Плотина Роксбург — самый ранний из крупных гидроэнергетических проектов в нижней половине Южного острова Новой Зеландии . Она расположена через реку Клута/Мата-Ау , примерно в 160 километрах (99 милях) от Данидина , примерно в 9 километрах (5,6 милях) к северу от города Роксбург . Поселение Lake Roxburgh Village находится недалеко от западного края плотины.
В 1944 году Государственный гидродепартамент подсчитал, что даже с электростанциями, которые в настоящее время строятся, они смогут удовлетворить прогнозируемую нагрузку Южного острова только до 1950 или 1951 года, и что требовалась новая крупная электростанция. Подробные исследования Департамента общественных работ выявили две альтернативы: мыс Блэк Джек на реке Вайтаки (где в конечном итоге будет построена электростанция Бенмор) и ущелье Роксбург на реке Клута. Электростанция в Роксбурге имела то преимущество, что была менее удаленной, требовала меньше геологических исследований, вдвое меньше материалов для той же выработки электроэнергии и лучший климат для проведения строительных работ, что было важным фактором во времена серьезной нехватки рабочей силы и цемента [3]
Исторические записи показали, что долгосрочный поток реки составлял 500 м 3 /с (17 650 куб. футов/с) и что контролируемый поток в 420 м 3 /с (15 000 куб. футов/с) был бы возможен через электростанцию. Проектировщики подсчитали, что при общей эффективности 85% средняя мощность составит 160 МВт, а при годовом коэффициенте мощности 50% станция могла бы выдавать максимальную мощность 320 МВт. [3]
Река Клута питается из озер Хавеа , Вакатипу и Ванака . На реке Каварау у выхода из озера Вакатипу уже существовали контрольные затворы, и было решено контролировать потоки из оставшихся озер. После того, как исследование показало, что почвенные условия в озере Ванака были неподходящими, только озеро Хавеа получило новую контрольную конструкцию. Она была введена в эксплуатацию в 1958 году и состоит из четырех радиальных затворов, размещенных в земляной плотине. Плотина подняла существующий уровень озера и в настоящее время обеспечивает приблизительно 290 ГВт-ч хранения.
В декабре 1947 года лейбористское правительство одобрило планы по строительству гидроэлектростанции на реке Клута. Первоначально планировалось установить только три 40-мегаваттных генератора, а конечная мощность станции должна была составить 320 МВт. Река Клута между Александрой и Роксбургом протекает через глубокое ущелье, что предлагало несколько мест для размещения электростанции. Исследования выявили пять альтернативных схем на участке Плезант-Вэлли и одну схему на участке Тамблин-Орчард. Первоначально предпочтение было отдано участку № 4 в Плезант-Вэлли, примерно в 2,4 километрах (1,5 мили) вверх по течению от Тамблин-Орчард. Однако последующие детальные проектные исследования показали, что Тамблин-Орчард в Коул-Крик, где река выходила из ущелья Роксбург недалеко от города Роксбург, обеспечивал максимально возможный напор и, следовательно, максимальную выработку электроэнергии, лучшие условия нижнего бьефа, наилучший доступ и был бы ближе всего к подходящим местам как для строительства, так и для постоянных поселений.
В марте 1949 года правительство взяло на себя обязательство по строительству в Tamblyn's Orchard, и были подготовлены планы, позволяющие начать работы по отводному каналу в июне 1949 года. [4] В октябре 1949 года по просьбе Министерства работ доктор Джон Л. Сэвидж — бывший главный инженер-конструктор Бюро мелиорации США — посетил место и дал рекомендации по предлагаемым вариантам проектирования. Хотя земляная плотина была более подходящей для более широкого расположения Pleasant Valley, после рассмотрения различных вариантов в октябре 1950 года было решено, что из-за геологии в Tamblyn's Orchard более подходящей будет цельнобетонная гравитационная плотина. [4] Другим соображением было то, что Министерство работ и развития (MOW) имело ограниченный опыт строительства земляных плотин, и единственные его инженеры с необходимым опытом были заняты на электростанции Cobb.
Многие из проектных решений основывались на результатах исследований, проводившихся с 1949 по 1954 год на модели плотины в масштабе 1:80 в Гидравлической лаборатории Департамента научных и промышленных исследований в Грейсфилде, Нижний Хатт.
