Причина аварии

За дни, прошедшие со дня катастрофы было выдвинуто несколько версий произошедшего: взрыв масляного трансформатора, о чем 17 августа 2009 года сообщал Следственный комитет при прокуратуре Российской федерации, террористический акт, гидравлический удар, вызванный ошибочными действиями персонала ГЭС, обратный удар вследствие тех же действий, отказ системы управления гидроагрегата, отключение электрического генератора от сети и, вследствие снятия нагрузки, раскрутка и разрушение всего гидроагрегата, рассинхронизация электрического генератора и остановка из-за этого гидроагрегата с возникновением гидравлического удара, заводской брак турбины, и также даже то, что «плотина навалилась на машинный зал и нарушила соосность (второго) агрегата».

Взрыв трансформатора - версия, которую серьезно обсуждать не имеет смысла(1). Версия о теракте вскоре тоже не нашла подтверждения из-за отсутствия каких-либо следов взрывчатки. Нет никаких свидетельств того, что раскрутка или, наоборот, торможение электрического генератора вследствие рассинхронизации или отключения от сети как причина раскрутки или торможения всего гидроагрегата имели место. Как показывает накопленный опыт аварий на электростанциях, в таком случае горят трансформаторы, горит и плавится обмотка электрогенераторов, но таких масштабных разрушений конструкций не бывает. Со вторым гидрогенератором произошло то, что привело к практически мгновенному срыванию его с креплений и выбрасыванию из турбинного колодца, в котором он был размещен, и заводской брак турбины также кажется не слишком удачной версией, так как турбина неплохо сохранилась даже после катастрофы. Кроме того, резкое и значительное изменение скорости вращения генератора должно привести к соответствующему изменению скорости вращения и сидящей с ним на одном валу турбины, что, в свою очередь, как будет показано далее, может привести к гидравлическому удару. Поэтому под подозрением в первую очередь остается поведение турбины второго гидроагрегата и ее система управления, так как ошибочные действия персонала станции непосредственно в момент самой катастрофы после недельного рассмотрения были исключены.

Приведем некоторые оценки ситуации, высказываемые ответственными лицами и экспертами. В первые дни после катастрофы специалисты сообщали, что они «не могут объяснить того, что произошло». Министр энергетики РФ Сергей Шматко через 2 дня после катастрофы заявил, что «авария на Саяно-Шушенской ГЭС самая масштабная и непонятная в мире». Было заявлено, что Минэнерго России задействовало лучших экспертов отрасли для проведения анализа, формирования оценок и выяснения причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Однако, спустя 5 - 7 дней после катастрофы, видимо, некоторые из них стали сообщать в средствах массовой информации вообще что-то не несообразное, например: «На СШГЭС высота напорного водовода, ведущего к гидротурбине,- 240 м(2), это значит, что давление(3) на каждый квадратный сантиметр конструкции турбины составляет 24 атмосферы»(4), или «…Версия о гидравлическом ударе абсолютно надуманна. Нет никаких подтверждений гидроудара. Я не очень понимаю, каким должен был быть перепад давления воды, чтобы произошло то, что произошло на СШГЭС(5)». 2 недели спустя (написано 2 сентября 2009 года), «все эксперты сидят задумчиво, загадочно смотря друг на друга». В этой работе не рассматриваются экономические, социально-политические или ментально-психологические(6) аспекты катастрофы, однако невольно закрадывается мысль, что если эксперты, то есть лучшие специалисты - такие, то и не нужны никакие террористы.

Итак, рабочая версия - отказ системы управления привел к таким условиям в турбинном колодце, которые вытолкнули гидроагрегат из него вверх на высоту 14 м. Для того чтобы в короткое время могла быть совершена работа по разрушению гидрогенератора, а также по приведению в движение его остатков против сил гравитации, заранее должно быть запасено необходимое количество энергии. При работе гидроагрегата энергия в основном запасается в кинетической форме как энергия вращения его ротора, а также как энергия движения потока воды в водоводе. Кроме того, некоторая энергия запасена в электромагнитном поле, создаваемым электрогенератором.

Из оценок следует, что во вращающихся элементах гидроагрегата, масса которых составляет около 980 тонн, запасено примерно в 6 раз больше кинетической энергии, чем в воде массой 10600 тонн, движущейся в водоводе к турбине. Однако не существует механизма, способного быстро преобразовать заметную часть кинетической энергии вращающегося твердого тела в энергию его поступательного движения, направленного вдоль его оси вращения. А механизм, с помощью которого почти мгновенно запас кинетической энергии движущейся жидкости расходуется на движение или разрушение твердого тела, известен. Он называется гидравлическим ударом. Кроме того, существуют и иные механизмы эффективного преобразования энергии движения жидкости в работу сил, действующих на твердые тела, отличающиеся от классического гидравлического удара, но тесно с ним связанные. Таким образом, из трех подозреваемых в совершении рассматриваемого действия видов энергии остается только один.

(1) - Следует отметить, что неделю спустя никаких следов этого сообщения на сайте Следственного комитета найти не удалось.

(2) - Гидротурбины Саяно-Шушенской ГЭС радиально-осевого типа РО-230/833-0-677 рассчитаны на работу в диапазоне (напоров) от 175 до 220 м, и нижняя граница этого диапазона и есть высота водовода.

(3) - А то, что вокруг турбины вода не неподвижна, а быстро течет, разве не влияет на давление на турбине? Знаком ли этот эксперт с уравнением Бернулли?

(4) - Интересно, а какое давление получилось бы у него на «каждый квадратный» метр?

(5) - «Я ничего не понимаю, но с абсолютной уверенностью заявляю…»

(6) - Последние, впрочем, ранее уже были описаны Л. Н. Толстым в его бессмертной эпопее.

Версия гидравлического удара, как причины разрушения второго турбоагрегата СШ ГЭС, естественно, возникла одной из первых. Однако вскоре Ростехнадзор - организация, официально расследующая катастрофу и, видимо, имеющая доступ ко всем материалам, связанным с ней, устами своего начальника от нее отказалась. Причины это, насколько можно судить извне, две. Первая - отсутствие повреждений на лопатках гидроагрегата, что можно увидеть как на фотографиях турбины, так и на фотографии лопатки направляющего аппарата, и вторая - по неофициальным данным, сейсмостанция «Черемушки» якобы не зафиксировала своими сейсмометрами волн в земной коре, вызванных этим ударом.

На первый взгляд, кажется, что любой из этих двух причин достаточно, чтобы больше не рассматривать версию гидравлического удара. Однако, тогда вообще не остается подозреваемых, и тупик, в который зашли эксперты Ростехнадзора и не вышли даже после утверждения «Акта технического расследования…», показывает, что других вариантов нет, если, конечно, считать, что произошедшее на СШ ГЭС все-таки описывается известными нам законами природы. Самым простым и разумным выходом из этого тупика стала мысль о том, что реальный процесс в водоводе может существенно отличаться от простого гидравлического удара, который на первом этапе анализа остается базовой моделью для выявления основных количественных особенностей рассматриваемого процесса. Спустя 2.5 месяца после начала расследования выяснилось, что сейсмостанция «Черемушки» все-таки зафиксировали очень сильные колебания земной коры в момент катастрофы.