Берегись поезда
Плотины нескольких ГЭС РусГидро помимо функций, необходимых для выработки электроэнергии, предназначены для движения транспорта. А по четырем из них проходят железнодорожные пути с соответствующей инфраструктурой, собственником которой выступает РЖД. Регулярное движение товарных и пассажирских поездов – один из значимых внешних факторов, влияющих на состояние конструкций гидротехнических сооружений (ГТС).
Различные дефекты как непосредственно железнодорожной инфраструктуры, так и элементов ГТС, вызванные воздействием движения составов, на станциях ранее уже выявлялись. Однако ввиду разницы в нормативнотехнической базе РусГидро и РЖД возникли вопросы в объеме и типах исследований с учетом специфики и многофункциональности плотин ГЭС.
Тогда в энергохолдинге приняли решение о запуске НИОКР с целью полномасштабного исследования ГТС на четырех объектах – Камской, Волжской, Жигулевской и Саратовской ГЭС. Выполнение работ поручили специалистам филиала «Института Гидропроект» – НИИЭС.
Нейросеть в помощь
Комплекс работ включал как визуальные, так и инструментальные исследования. В частности, осмотр позволил выявить многочисленные дефекты железнодорожного полотна: выкрашивание металла, повреждения и отсутствие рельсовых скреплений, разрушение и повреждение шпал, а также прочие деструктивные процессы в балластном слое.
Более сложные комплексные исследования и расчеты проводились в соответствии с разработанной в рамках НИОКР «Методикой исследования динамических нагрузок на ГТС от воздействия проходящего железнодорожного транспорта». Кстати, на метод измерений, ставший основой методики, НИИЭС впоследствии был получен патент.
Инженеры разработали типовой проект автоматизированной системы контроля состояния гидротехнических сооружений (АСКС ГТС), предназначенный для определения скоростного режима и техногенных динамических нагрузок от железнодорожного транспорта на ГТС. С помощью специального оборудования и датчиков в автоматическом режиме фиксируются данные о скорости составов и виброускорениях (нагрузках на ГТС), после чего сведения в системе по прошлым и текущим замерам обрабатываются с помощью нейросетевых технологий и дается оценка степени воздействия на ГТС.
«В рамках исследований широко применялись современные технологии кластерного анализа результатов измерений, получено пространственное отображение динамической нагрузки по глубине и в зависимости от расстояния до источника воздействий, – рассказывает главный инженер по оборудованию и ГТС филиала «Института Гидропроект» – НИИЭС Антон Антонов. – Это позволяет дополнять и расширять сведения о практически любых техногенных динамических нагрузках на ГТС. Данный подход справедлив не только для воздействий от железнодорожных составов, но и от различных циклических нагрузок – например, от оборудования для демонтажных работ».
Режим ограничений
По итогам исследований подготовлен целый ряд рекомендаций для повышения безопасности энергообъектов, часть из них уже реализована. «В соответствии с рекомендациями первых этапов НИОКР специалисты РЖД выполнили комплексную реконструкцию и ремонт железнодорожных путей, – говорит Антон Антонов. – К примеру, на Камской ГЭС в 2022–2023 годы восстановлена вторая нитка железнодорожного пути по бесстыковой технологии. Повторные исследования по разработанной нами методике позволили определить оптимальные скоростные режимы при различных сочетаниях нагрузок».
Так, при форсированном подпорном уровне на Камской ГЭС движение железнодорожного транспорта ограничено до скорости 20 км/ч, что внесено в инструкцию по эксплуатации ГТС. Это связано с тем, что уровень депрессионной поверхности попадает в зону распространения динамических нагрузок. При максимальной скорости железнодорожного состава происходит снижение коэффициента устойчивости, при замедлении глубина затухания техногенных динамических нагрузок сокращается.
Для контроля влияния железной дороги на сооружения Камской ГЭС было принято решение по установке специализированной контрольно-измерительной аппаратуры для оценки скорости и величин динамических воздействий.
Движение ж/д транспорта по плотине Жигулевской ГЭС.
Эффективная методика
В настоящее время исследования завершены на всех гидротехнических сооружениях РусГидро, где используются железнодорожные пути. После окончания внедрения системы контроля на Камской ГЭС планируется установка аналогичных систем также на Саратовской, Жигулевской и Волжской гидроэлектростанциях и интеграция их с действующими информационно-диагностическими системами.
«Выполненные в рамках НИОКР работы позволили определить безопасные скоростные режимы железнодорожного транспорта, проходящего по ГТС, позволяющие минимизировать техногенные динамические воздействия, – отмечает Антон Антонов. – Реализация разработанной системы даст возможность оперативно оценивать воздействия на ГТС и отслеживать увеличение как грузопотока, так и величин нагрузок на сооружения. При наличии постоянно действующей системы появляется возможность оценки состояния объектов и величин нагрузок в любой момент времени».
Кроме того, разработанная специалистами НИИЭС методика показала свою эффективность и оказалась востребована отраслью. К примеру, с ее помощью НИИЭС сейчас выполняет аналогичные исследования для «ЕвроСибЭнерго». В перспективе на основании данной методики и дополнительных исследований предполагается разработка СТО РусГидро к 2026 году.
А уже в этом году на ГЭС холдинга планируется старт нового проекта НИОКР, целью которого также станет оценка техногенных динамических воздействий на гидротехнические сооружения, на этот раз – со стороны автомобильного транспорта.