Первоначально проект был известен как проект Coal Creek , но после консультаций с Географическим советом в 1947 году в качестве названия электростанции было выбрано название Roxburgh. [5]
MOW было правительственным департаментом, ответственным за проектирование и строительство правительственной электростанции в Новой Зеландии. Хотя все еще не было решено, кто будет проектировать и строить плотину и электростанцию, Фриц Лангбейн, главный инженер MOW, предположил, что его организация возьмется за проектирование и, по крайней мере, построит отводной канал. Поэтому он разработал планы по строительству строительной деревни и в июле 1949 года поручил MOW начать работы по выемке отводного канала. Этот канал в конечном итоге должен был быть 2000 футов (610 м) в длину, 100 футов (30 м) в ширину и 70 футов (21 м) в глубину, что потребовало удаления 255 000 куб. ярдов (195 000 м 3 ) материала. [6] [7]
К концу 1950 года на стройке работало 720 рабочих. [8]
Для размещения рабочей силы Министерство труда в 1947 году построило мужской лагерь и кухню на западном берегу реки. В 1950 году началась работа по возведению 100 рабочих коттеджей. В следующем году началось строительство зала YMCA, магазинов, больницы и общежития для медсестер, а также еще 225 коттеджей. В конечном итоге деревня выросла до 724 домов, включая общежитие на 90 мест, начальную школу на 600 детей, кинотеатр, общественный зал, 17 магазинов, три церкви, пожарную бригаду и здание скорой помощи, четыре теннисных корта, бассейн и систему канализации. Кроме того, было четыре мужских лагеря (два на восточном и два на западном берегу), в которых было в общей сложности 1000 хижин. Эти объекты стоили в общей сложности 2 241 925 новозеландских фунтов. [9]
Поскольку сеть Центрального совета по электроснабжению Отаго не могла обеспечить деревню и проект достаточным количеством электроэнергии, правительство построило временную электростанцию, состоящую из двух дизельных генераторов мощностью 1 МВт и одного дизельного генератора мощностью 0,4 МВт, для пополнения запасов.
В мае 1946 года PWD и Новозеландский департамент железных дорог провели совещание, чтобы определить, что потребуется для транспортировки материалов на предполагаемое место электростанции. Основные грузы, связанные с первыми четырьмя генераторными блоками, были следующими: тринадцать генераторных трансформаторов, каждый весом 39,5 тонн (40,1 тонны), длиной 15 футов 6 дюймов (4,72 м), высотой 10 футов 4 дюйма (3,15 м), шириной 8 футов 2 дюйма (2,49 м); двадцать четыре секции статора; каждая весом около 19 тонн (19,3 тонны) брутто, размерами 14 футов 9 дюймов (4,5 м) на 9 футов 1 дюйм (2,77 м) на 6 футов (1,83 м); четыре вала и упорные пластины, каждый весом 33½ тонны (34 тонны) брутто, 20 футов (6,1 м) в длину, 6 футов 6 дюймов (1,98 м) в длину, 7 футов 10 дюймов (2,39 м); четыре рабочих колеса турбины, каждый весом 25 тонн (25,4 тонны), 12 футов 10 дюймов в диаметре, 6 футов 7 дюймов (2 м) в высоту; четыре нижних кронштейна подшипников генератора, каждый весом 20 тонн (20,3 тонны) брутто, 12 футов (3,66 м) в длину, 12 футов в высоту, 6 футов 1 дюйм (1,85 м). [10]
Самый прямой железнодорожный маршрут пролегал через ветку Роксбурга до конечной станции в Роксбурге. Однако эта линия имела некомпенсированный уклон 1 из 41 и пять цепных (100,6 метра) кривых, которые ограничивали нагрузку до 180 тонн на локомотив. [11] Кроме того, четыре туннеля [1], включая туннели в Мануке и Раунд-Хилле на линии, ограничивали физический размер того, что можно было перевозить, что привело к рассмотрению вопроса об их расширении. Это было бы дорого и ограничило бы использование линии во время ее реализации. В качестве альтернативы было проведено исследование по удлинению ветки Тапануи от ее конечной станции в Эдивейле через туннель и некоторые глиняные выемки в Данробин-Хиллз до реки Клута, где она могла бы соединиться с веткой Роксбурга. В конечном итоге было решено, где это возможно, использовать ветку Роксбурга для всех строительных материалов и небольших предметов оборудования. Их перевозили по Главной южной линии в Милтон , где они передавались на ветку Роксбурга, которая доставляла их в Роксбург, а оттуда по дороге на электростанцию. Рассматривался вопрос о продлении линии до строительной площадки, но это не было реализовано из-за сложности прохождения восточного конца существующего подвесного моста Роксбурга. [1] Для улучшения пропускной способности линии были выполнены некоторые сервитуты кривых около Раунд-Хилла. [11]
