Точные обмерные работы трактов и статоров гидроагрегатов Верхнетуломской ГЭС методом лазерного сканирования

Летом 2016 года специалистами инженерного предприятия «НГКИ» был выполнен проект по трёхмерному лазерному сканированию и подготовке точечных 3D моделей подающих трактов, спиральных камер, статоров и отсасывающих трактов двух подлежащих замене гидроагрегатов Верхнетуломской ГЭС.

Верхнетуломская ГЭС: история и наши дни

Верхнетуломская ГЭС, являющаяся крупнейшей гидроэлектростанцией Северо-Запада России, расположена на реке Тулома в Мурманской области и входит в Туломский каскад ГЭС, в который, помимо Верхнетуломской, входит также более старая Нижнетуломская ГЭС, построенная ещё в 1937 году.

Строительство Верхнетуломской ГЭС началось в 1961 году и продолжалось ударными темпами в течение пяти лет, полностью завершившись уже в 1966 году, причём первый гидроагрегат станции был запущен ещё в 1964 году. Весьма интересен тот факт, что данная ГЭС, спроектированная институтом «Ленгидропроект», была построена совместными усилиями советских специалистов и финской компании «Иматран-Войма», а при её возведении было задействовано до 5,5 тысяч финских рабочих, которыми, помимо непосредственно станции, был также построен посёлок с жилыми домами, торговым центром, домом культуры и школой. В состав сооружений Верхнетуломской ГЭС входят каменно-земляная плотина длиной 1310 метров и наибольшей высотой 46,5 метров, бетонная водосбросная плотина длиной 26 метров, бетонная глухая плотина длиной 185 метров, устройство для механической лесоперевалки, рыбоход общей длиной 1960 метров с подземным рыбоподъёмником, водоприёмник, подводящие тоннели, вырубленное в скальной породе подземное здание ГЭС длиной 93 метра, шириной 19 метров и высотой 37 метров (его монтажная площадка имеет длину 8,5 метров, расстояние между осями гидроагрегатов составляет 18 метров), отводящие тоннели длиной 1300 метров и ОРУ 154 кВ.

Сооруженный рыбоход общей длиной 1960 метров с подземным рыбоподъёмником оказался неэффективным, и рыба в него не пошла, а в настоящее время в подземном рыбоходном тоннеле расположен крупный рыборазводный завод, использующий тёплую воду из системы охлаждения генератора и тёплый воздух из машинного зала, причём мощность данного завода составляет 1 миллион штук серебристой форели в год.

До сооружения Верхнетуломской ГЭС на отрезке длиной в два с половиной километра река Тулома имела высотный перепад в 28 метров, а строительство плотины и помещение машинного зала станции под землю дало возможность увеличить эту разницу более чем в два раза — до 60 метров, что в значительной мере сказалось на мощности новой гидроэлектростанции.

Первоначально установленная мощность Верхнетуломской ГЭС составила 228 МВт, однако впоследствии выяснилось, что турбины станции имеют большой запас мощности, и в результате комплекса работ по модернизации генераторов и прочего оборудования мощность гидроэлектростанции выросла на 40 МВт без ввода новых агрегатов и составила 268 МВт; среднемноголетняя выработка электроэнергии Верхнетуломской ГЭС составляет 860,307 млн кВтч.

Вплоть до 1975 года Верхнетуломская ГЭС выполняла роль регулятора частоты в Кольской энергосистеме, но после подключения станции к объединённой энергосистеме Северо-Запада роль Верхне-Туломской ГЭС изменилась — она стала регулятором перетока электрической энергии в республику Карелия. В 2014 году было проведено объединение Туломского, Серебрянского и Териберского каскадов в единый Каскад Туломских и Серебрянских ГЭС, в который ныне входят шесть станций.

