Инновационные решения для обеспечения безопасности ГЭС.
Изобретательностью и умом побеждать лучше, чем сопротивлением.
Иоанн Дамаскин
На волне интереса к возобновляемым источникам энергии в мире возводятся гидроэлектростанции (ГЭС), плотины которых поражают воображение своей грандиозностью. Строительство ГЭС является крайне выгодным для государства, ведь себестоимость электроэнергии, получаемой на российских ГЭС, более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимо выполнение основных факторов: обеспеченность водой круглый год, большие уклоны реки, каньонообразные виды рельефа.
Отдавая должное инженерным решениям, следует помнить, что удерживаемые плотиной огромные массы воды таят в себе страшную разрушительную мощь.
Краткое описание принципов построения ГЭС
Если не вдаваться в подробности классификации, то плотины ГЭС делятся на гравитационные и арочные. Гравитационная плотина, имеющая, как правило, треугольное сечение, строится из грунта, камня или бетонных блоков. Такая плотина удерживает массу воды своей тяжестью. Поскольку течение реки не в силах сдвинуть плотину с места, вода начинает подниматься вверх, образуя водохранилище в верхней ее части (в верхнем бьефе).
Арочные плотины используются в горной местности. За счет своей формы (по сути, это фрагмент купола, вытянутого в сторону напирающей воды) такая плотина передает нагрузку на борта каньона. Арочная плотина сложнее в строительстве, но экономичнее в смысле расхода материалов. Существуют также плотины смешанного (гравитационно-арочного) типа. Идеальным для строительства плотины является скальное дно, менее предпочтительна скользкая глинистая почва.
Плотина ГЭС – структурно сложное сооружение. В ее состав входят глухие плотины, через гребень которых не проходит вода, станционные плотины, через которые вода из водохранилища поступает в камеры с турбинами, вращающими валы электрогенераторов, водосливные плотины, через которые сбрасывается вода для регулирования ее уровня в водохранилище.
Система водосброса – один из ключевых элементов гидроузла. Уровень
воды в перекрытой плотиной реке может значительно колебаться в зависимости от времени года и климатических факторов, таких как таяние снега и льда в верховьях реки или проливных дождей. Неконтролируемый сброс воды из верхнего бьефа или незначительное разрушение плотины злоумышленниками/террористами может привести к разрушению конструкции всей плотины. В этом случае, гибель людей в близлежащих населенных пунктах неминуема. Вода несет в себе огромную разрушительную силу, способную разрушить дома, объекты инфраструктуры, унести жизни людей, нанести огромный материальный ущерб, что, несомненно, приведет к катастрофе.
Именно поэтому плотину необходимо поддерживать в рабочем состоянии, либо по истечении определенного срока гидроузел должен быть демонтирован, а водохранилище слито или превращено в замкнутый водоем. Плотина и другие гидротехнические сооружения должны быть оборудованы современными средствами безопасности и мониторинга, способные предупредить и предотвратить действия, направленные на разрушение или повреждение сооружений ГЭС.
Только так можно избежать катастрофических последствий на ГЭС.
Принцип работы ГЭС основан на использовании кинетической энергии падающей воды. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбин, которые приводят в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Непосредственно в самом здании любой ГЭС располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения оно имеет определенное деление на виды. В машинном зале расположены гидроагрегаты, преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Также в здании ГЭС расположено различное дополнительное оборудование: устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и т.д.
В состав ГЭС могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и т.д.
Угрозы
Ежегодно в мире на гидроузлах происходит около 3 тысяч аварий. Из них значительное число повреждений наблюдается в период прохождения катастрофически сверхвысоких половодий и паводков, что связано, как правило, с недостатками проектно-технических решений, а также вследствие плохой работы эксплуатационных служб.
Более 50% существующих гидротехнических сооружений считаются опасными, поскольку в нижнем бьефе прудов и водохранилищ расположены населенные пункты, объекты экономики и социальные инфраструктуры. Это означает, что люди живут под угрозой, проистекающей от возможных аварий на ГЭС. Зачастую плотины расположены настолько близко к городам, что в случае тяжелых аварий, например, прорыва плотины, у жителей близлежащих населенных пунктов совершенно не останется времени для эвакуации, поскольку волна распространяется очень быстро. Прорыв плотин неизбежно приведет к многочисленным жертвам. Кроме того, известны случаи боевого разрушения плотин и агрегатов ГЭС.