Поскольку грузоподъемность существующих дорог была ограничена мостами в Хенли (на шоссе 1) и Бомонте (на шоссе 8), было решено, что, поскольку железнодорожная ветка Вайкака не имела ограничивающих туннелей, она будет использоваться для перевозки негабаритных тяжелых предметов, таких как рабочие колеса турбин и кронштейны нижних подшипников. Эти предметы перевозились по Главной южной линии из порта в Блаффе до перекрестка в Макнабе, а затем по ветке Вайкака до ее конечной станции в Вайкаке. Оттуда они перевозились по дороге на электростанцию с использованием специализированного транспортера. [11] Это помогло в переходе с железнодорожного на автомобильный транспорт, на железнодорожной станции Вайкака был возведен 4-полюсный 30-тонный (30,5-тонный) кран. [10] Дорога между Роксбургом и строительной площадкой была модернизирована, и на реке Тевиот на восточной стороне реки Клута был построен второй мост в дополнение к существующему мосту. На строительной площадке в 1949 году был установлен однополосный мост Бейли длиной 220 футов (67 м) и грузоподъемностью 24 тонны (24,4 тонны) для обеспечения доступа через реку. [1]
Древесина, используемая при строительстве электростанции и деревни, была получена с завода Conical Hills Mill в Тапауни и доставлена по ветке Тапануи на главную южную линию, которая обеспечивала связь через ветку Роксбурга с Роксбургом. На пике своей популярности ежедневно по железной дороге перевозилось до 15 000–20 000 футов древесины.
На железнодорожной станции Роксбург PWD возвела силосы для хранения ожидаемых 50 000 тонн цемента в год, которые будут потребляться на пике проекта, а также шестистоечный 60-тонный (61-тонный) подъемный портал [10]. Ожидалось, что поставки насыпного цемента начнутся в середине 1953 года, и к июлю того же года отгружалось от 600 до 1100 тонн в неделю. К июлю 1955 года спрос упал до 800 тонн в неделю, а отгрузка цемента завершилась в ноябре 1956 года. [11] К апрелю 1956 года Милберн поставил 105 000 тонн цемента, и еще 10 000 тонн еще предстояло поставить для завершения проекта.
NZR иногда запускала экскурсионные поезда из Данидина и Крайстчерча. Стоимость комбинированного билета на поезд туда и обратно и автобусный билет на трансфер из Данидина до электростанции составляла 16 шиллингов. [11]
Где это было возможно, оборудование отправлялось по железнодорожной линии Данидин-Роксбург в Роксбург, а оттуда перевозилось по дороге на электростанцию. Например, трансформаторы перевозились по железной дороге из Порт-Чалмерса в Роксбург на 40-тонных вагонах-убежищах, а затем доставлялись на площадку электростанции на 40-тонном танк-транспортере Rogers. [10] Статорные секции и валы следовали по аналогичному маршруту. [10]
Из-за больших туннелей на железнодорожной линии Waikaka Branch рабочие колеса турбин и кронштейны нижних подшипников генераторов перевозились по этой линии. От конечной станции линии в Waikaka они перевозились по дороге на электростанцию с использованием специализированного транспортера.
Министерство труда обнаружило нехватку инженерного и чертежного персонала для выполнения большого объема строительства электростанций, которое правительство обязалось выполнить на Северном и Южном островах. Фриц Лангбейн считал, что при условии привлечения 1000 рабочих из-за рубежа MOW сможет завершить весь проект собственными силами к 1954 году. [12] В мае 1949 года правительство неохотно согласилось с тем, что для выполнения запланированной программы строительства, возможно, придется нанимать иностранных подрядчиков. Это признание привело к получению незапрошенной заявки от британского консорциума, состоящего из подрядчиков по гражданскому строительству Ричарда Костейна, производителей электрооборудования и подрядчика English Electric and Insulated Callender Cables, на проектирование и строительство электростанций в Роксбурге и других новозеландских электростанций. [12] Министерство работ имело сомнения по поводу отсутствия гарантированной даты завершения, трудностей с разделением ответственности, если бы консорциум взял на себя и проектирование, и строительство, потенциальной стоимости, которая была бы выше, чем если бы были объявлены конкурентные торги, и того, что это могло бы дать консорциуму монополию на будущие проекты аналогичного характера. Государственный гидроэнергетический департамент не хотел ограничиваться одним производителем электрооборудования, а также видел в предложении угрозу своему персоналу, занимающемуся строительством линий электропередачи. Принимая во внимание эти опасения и желая избежать использования драгоценных зарубежных фондов, предложение было официально отклонено в сентябре 1949 года министром финансов в правительстве лейбористов. [13]
Тем временем на месте продолжались работы по завершению строительства поселка и созданию отводного канала. Однако прогресс был медленным, и завершение отвода ожидалось только в 1953 году вместо запланированного 1951 года.
