Каскад Нивских ГЭС ОАО «ТГК-1» — 60 лет

05.11.2014
Андрей Жарников, журнал "Гидротехника XXI век", №3 (19) сентябрь 2014г.

ОАО «ТГК-1» — крупнейший производитель тепловой и электрической энергии на Северо-Западе России. В состав генерирующей компании входят станции, расположенные на территории Мурманской и Ленинградской областей, Санкт-Петербурга, Мурманска и Республики Карелии.

На Кольском полуострове ОАО «ТГК-1» представлено 17 станциями трех каскадов, а также Апатитской ТЭЦ – одной из крупнейших теплоэлектроцентралей области. Гидроэнергетический потенциал региона освоен в бассейнах рек Нива, Ковда, Тулома, Воронья, Териберка и Паз. Общая установленная мощность составляет 1860,6 МВт, тепловая мощность 590 Гкал/ч.

Гидроэнергетика – один из основных видов генерации на Кольском полуострове. Станции ТГК-1 производят до 45% всей электроэнергии, используемой в Мурманской области. Одним из лидеров по установленной мощности как в Заполярье, так и во всей компании, является Каскад Нивских ГЭС.

В него входят 6 гидростанций – три ГЭС на реке Нива ГЭС-1, ГЭС-2 и ГЭС-3, и три на реке Ковда, с западной стороны Кольского полуострова – Кумская, Иовская и Кяжегубская ГЭС. Суммарная установленная мощность станций составляет 569,5 МВ.          Управление Каскада находится в городе Кандалакше (юг Мурманской области).

Среди потребителей Каскада как крупные промышленные предприятия, например, Кандалакшский алюминиевый завод, так и социально значимые и жилые объекты.

В октябре 2014 года исполняется 60 лет с момента объединения станций на реках Нива и Ковда в единый Каскад Нивских ГЭС. Этот год в целом юбилейный – 80 лет Нива ГЭС-2, 65 лет Нива ГЭС-3.

КАК ПОЯВЛЯЛСЯ КАСКАД

Электрификация Мурманской области началась именно со строительства ГЭС. В 1930 году силами спецпереселенцев была развернута масштабная работа – за 4 года рабочие возвели Нива ГЭС-2 – первенца Кольской энергетики, предусмотренного планом ГОЭЛРО.

Река Нива, берущая свое начало в озере Имандра – самом большом озере Кольского полуострова – и  впадающая  в Кандалакшский залив Белого моря, относится к горным рекам. Несмотря на свою малую протяженность – всего 34 км,  она имеет несколько крупных порогов. Перепад высоты от истока реки до Кандалакшского залива  составляет  127 метров. Именно такие особенности течения позволили энергетикам задуматься о строительстве ГЭС в этом месте.

По первому варианту предусматривалось строительство одной ГЭС мощностью 150 МВт в нижней части русла реки. Но для реализации этого проекта требовалось очень прочное основание – твердая порода, которая позволила бы соединить два берега реки и построить плотину. Такую породу найти не удалось, в итоге топографические и геологические условия продиктовали выбор именно трехступенчатой схемы размещения ГЭС. Так на Ниве появилось три гидростанции.

В 1936 году началось строительство первой в СССР подземной ГЭС. Но война заставила прервать строительство. Только в 1949 году состоялся пуск первой очереди Нива ГЭС-3. Машинный зал станции расположился в недрах скалы на глубине 75 метров.

В 1952 была введена Нива ГЭС-1. На этой станции установили иностранное оборудование – турбины производства шведской компании КМВ. Нива ГЭС-1 — первая, на которой была введена телемеханика. В 1972 году агрегаты были переведены на автоматический режим управления без постоянного присутствия оперативного персонала.

С вводом в строй  Нива ГЭС-1 завершилось освоение реки Нива. И в октябре 1954 года был образован Каскад Нивских ГЭС. Из маленькой рыбацкой деревушки Кандалакша стала городом с населением 80 тыс. человек, а гидростанции позволили развиваться горнодобывающей, лесной и строительной промышленности.

