky využívané pro komunikaci a automatické řízení elektrárny sibiřským dispenčinkem. V 00:31 byl dispenčinkem zadán příkaz na převedení Sajano-Šušenské elektrárny do režimu automatického řízení frekvence. Tento režim je spojen s častými změnami výkonu. Prioritním strojem pro zajišťování regulačního provozu (opakované snižování a zvyšování výkonu) byl navolen hydrogenerátor č. 2 – stroj, který následně havaroval.

2) Konstrukční omezení vodní turbíny PO230/833-B-677

Zásadním problémem těchto turbín je existence poměrně širokého výkonového pásma, v kterém výrobce nedoporučuje provoz z důvodu vzniku hydraulických rázů spojených s vibracemi stroje. V době havárie pracovala turbína se spádem 212 metrů. V tomto režimu jsou doporučena provozní pásma: 0-265 MW (pásmo I) a 570-640 MW (pásmo III). Nedoporučován je provoz v pásmu 265-570 MW (pásmo II). Zakázán je provoz v pásmu nad 640 MW (pásmo IV). V regulačním provozu musel hydrogenerátor měnit výkon ve velmi širokém rozmezí, takže nevyhnutelně pracoval i v nedoporučovaném provozním pásmu II, které je charakterizováno vznikem vibrací. Zároveň je nutné poznamenat, že výrobce nespecifikoval limitní dobu provozu v pásmu II ani počet přechodů mezi jednotlivými pásmy za životnost stroje.

Provozní pásma vodní turbíny РО230/833-В-677
Zdroj: [1]

3) Bezprostřední příčina havárie

Vyšetřovací komise došla k závěru, že dlouhodobým a opakovaným zatěžování konstrukce vodní turbíny č. 2 (v důsledku vibrací při přechodech přes zónu nedoporučovaného provozu) docházelo k únavovému namáhání (tj. postupné „degradaci materiálu“) závitových čepů upevňujících víko turbíny. Dne 17.8.2009 turbína pracovala v režimu regulace frekvence s častými změnami výkonu, přičemž v 8:13 došlo k přetržení závitových čepů s následným odtržením víka turbíny, což mělo za následek průnik tlakové vody do strojovny včetně následné destrukce veškerého technologického zařízení a totálního výpadku napájení vlastní spotřeby elektrárny. Výkon těsně před havárií činil 475 MW (pásmo II), průtok 256 m3/s, pracovní spád 212 m, takže působící tlak odpovídal 21,2 atm, tj. 212 tun/m2.

4) Fyzické důkazy

Víko turbíny bylo upevněno pomocí 80 závitových čepů (průměr 80 mm, délka 245 mm) a matic. Po havárii bylo prozkoumáno 49 kusů (předpokládám, že ostatní zmizely v řece Jenisej). Na 41 byl identifikován únavový lom. Celková plocha únavového lomu všech vyšetřovaných vzorků činila 64,9% souhrnného průřezu, přičemž 11 vykazovalo poškození 80 a více procent. Dva vzorky nevykazovaly žádný únavový lom (při havárii se přetrhly v plném průřezu).
Zarážející skutečností je, že šest zbývajících vzorků nevykazovalo žádné stopy stržení matice ze závitu. Komise došla k závěru, že v okamžiku havárie nebyly na těchto čepech matice přišroubovány (!). Pravděpodobné vysvětlení je, že matice se samovolně uvolnily, chcete-li „vyklepaly“ působením silných vibrací.
Pro doplnění uvádím, že v průběhu údržbářských prací a rekonstrukcí nebyly využívány žádné prostředky nedestruktivní diagnostiky strojních součástí, takže personál nebyl přesně informován o stavu jednotlivých konstrukčních prvků.

5) Podíl personálu elektrárny na vzniku havárie

Je bohužel velmi významný, možná dokonce rozhodující.Turbína č. 2 byla uvedena do provozu v 11/1979. Životnost byla výrobcem stanovena na 30 let, v době havárie činila 29 let a 10 měsíců. Havarovaný stroj č. 2 měl problémy s nadměrnými vibracemi od roku 1982. Personál se je pokoušel průběžně řešit. Generální oprava soustrojí byla provedena v 3/2000 – 11/2000.Poslední protokolárně zaznamenané měření vibrací proběhlo 12.-16. března 2009 po ukončení plánované střední opravy. V této době se vibrace ložiska turbíny nacházely těsně pod dovolenou hranicí 0,16 mm (160 mkm).Klíčovým faktorem je, že hydrogenerátor č. 2 byl sice vybaven systémem měření vibrací, avšak instalace tohoto systému nebyla zcela dokončena a naměřená data nebyla využívána směnovým personálem k operativnímu řízení provozu. Komise získala z archivu automatického systému řízení technologického procesu (ASŘTP) elektrárny následující data (viz obrázek):

Data z archivu ASŘTP: vibrace ložiska turbíny hydrogenerátoru č. 2 od 21.4.2009
Legenda:
________ (zvyšující se): naměřené střední hodnota
-  -  -  -  - : naměřená maximální hodnota
________ (konstantní): maximální přípustná hodnota 160 mkm dle provozního předpisu

Z grafu je jasně patrné, že již v druhé dekádě května vibrace překročily povolenou mez 160 mkm, tj. 0,16 mm (vodorovná plná čára). V tomto okamžiku byl v souladu s provozním předpisem hlavní inženýr elektrárny povinen nechat stroj odstavit a iniciovat práce k nalezení příčiny vibrací. K tomuto nedošlo, přičemž v srpnu již vibrace překračovaly povolený limit 4-násobně(!). V textu zprávy se uvádí, že systém kontroly vibrací byl používán pro informativní účely údržbářského personálu. Jsem přesvědčen, že údržbářský personál si tuto informaci nenechával pro sebe a vedení elektrárny ji sdělil.
Z analýzy datových záznamů pro turbínu č. 2 dále vyplývá, že dne 17.8.2009 v 8:00 činily vibrace ložiska 600 mkm a těsně před havárií v 8:13 stouply na 840 mkm. Jsem rovněž přesvědčen, že při dostupnosti informace o tomto fatálním trendu zvyšování vibrací vedoucím směnovým pracovníkům by byl stroj okamžitě odstaven. K tomuto, bohužel, nedošlo.
Závěr
Autor naložil s dostupnými podklady, jak nejlépe mohl. Nicméně to samozřejmě nebrání dalším čtenářům, aby si dokumentaci samostatně prostudovali (odkaz na ruský zdroj viz níže).
Osobně se domnívám, že havárii na Sajano-Šušenské elektrárně lze nejlépe charakterizovat známým českým příslovím: „Tak dlouho se chodí se džbánem pro vodu, až se ucho utrhne“ a není nutné nic víc dodávat.
Použité podklady:
[1] Zpráva vyšetřovací komise Státního ekologického, technického a jaderného dozoru Ruské Federace (rusky)
Petr Nejedlý