В 1949 году новоизбранное национальное правительство, которое идеологически поддерживало частное предпринимательство, назначило Стэна Гусмана и министром работ , и министром Государственного гидроэнергетического департамента. К 1951 году запланированные задержки проекта были достаточно серьезными, чтобы вызвать критику со стороны Управления по электроснабжению. К этому времени, зная о прогнозируемом дефиците энергии и нехватке государственных ресурсов для завершения шести других гидроэнергетических проектов, которые находились в стадии реализации, а также для завершения Роксбурга, Гусман в ответ объявил 25 сентября 1951 года, что будут объявлены тендеры от заинтересованных сторон для выполнения гражданских аспектов проекта. Это потребовало быстрой подготовки тендерной документации и спецификаций неполным штатом правительственных проектировщиков. Участники торгов могли выбрать либо предложение на основе сметы объемов работ, либо назначение «целевой сметы» плюс 4% комиссии. В этом типе контракта правительство покрывало все расходы, а подрядчик получал комиссию в размере 4% от общей стоимости вплоть до целевой сметы. Если стоимость отличалась от сметы, то 25% изменения добавлялось или вычиталось из гонорара. «Оговорка о невозмещении убытков» означала, что если перерасход средств был достаточно большим, подрядчик мог потерять весь свой гонорар, но не понес никаких дальнейших убытков, кроме тех, что связаны с несоблюдением согласованных дат завершения. Было получено восемь тендеров. Три были с фиксированной ценой со сметным расчетом, а остальные были целевыми оценками. Министерство работ подсчитало, что работа будет стоить 10 198 000 фунтов стерлингов, а средняя цена для семи участников торгов составила 10 068 838 фунтов стерлингов. [12] Самая низкая ставка составила 7 4412 419 фунтов стерлингов от компании Holland, Hannen & Cubitts из Англии. Правительство наняло компанию Sir Alexander Gibb & Partners из Лондона для оценки способности участников торгов выполнить работу.
После переговоров с Hannen, Holland & Cubitts из Англии, к которым присоединился SA Conrad Zschokke, была получена пересмотренная заявка, и на ее основе 25 июля 1952 года был заключен контракт с целевой оценкой в £8 289 148 и 4%-ным сбором в размере £331 566. [12] Контракт предусматривал премию в размере £350 000 за досрочное завершение. Был предусмотрен штраф за позднее разделение реки и штраф в размере £1000 за каждый день после июля 1955 года, когда электростанция не была готова к эксплуатации. [14] Целевой датой завершения было 1 июня 1955 года.
К концу августа 1952 года Министерство работ завершило строительство двух канатных дорог, которые должны были использоваться для доставки бетона к месту работ. Для производства бетона на месте Министерство работ приобрело бетонный завод Johnson, который использовался ВМС США при восстановлении Перл-Харбора после японского нападения в 1941 году. Он был введен в эксплуатацию в начале апреля 1953 года. После завершения строительства в Роксбурге завод был перевезен сначала на электростанцию Бенмор, а затем на электростанцию Авимор и плотину Пукаки для смешивания заполнителя для напорных водоводов, водосбросов и других бетонных конструкций.
Консорциум закупил за рубежом 82 инженера, руководителей и административных сотрудников, а также 322 рабочих для проекта и принял на себя гражданские аспекты от Министерства работ 29 сентября 1952 года. [6] К этому моменту Министерство работ завершило строительство отводного канала, и консорциум также принял на себя этих рабочих.
До участия в проекте Roxburgh опыт Hannen, Holland & Cubitts ограничивался коммерческими и жилыми зданиями. Zschokke, имевший опыт в строительстве гидротехнических сооружений, ограничивался только предоставлением инженерных услуг, в то время как персонал Cubitts выполнял все управленческие функции.
К марту 1953 года Министерство труда стало обеспокоено прогрессом, достигнутым консорциумом, и тем, что у его управленческой команды не было опыта строительства гидроэлектростанции, что было подчеркнуто большим объемом предпринятых переделок. Прогрессу не способствовало и то, что правительство распорядилось нанять большое количество иммигрантов, многие из которых имели небольшой опыт строительства и ограниченный английский. В начале 1953 года за счет правительства консорциум вывез 309 рабочих из Великобритании.
