Волховская гидроэлектрическая станция

Волховская гидроэлектрическая станция

ВОЛХОВСКАЯ ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ (Волховстрой), силовая установка, выстроенная за период времени с 1918 по 1927 год на реке Волхове с целью снабжения Ленинграда электрической энергией и улучшения судоходных условий порожистого участка реки. На станции установлено 8 турбин, каждая мощностью в 11500 л. с. при расходе воды в 100 м3/сек и напоре нетто в 10,5 м, что дает общую мощность на валу всех 8 турбин 92000 л. с. Получаемая на станции электрическая энергия передается в Ленинград по линии высокого напряжения 120000—150000 V, длиною в 130 км. Несмотря на то, что бассейн озера Ильмень, откуда вытекает Волхов, в 5 раз больше бассейна Волхова (55600 и 11600 км2), естественного регулирования стока Волхова не происходит в виду малых глубин Ильменя и низких его берегов, что вызывает быстрый слив воды из притоков. Этим объясняется большая амплитуда колебаний расходов реки Волхова - от 44 м3/сек (в 1921 г.) до 2438 м3/сек (в 1920 г.).

Средний минимальный расход реки равен 267 м3/сек, а средний максимальный - 1320 м3/сек. Из всего протяжения Волхова мог быть использован лишь участок от г. Волхова до д. Дубовики, длиной 10 км, захватывающий т. н. Петропавловские пороги, имеющие падение 1 до 9 м. Расположение сооружений установки предуказано сверху (по течению) границей порогов, а снизу наличием моста Северных железных дорог через реку. В соответствии с этим сооружения расположены у села Октябрьского, в 500 м выше моста. В виду слабого уклона реки Волхова в верхних его участках создание значительного подпора в установке вызвало бы затопление низких берегов Ильменя. Пришлось ограничить подпор 11 м. При этом в низкую воду подпор распространится почти до Новгорода. Для проектирования плотины принят максимальный расчетный расход в 2500 м3/сек; прохождение такого расхода вызывает повышение подпорного горизонта воды лишь на 2,13 м.

Волховская гэс

Техническая часть установки (фиг. 1 - первоначальный проект и фиг. 2 - окончательный вид) заключается в следующем. Водосливная глухая плотина создает в реке подпор величиной 11 м. Вблизи правого берега, под тупым углом к плотине, располагается здание силовой станции с турбинами, генераторами и трансформаторами. Такое расположение здания станции вызвано стремлением не уменьшать ширины водослива, облегчающей условия прохода воды и льда.

Волховская гэс

Специальная ледозащитная стенка, направление которой, благодаря излучине реки, почти совпадает с общим направлением течения, ограждает станцию от ледохода. У правого берега, прорезая выпуклость его, расположен судоходный шлюз (фиг. 3), имеющий своим назначением пропускать суда; подход к шлюзу как с нижнего, так и с верхнего бьефа устроен в виде канала.

Волховская гэс

Пропуск высоких вод осуществляется через глухую водосливную плотину, а также через водоспуск, расположенный между нижней головой шлюза и северным концом станции. Когда водослива плотины и работающих турбин станции недостаточно для пропуска высоких вод, вступает в работу водоспуск. При длине b гребня водослива 210 м и толщине h переливающегося слоя воды 2,13 м, получаем расход через плотину 2bh3/2 = 2·210·2,133/2 = ~1300 м3/сек; 8 турбин, поглощающих каждая 100 м3/сек, пропускают 800 м3/сек, и при паводке в 2500 м3/сек на долю водоспуска приходится 400 м3/сек; в тех случаях, когда работает только часть турбин, расход воды, подлежащей пропуску через водоспуск, увеличивается. Между южным концом силовой станции и плотиной помещается рыбоход - для удовлетворения потребности рыбы в переходах из Ладожского озера в верховья Волхова.

Плотина Волховской установки

Плотина Волховской установки (фиг. 4, размеры в м) имеет высоту над грунтом 17,65 м в месте расположения зуба. Тело плотины - сплошной бетонный массив, облицованный гранитом в хвостовой части; эта часть имеет очертание, способствующее устранению обратного удара плавающих тел о сооружение, обеспечивая отгон переливающейся струи за пределы водоворота. Дно реки ниже плотины, в целях предохранения его от размыва, покрыто бетоном толщиной 0,9 м на протяжении 17 м, причем первые 7 м покрыты гранитной облицовкой, т. к. скорость воды в этом месте достигает 15 м/сек. С верховой стороны плотина имеет внизу зуб (шпору), играющий роль противофильтрационного устройства, а вверху гребень срезан под наклонную плоскость в целях облегчения прохода льда. В теле плотины устроена смотровая галерея размером 2x5 м, дающая возможность вести наблюдения за фильтрацией через сооружение, а также позволяющая иметь сообщение между берегами. По длине своей тело плотины разделено на отдельные массивы различной длины, разграниченные швами соединения. Благодаря этому устраняется появление трещин, вызываемых колебаниями температуры наружного воздуха и постепенным охлаждением раствора, выделяющего много тепла при схватывании и твердении, с повышением при этом температуры на 22°. Левобережный участок, построенный за перемычками, имеет швы соединения через 15 м; остальной участок, выстроенный кессонным способом, имеет швы соединения через 7 и 7,5 м, соответственно с размерами кессонных и междукессонных участков. Швы соединения снабжены противофильтрационным устройством в виде гибкой металлической диафрагмы и эластичной гудронной пробки.