Исходя из системы угроз, представляющих опасность для любой ГЭС, технологического оборудования, продукции и систем жизнеобеспечения, создается система физической защиты (СФЗ), которая в процессе жизнедеятельности инфраструктуры объекта постоянно совершенствуется и модернизируется, в связи с изменением внешних и внутренних угроз. Степень тех или иных угроз определяется для каждого конкретного объекта, а иногда и для каждой конкретной технологической установки отдельно. В ряде случаев, в частности для высоко- и средненапорных ГЭС больших и средних мощностей, формулировка задач их безопасности является прерогативой государства. Здесь под угрозой следует понимать любое действие по отношению к объекту, которое может повлечь серьезную техногенную катастрофу, гибель большого количества людей, любые катастрофические последствия (или создание для этого соответствующих условий), а также возможность совершения крупных террористического или диверсионного актов.
Для оптимального задания требований к СФЗ ГЭС конкретный перечень угроз должен учитываться и прорабатываться уже при строительстве объекта. Обычно при проектировании СФЗ за основу принимается террористическая и диверсионная угрозы, для которых и проводят соответствующие расчеты.
Анализ имевших место в последние годы в России и других странах террористических акций позволяет выделить следующие возможные общие сценарии действий террористов, преступных элементов или психически больных лиц в отношении ГЭС:
— проникновение на объект и захват заложников;
— проведение террористических актов с нанесением крупного материального ущерба объекту;
— осуществление действий, направленных на создание панических настроений и психологической неустойчивости.
Особую опасность несут в себе плотины ГЭС, поскольку именно их разрушение может привести к экологической катастрофе и гибели большого количества людей.
Комплекс технических средств ФЗ ГЭС должен отвечать современным требованиям в направлении противодействия формализованным для объекта угрозам и быть реализованным на базе единого (функционально неразрозненного) технического комплекса СФЗ объекта с управлением всеми элементами Интегрированной системы безопасности из единого ситуационного центра.
Технические средства для обеспечения безопасности ГЭС
Безопасность гидротехнических сооружений – вопрос первостепенной важности, поскольку любые производственные циклы этой отрасли являются опасными и могут создавать угрозу для экологии, здоровья и жизни людей. Кроме этого, обеспечение безопасности и надежности гидроэлектростанций (ГЭС) является требованием законодательной базы Российской Федерации.
Безопасность данного класса объектов является необходимым условием функционирования, стабильности и развития рыночных отношений.
Рынок систем безопасности постоянно развивается и формирует новые возможности и условия конкурентоспособности. Современные системы охраны объектов обязаны создавать условия, позволяющие получать достаточно информации для принятия оперативных решений, рационального использования человеческих ресурсов, обеспечивать возможность предотвращения потенциальных угроз, осуществлять мониторинг объекта.
ГЭС характеризуются большими территориями, протяженными участками «вода-суша», широкими подступами через акватории, тяжелыми метеорологическими условиями, изменением уровня воды в верхнем и нижнем бьефах. В таких условиях охрана традиционными СФЗ значительно затруднена, а зачастую невозможна.
Традиционно охрана периметра обеспечивается за счет использования датчиковых систем, основанных на различных физических принципах. К недостаткам этого класса систем следует отнести малоинформативный интерфейс и работу вслепую. Подобные системы способны с некоторой вероятностью регистрировать факт проникновения на объект, а эффективность подобных систем напрямую зависит от действий сотрудников служб безопасности, направленных на поиск и задержание возможного нарушителя.
«Слепые» системы не предоставляют точную информацию о местоположении, количестве нарушителей, скорости и направлении их передвижения, характере поведения, наличии у них оружия. При таких условиях невозможно оценить потенциальную угрозу, в связи, с чем очевиден риск понести человеческие потери среди группы оперативного реагирования.
Подобные системы малоэффективны для охраны протяженных периметров крупных объектов и не позволяют рационально использовать штат сотрудников служб безопасности. Информация является одним из ценнейших ресурсов. Так и в безопасности: оперативная группа, выполняющая действия по задержанию нарушителя, должна иметь достаточно информации, чтобы максимально эффективно спланировать свои действия и минимизировать возможные потери.
Кроме того, периодическое изменение уровня воды приводит к нестабильной работе датчиковых систем, в результате чего нарушитель может проникнуть на объект, воспользовавшись приливом или отливом.
Так какими СФЗ охранять плотины и территории ГЭС от нарушителей?
Инновационные решения для обеспечения безопасности ГЭС
В настоящее время на рынке систем безопасности представлены интеллектуальные системы, способные не только заменить, но и интегрироваться в ранее установленные на ГЭС системы безопасности, тем самым, расширив их функциональные возможности и повысив эффективность. Так, например, интеграция датчиковых систем с Системами видеонаблюдения с компьютерным зрением позволяет устранить основной недостаток первых – слепоту. В данном случае датчики выполняют роль целеуказателей, а видеоаналитическая система видеонаблюдения служит для подтверждения обнаружения цели, выполняет детальное наблюдение и слежение за ней.