С 1950-х годов энергетики закрепились и на западной стороне Кандалакшского района, на границе Карелии и Мурманской области для освоения реки Ковда. В 1955 году возвели Княжегубскую ГЭС. Она строилась четыре года. Опыт, накопленный при этом, позволил резко сократить сроки строительства следующих станций – Иовской и Кумской. Последняя была пущена на полную мощность всего за 20 месяцев. Географически Кумская ГЭС находится в Карелии, но единственная линия, идущая от станции, соединяет ее с энергосистемой Мурманской области. Проект Кумской ГЭС был отличителен тем, что станция планировалась обслуживаться без оперативного персонала, на телеуправлении. Но автоматизация в то время была недостаточна развита, и к реализации этой идеи вернулись сравнительно недавно. В 2009 году было внедрено оборудование телеуправления и телерегулирования.

Долгое время Княжегубская ГЭС функционировала как отдельное предприятие со своей дирекцией, а Иовская и Кумская ГЭС образовывали Каскад Ковдинских ГЭС. В 1970 году Княжегубская ГЭС, а чуть позже в 1987 году Иовская и Кумская ГЭС были объединены с тремя гидростанциями на реке Нива в один каскад с единым центром управления – Каскад Нивских ГЭС.

ОБНОВЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Уникальные объекты строились на века, имеют длительный срок эксплуатации, но для обеспечения бесперебойности выработки электроэнергии ежегодно ТГК-1 реализует мероприятия по поддержанию надежности работы оборудования.

На всех станциях выполняются текущие и капитальные ремонты основного оборудования. Только в 2014 году вводятся в работу системы термо- и вибромониторинга гидроагрегатов Княжегубской ГЭС и Нива ГЭС-3. На этих же станциях проходят текущие ремонты гидроагрегатов. За летний период проведена реконструкция гидромеханического оборудования на Нива ГЭС-2, выполнен ремонт облицовок отводящих каналов Княжегубской ГЭС и Нива ГЭС-3.

В 2011–2012 годах на Ниве ГЭС-3 и Кумской ГЭС осуществлялась замена тиристорных систем возбуждения генераторов на более современными. В 2012 году полностью завершена замена регуляторов скорости на Княжегубской ГЭС. В 2009 и 2011 году были проведены капитальные ремонты обоих гидроагрегатов Нива ГЭС-1.

В 1990-е годы большую модернизацию прошла Нива ГЭС-2. Сначала деревянные водоводы поэтапно были заменены на металлические, а затем полностью были заменены турбины и вспомогательное турбинное оборудование. Затем были обновлены обмотка генераторов, главные трансформаторы, реконструированы подпятники агрегатов. Сейчас проводится планомерная замена гидромеханического оборудования напорного бассейна: сороудерживающих решеток, быстропадающих щитов, механизмов для маневрирования.

Модернизации были направлены не только на увеличение надежности, но и мощности. Так, первоначально мощность Нива ГЭС-3 составляла 154 МВт. В последующие годы ГЭС несколько раз модернизировалась. В 2003-2007 годах часть гидроагрегатов прошла комплексную реконструкцию по замене рабочих колес. Это позволило увеличить мощность ГЭС до 155,5 МВт.

С 2010 года на объектах ТГК-1 в Мурманской области реализуется проект по внедрению системы обмена технологической информации с автоматизированной системой Системного оператора (СОТИ АССО). СОТИ АССО собирает и передает данные о состоянии основного оборудования ГЭС как оперативному и эксплуатационному персоналу Каскадов, так и диспетчерскому персоналу Системного оператора.

В 2013 году система была введена в промышленную эксплуатацию почти на всех станциях Каскада Нивских ГЭС. В 2014 году работы по ее внедрению завершатся.