Бетон тела плотины имеет состав 1:5 (1 ч. цемента на 5 ч. смеси песка со щебнем); однако для увеличения водонепроницаемости плотины с верховой грани и прочности бетона на водосливной грани эти грани на толщину 1 м покрыты слоем бетона состава 1:4. В целях дальнейшего повышения водонепроницаемости плотины, с напорной стороны применена штукатурка в виде слоя торкрета толщиной 5 см. Считаясь с тем, что абсолютной водонепроницаемости добиться невозможно, устроен дренаж в виде ряда вертикальных трубок верхней грани смотровой галереи, внизу соединенных трубой диаметром 10 см. Собираемая трубой просочившаяся вода отводится в нижний бьеф по коллектору.

Плотина врезается в левый берег короткой шпорой; с другого конца плотина ограничивается островком силовой станции, где расположен рыбоход, стенка которого является щековой стенкой плотины. По концам плотины, с верховой и низовой сторон, устроены стенки - направляющие для высокой воды и льда, идущих через гребень плотины. Эти стенки на 0,5 м выше, чем самый высокий возможный горизонт воды. В нижнем бьефе стенки спускаются уступами. Общая кубатура кладки плотины 51700 м3.

Ледозащитная стенка представляет собой мост многоарочной конструкции, длиной 257 м. Расстояние между осями бычков 14 м, толщина бычка 3 м. Вода поступает из реки к зданию станции через арочные пролеты ледозащитной стенки. Чтобы через пролеты не проходили плавающие тела, шелыга арки опущена на 1 м ниже самого низкого горизонта воды верхнего бьефа. Высота ледозащитной стенки около 17 м, при объеме кладки сооружения в 11300 м3.

Водоспуск разделен на два пролета, по 9 м шириной каждый, при толщине разделяющего бычка в 4 м. Флютбет водоспуска длиной в 62,55 м имеет толщину 2 м; впереди затвора имеется зуб, глубиной 3,6 м, утолщающий т. о. флютбет в этом месте до 5,6 м. Порог флютбета перед щитами приподнят, а за щитами опущен, что сделано для улучшения условий прохода через водоспуск воды, движущейся со скоростью, доходящей до 16 м/сек. Несмотря на то, что основанием всех сооружений Волховской установки служит плитняковая скала известняковой породы, весной 1926 года, при проходе через водоспуск 1000 м3/сек воды, обнаружился сильный размыв ложа реки ниже флютбета глубиной около 2 м, после чего поврежденная часть ложа реки была обделана бетонной ступенчатой подушкой. В пределах водобоя флютбет облицован гранитом.

Оба пролета водоспуска закрываются металлическими щитовыми затворами, расположенными в два яруса; нижний щит высотой 10,53 м, верхний - 3,84 м. Верхний щит каждого пролета может быть опущен отдельно от нижнего, что позволяет сбрасывать накопившийся лед с малыми потерями воды. Оба щита подвешены на цепях Галля и приводятся в движение от электромотора мощностью в 50 л. с. со скоростью подъема 0,5 м/мин. Нижний щит весит 65 т и снабжен 8 катками, которыми он опирается на направляющие; верхний весит 11 т и имеет 4 катка. На случай ремонта щитов предусмотрено шандорное заграждение, состоящее из одного комплекта в 12 металлических клепаных балок. Маневрирование шандорами производится при помощи передвижных гидравлических подъемников, устанавливаемых по обе стороны заграждаемого пролета. Шандоры перемещаются в плане при помощи мостового электрического крана грузоподъемностью в 10 т. Максимальная пропускная способность водоспуска 1500 м3/сек.

Волховская гэс

Здание силовой станции (фиг. 5 - поперечный разрез, размеры в м) расположено непосредственно у плотины. Подводная часть станции представляет собой бетонный массив длиной 142 м, прорезанный спиральными камерами, служащими для подвода воды, и всасывающими трубами турбин. Вход в спиральные камеры снабжен забралом, углубленным ниже самого низкого горизонта подпорных вод, в целях недопущения к турбинам льда и других плавающих тел. Непосредственно за забралом расположены щиты, закрывающие вход в спиральные камеры, и сороудержательные решетки, преграждающие доступ к турбинам отдельным плавающим телам, прошедшим под забралом. Вход в камеру разделен двумя бычками на три пролета, по 3,83 м в свету, толщина такого бычка - 1 м. Толщина бычков, отделяющих вход в одну турбину от входа в другую, равна 2 м. Каждой турбине, имеющей свою специальную камеру, отвечает свой комплект щитовых затворов в количестве трех штук. На случай ремонта щитов предусмотрены шандорные пазы, закрываемые шандорами.