Интеллектуальные системы безопасности самостоятельно (без человеческого вмешательства) анализируют обстановку на объекте, распознают тревожные ситуации, оценивают совокупность событий и предлагают оператору системы возможные варианты решений, при этом все действия оператора фиксируются системой. В случае его бездействия выдается сигнал тревоги. В результате использования таких систем происходит снижение негативного влияния человеческого фактора, а также уменьшается роль человека в процессе обеспечения безопасности. Это исключает возможность сговора оператора с нарушителями. Ведь именно он может оказаться внутренним нарушителем – самым опасным. Внутренний нарушитель, мотивированный материальными и прочими благами, способен пропустить террористов на объект, в результате чего произойдет катастрофа, погибнут люди, уйдут огромные ресурсы и время на локализацию последствий, будет подорвана экономика и репутация государства.
Для охраны ГЭС целесообразно использовать интегрированные системы безопасности (ИСБ), объединяющие в комплекс все СФЗ, обеспечивающие безопасность объекта. При этом, системы, работающие в составе ИСБ, должны функционировать в единой информационной среде, иметь единый интерфейс и одного оператора системы. Такой подход зачастую удается реализовать за счет применения систем безопасности от одного производителя. В составе ИСБ должны функционировать системы видеонаблюдения, позволяющие выполнять мониторинг периметра и территории, внутренних помещений ГЭС, а также отдельных сооружений, системы контроля и управления доступом (предпочтительно с возможностью идентификации по биометрическим признакам и автомобильным номерам для транспортных КПП), радиолокационные средства охраны и другие СФЗ. На рынке систем безопасности представлены подобные системы в виде готовых интегрированных решений.
Как уже говорилось, самым опасным сооружением ГЭС являются их плотины. Как защитить плотину, протяженность которой может достигать несколько километров, в условиях плохой видимости с возможностями подступа через акваторию?
В настоящее время широкое распространение для охраны ГЭС, гидротехнических сооружений и других стратегически важных объектов получили радиолокационные системы (РЛС) охраны периметра и территории, способные обнаруживать цели, передвигающиеся как по суше, так и по воде. Использование РЛС позволяет предупредить несанкционированные проникновения, вести детальное наблюдение за целями, предоставить объективную картину целевой обстановки на объекте и на подступах к нему.
Посредством анализа радиолокационной картины отражений РЛС охраны периметра и территории объектов обнаруживают движущиеся цели, автоматически классифицируют их (человек, группа людей, автомобиль, плавсредство), определяют их координаты, скорость, направление движения и предоставляют эту информацию для анализа оператору системы. Как правило, такие системы имеют очень развитый информативный интерфейс, представленный в виде топографической карты объекта, цели на которой отображаются в виде мнемонических символов. Современные РЛС могут быть исполнены для регионов с холодным климатом. Такие системы способны в круглосуточном режиме выполнять обнаружение в температурном диапазоне от -50°С до +50°С при относительной влажности свыше 90%. Как правило, РЛС имеют вращающуюся антенну, благодаря чему выполняют обнаружение в определяемом настройками системы секторе, или функционируют в полноповоротном режиме (360°).
Такие возможности обеспечивают рациональное использование человеческих ресурсов, позволяют удаленно оценить обстановку на объекте, распознать нарушителей, отследить маршрут их передвижений в пределах зоны обнаружения. Возможность обнаружения нарушителей на подступах к объекту позволяет оперативной группе тщательно спланировать мероприятия, направленные на ликвидацию возможной угрозы.
РЛС являются сетевыми устройствами, работающими по IP протоколу, что позволяет объединить произвольное количество станций в единую систему безопасности объекта с возможностью построения на ее базе централизованных интегрированных систем безопасности посредством интеграции в них произвольного количества средств видеонаблюдения, тепловидения и других.
Использование данных систем оправдано также с экономической стороны, поскольку одна РЛС способна обеспечить охрану периметра и мониторинг территории площадью до 7 км². При этом не требуется больших капитальных вложений на этапе установки системы и запуска ее в эксплуатацию.
ГЭС предполагают присутствие работников, поэтому при выборе РЛС необходимо обратить особое внимание на мощность электромагнитного излучения и на наличие соответствующего Санитарно-Эпидемиологического заключения. Многие РЛС имеют высокий уровень излучения, что может неблагоприятно отразиться на здоровье персонала станции, поэтому использование подобных РЛС в непосредственной близости людей недопустимо.
ГЭС нуждаются в модернизации существующих СФЗ, внедрении новых систем, современных подходах к организации работ сотрудников служб безопасности. Производители разрабатывают и выводят на рынки инновационные системы, такие как РЛС охраны периметра и территории, которые находят широкое применение для охраны ГЭС и других стратегически важных объектов не только в России, но и за рубежом (Израиль, США, Южная Корея, Англия, Казахстан и др.).