СОТИ АССО пришла на смену старой телемеханике, не удовлетворяющей ни требованиям рынка, ни потребностям генерации. Система позволяет повысить точность и достоверность технологической информации, создает возможность подробного анализа и оптимизации режимов работы основного электрооборудования.

НОВАЯ ЭНЕРГИЯ

В 2010 году масштабные инвестиционные проекты ТГК-1 стартовали и на Нивском каскаде. Крупнейшим стала модернизация гидроагрегатов Иовской ГЭС.

Иовская ГЭС была введена в эксплуатацию в 1960 году. С момента начала работы гидроэлектростанция стала плацдармом для первых в мире испытаний нового типа генераторов – асинхронизированно синхронных. Генераторы были разработаны известным инженером, чемпионом мира по шахматам Михаилов Ботвинником в середине ХХ века и после внедрения на ГЭС стали применятся в разных сферах не только энергетики, но и всей промышленности.

В период эксплуатации Иовская ГЭС модернизировалась. Выполненные технические решения позволили увеличить мощность станции. В 2010 году был принят новый инвестиционный проект модернизации ГЭС с целью повышения надежности и маневренности оборудования. В качестве основного направления была выбрана замена рабочего колеса с пропеллерного типа на поворотно-лопастной, а также применение более высокого давления в системе регулирования турбин.

На Иовской ГЭС установлено два гидроагрегата мощностью 48 МВт каждый. Первый гидроагрегат был выведен для модернизации 1 ноября 2012 года и принят в эксплуатацию в декабре 2013 года, после чего началась модернизация второго гидроагрегата. Сейчас монтаж всего основного оборудования и вспомогательных систем завершен. Гидроагрегат №2 будет принят в работу в октябре 2014 года.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ

В ходе работ полностью заменены рабочие колеса гидроагрегатов Иовской ГЭС –установлены новые поворотно-лопастные турбины. Благодаря их техническим характеристикам появилась возможность работать в более широком диапазоне регулирования мощности при сохранении высоких эксплуатационных свойств турбин.

Генеральный подрядчик работ – австрийская фирма Andritz Hydro. До изготовления оборудования были проведены модельные испытания – сначала была изготовлена и протестирована полная 3d-модель рабочих колес, только после этого началось производство конструкций в реальных масштабах. Доставка оборудования осуществлялась водным и наземным транспортом из австрийского г. Грац.

Для регулирования турбин применена уникальная система регулирования высокого давления, практически не имеющая аналогов в России. Она позволила снизить объемы использования масла, а значит, повысить экологичность оборудования.

Также были полностью модернизированы системы регулирования и возбуждения, реконструированы защиты и автоматика. В результате генераторы станции оснащены новыми современными микропроцессорными защитами и системами возбуждения, что позволяет повысить безаварийность.

Одним из достижений модернизации стало появление на Иовской ГЭС современной автоматизированной системы управления технологическими процессами. В перспективе появится возможность ведения режимов Иовской ГЭС с базовой станции Каскада Нива ГЭС-3.

Кроме того, смонтирована новая система технического водоснабжения, внедрена система термоконтроля и стационарная система вибромониторинга, что дает возможность контролировать вибрацию гидроагрегатов в постоянном режиме.

Таким образом, эффекты выполненных работ значительны. По итогам эксплуатации первого модернизированного гидроагрегата можно сделать вывод о надежной работе нового оборудования – количество остановов минимально. Новые турбины делают возможным использовать от 30% до 100% номинальной мощности и избавляют от незапланированных пусков и остановок.

Модернизация станции повысит коэффициент полезного действия гидроагрегатов, а также расширит их рабочий диапазон, что даст возможность более рационально использовать водохранилище Иовской ГЭС и оперативно регулировать нагрузку в соответствии с потребностями энергосистемы.

Проект позволил ввести в работу оборудование высокого класса, соответствующее всем экологическим нормам и современным мировым стандартам гидростроительства. В Кольской энергосистеме такая глубокая модернизация гидрооборудования проводится впервые в новом тысячелетии.