В надводной части здания размещены: машинный зал, распределительное устройство и прочее электротехническое оборудование. Размер машинного зала 140,5х17х17 м.

Установленная мощность Волховской гидроэлектрической станции рассчитана на утилизируемый расход воды в 800 м3/сек при напоре 10,5 м, количестве оборотов n = 75 об/мин., коэффициенте быстроходности ns = 425 и при КПД ηmax = 0,86; это соответствует 92000 л. с. на валу всех 8 турбин, или 11500 л. с. на каждую из 8 турбин. Однако такой расход в реке наблюдается лишь в течение небольшой части года.

Волховская гэс - турбины

Турбины (фиг. 6, размеры в м) - одноколесные вертикальные, в спиральной железобетонной камере. Диаметр рабочего колеса (фиг. 7) 5030 мм, вес 39 т.

Волховская гэс - турбины

Лопатки колеса, имеющие весьма слабый изгиб, сделаны из листовой стали и залиты в чугунную втулку и в обод. Зазор между рабочим колесом и направляющим аппаратом сделан очень большим, что находится в соответствии с новейшими конструкциями быстроходных турбин. Турбина снабжена автоматическим регулятором, приводимым в движение ременной передачей непосредственно от турбинного вала. Помимо автоматического регулирования имеется и ручное приспособление, дающее возможность остановить или пустить в ход турбину. Кроме 8 главных турбин в том же здании установлены 2 вспомогательные турбины мощностью каждая по 1400 л. с., также с вертикальным валом, но с числом оборотов 150. Одна из этих последних турбин обслуживает местные нужды: освещение, моторы (в частности возбудители больших генераторов). Все турбины изготовлены в Швеции: большие - заводом Verkstaden, малые - заводами Nidqvist & Holm в Трольгетене.

Восемь больших генераторов, мощностью 7000 kW каждый, изготовлены частью (4) шведскими (ASEA), частью (4) нашими ленинградскими заводами. Малые генераторы имеют мощность по 1000 kW; при этом напряжение главных генераторов взято в 11000 V, а малых - 2200 V. Размеры генераторов даны в следующей таблице:

Волховская гэс - размеры генераторов

Ток трехфазный, 50 пер/сек. Во время работы большие генераторы развивают весьма значительное количество тепла. С целью охлаждения их предусмотрено специальное вентиляционное устройство. Холодный воздух засасывается электрическими вентиляторами, производительностью до 20 м3/сек. Каждые 4 генератора имеют 5 вентиляторов, из которых один запасный. Каждый большой генератор имеет специальный мотор-генератор, состоящий из мотора трехфазного тока в 150 л. с. напряжением 2200 V и соединенной с ним на одном валу динамо постоянного тока мощностью 100 kW и напряжением 240 V. Ток от динамо питает обмотку возбуждения большого генератора. В случае порчи обеих малых турбин мотор-генераторы могут быть пущены в ход от ленинградских станций по линии электропередачи, через соответствующие трансформаторы. В крайнем случае можно рассчитывать на возбуждение от аккумуляторной батареи, помещающейся при силовой станции. Для преобразования энергии генераторов напряжением в 11000 V в энергию напряжением в 120000 V служат главные трансформаторы однофазного типа, расположенные в двух группах, по три трансформатора в каждой. Общий вес одного трансформатора 42 т. Линия передачи длиной 130 км несет ток напряжением в 120000 V, падающим к Ленинграду до 105000 V.

По данным Волховстроя, станция может дать в средний гидрологический год до 225000000 kWh, что позволяет Ленинграду сэкономить до 270000 т угля в средний год.

Судоходное устройство состоит из однокамерного шлюза со стенкой падения (фиг.6), расположенного в верхнем бьефе. Полезная длина камеры шлюза равна 149 м, а ширина 17,04 м, что совершенно достаточно, чтобы пропустить типовую волжскую баржу с буксиром. Местных судов (мариинок) может по длине шлюза стать два, одно за другим. Минимальная глубина на короле шлюза равна 2,38 м, что обеспечивает запас в 0,60 м под днищем судна. Т. о. волховский шлюз вдвое короче новых шекснинских шлюзов, законченных в 1923 г., но он имеет максимальный напор из всех осуществленных судоходных шлюзов СССР. Судоходное значение шлюзования реки в данное время незначительно. Однако в будущем экономические последствия шлюзования реки окажутся весьма благоприятными для всего края.

Затраты по устройств Волховской гидроэлектрической станции исчисляются в 97500000 руб., не считая % на капитал за время постройки; при этом не учтены оставшееся от работы имущество, равно как и размеры затрат, ложащихся исключительно на улучшение судоходных условий реки.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том4 - 1928 г.

Волховская ГЭС

Волховская ГЭС