Необходимость выполнения обмерных работ для проектирования новых гидроагрегатов

Поскольку гидроагрегаты Верхнетуломской гидроэлектростанции работают в зоне вибрационной неустойчивости, был поднят вопрос о необходимости реконструкции опорных конструкций, а также о проектировании новых гидроагрегатов станции, для чего потребовалось проведение высокоточных обмерных работ. Инженерное предприятие «НГКИ» имеет большой опыт проведения обмерных работ как гидроэлектростанций в целом, так и отдельных их гидроагрегатов. Так, наша компания выполнила следующие проекты в сфере гидроэнергетики:

— 3D сканирование и моделирование разрушенных гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС для целей восстановления;
— съёмку и контроль геометрии спиральных камер трёх гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС;
— исполнительную съёмку подготовку моделей и обмерных чертежей ОРУ Саяно-Шушенской ГЭС;
— лазерное сканирование и моделирование сооружений и территории Майнской ГЭС;
— обмерные работы с построением 3D моделей порталов и созданием топографических планов ОРУ Зейской ГЭС;
— лазерное сканирование и создание топографических планов Рогунской ГЭС.

Кроме этого, наши специалисты также выполнили и ряд других крупных проектов на различных гидроэлектростанциях страны. За нас сыграл, в первую очередь, именно опыт обмерных работ в области гидроэнергетики, по этой причине организация-проектировщик гидроагрегатов ГЭС выбрала нас в качестве подрядчика по точным обмерам трактов двух гидроагрегатов Верхнетуломской ГЭС.

При выполнении полевого этапа работ на Верхнетуломской ГЭС в задачу наших специалистов входили точные обмеры подающих трактов, спиральных камер, статоров и отсасывающих трактов двух гидроагрегатов станции, подлежащих замене. Проектировщикам эти данные были необходимы для выбора оптимальной конструкции роторов и лопастей проектируемых гидроагрегатов.

Для того, чтобы наши специалисты с лазерным сканером и представители проектировщика могли спокойно работать, заранее были согласованы даты остановки гидроагрегатов электростанции: в результате каждый гидроагрегат был остановлен на двое суток с окном ещё в трое суток между остановками гидроагрегатов, так что на объекте пришлось провести несколько дней.

Лазерное сканирование трактов и статоров Верхнетуломской ГЭС

Съёмку трактов методом лазерного сканирования пришлось производить практически в абсолютной темноте, поэтому фотографий внутри трактов у нас нет. Перекрытие трактов оказалось не абсолютно полным, поэтому по трактам текла вода, и со сводов постоянно капало, что весьма опасно для лазерного сканера. Кроме того, водяная плёнка на стенках трактов сильно влияла на качество измерений, поэтому лазерное сканирование пришлось проводить с очень малым шагом при очень малых расстояниях между станциями для повышения качества итоговых результатов измерений.

В верхний и нижний тракт каждого гидроагрегата Верхнетуломской ГЭС вели специально предусмотренные отдельные длинные и очень узкие вертикальные тоннели со скобами в стенах, поэтому лазерный сканер пришлось переложить в рюкзак, а рюкзак одеть на грудь, чтобы стало возможным хоть как-то протиснуться по тоннелю.

Съёмка трактов каждого из двух гидроагрегатов электростанции методом лазерного сканирования заняла по одному рабочему дню. Поскольку после съёмки трактов первого гидроагрегата ГЭС образовалось окно в три дня до момента остановки второго гидроагрегата, наши специалисты решили не тратить время зря и использовали его для абсолютно восхитительной поездки по прекрасным местам Русского севера. Через пять рабочих дней по завершении обмерных работ методом 3D лазерного сканирования на Верхнетуломской ГЭС наш Заказчик получил точные и очень плотные точечные модели трактов двух гидроагрегатов в формате TXT (координаты XYZ для каждой точки).

Специалисты инженерного предприятия «НГКИ» имеют богатый опыт проведения инженерных изысканий в различных отраслях промышленности и энергетики с применением современной технологии 3D лазерного сканирования, которая даёт возможность в существенной мере снизить затраты на получение точной и актуальной информации об объекте съёмки. Данная технология позволяет достаточно быстро, но при этом с высочайшей точностью и беспрецедентной подробностью определить фактические размеры и реальное расположение конструкций или оборудования, а также наложить результаты измерений на проектную модель объекта съёмки и определить любые отклонения от проектных значений. По полученным результатам проведённых обмерных работ наши инженеры составляют точные обмерные чертежи объектов или же выполняют построение каркасных или твердотельных моделей объектов или их отдельных частей — в зависимости от поставленной Заказчиком задачи. Обмерные работы и инженерные изыскания на объектах промышленности и энергетики являются одними из основных направлений деятельности компании «НГКИ».