К октябрю 1953 года стало ясно, что консорциум не выполнит контрактную дату в июле 1955 года для выработки первой электроэнергии. [15] В попытке улучшить ход работ подрядчик заменил ряд старших сотрудников проекта. Трудовые отношения также ухудшались из-за неопределенности по поводу смены руководства, сокращения рабочих часов до 40 в неделю и влияния перерасхода средств на оплату труда рабочих. В ноябре 200 британских рабочих потребовали либо 70-часовую рабочую неделю, либо билеты обратно в Великобританию.
Поскольку в 1953 году [16] было необходимо ввести нормирование электроэнергии на Южном острове из-за нехватки генерации, правительство решило, что медленный прогресс не может продолжаться, и попросило двух директоров Downer & Co , крупной новозеландской строительной компании, посетить через два дня встречу в летнем коттедже премьер-министра 24 апреля 1954 года. На этой встрече, на которой присутствовали представители консорциума, Арнольд Даунер и Арч Маклин из Downers получили от правительства предложение войти в проект в качестве управляющего партнера с 25%-ной долей. После того, как было потрачено 4 миллиона фунтов стерлингов, существующий контракт был расторгнут, и был согласован график тарифов контракта с переименованной Cubitts Zschokke Downer с запланированной датой завершения в конце 1956 года. [17]
В результате формирования нового консорциума Арнольд Даунер был назначен ответственным за всю деятельность на объекте.
Предварительные работы по отводу реки начались неудачно, когда взрывной заряд, использованный в середине июня для удаления дамбы выше по течению, повредил стальную шпунтовую перемычку ниже по течению. Эта перемычка была построена для того, чтобы вода не переносила какие-либо обломки взрыва из верхней дамбы в шлюзовой канал. В конце концов мусор и дамба были удалены, что позволило беспрепятственно течь по отводному каналу.
Теперь необходимо было перекрыть реку, чтобы вся вода стекала по отводному каналу. Средний расход реки составлял 500 м 3 /с (17 650 куб. футов/с), а к июню он упал до 170 м 3 /с (6 000 куб. футов/с), но к тому времени, когда работы были завершены до такой степени, что была выбрана твердая дата 1 июля для попытки отвода, расход увеличился до 340 м 3 /с (12 000 куб. футов/с). Дополнительные бульдозеры были выделены для попытки, поскольку постоянный расход увеличился до 420 м 3 /с (15 000 куб. футов/с), а затем до 510 м 3 /с (18 000 куб. футов/с). [1] Если бы отвод не удалось завершить до пикового зимнего стока, проект повлек бы за собой задержку от девяти до двенадцати месяцев. [12] Несмотря на исследования, которые показали, что условия были далеки от оптимальных, Арнольд Даунер принял решение продолжать. Используя двенадцать бульдозеров, достаточное количество накопленной земли и камней было перемещено со скоростью 570 м 3 (750 куб. ярдов) в течение двенадцати часов 1 июля 1954 года, чтобы успешно отвести реку в отводной канал. [1] [8]
После изменения русла реки, перемычки были построены выше и ниже плотины, и вода откачивалась между ними. Перемычка вверх по течению потребила 180 000 м 3 (240 000 куб. ярдов) материала, в то время как перемычка вниз по течению потребила 54 000 м 3 (71 000 куб. ярдов) материала. [1]
Ожидалось, что в обнаженном русле реки будет найдено золото, но, несмотря на то, что MOW получило лицензию на добычу и наняло двух опытных золотоискателей, результаты оказались разочаровывающими. [1] После того, как вода отступила, начались работы по выемке фундамента для основного блока плотины. В центральном канале или «глотке» русла реки была обнаружена большая яма, заполненная гравием. [1] Этот глоток глубиной 50 футов (15 м) и шириной от 50 футов до 30 м (100 футов) был выкопан и заполнен смесью пуццоланы (летучей золы) и цемента под плотиной, в то время как под электростанцией использовался бетон Prepakt, поскольку это снизило нагрузку на бетонный завод, который был полностью занят поставкой бетона для блоков плотины.
В июле 1954 года Даунер заменил 20 старших сотрудников подрядчиков, которых он унаследовал, людьми по своему выбору, многие из Morrison–Knudsen Co. Значимым назначением стало назначение AI Smithies, очень опытного инженера-гидростроителя из Morrison-Knudsen, на должность суперинтенданта строительства. С появлением руководства число рабочих удалось сократить с 1107 человек, когда Даунерс принял управление, до 850. Под руководством Даунера темпы строительства возросли, а еженедельная заливка бетона быстро улучшилась. В первую неделю октября 1954 года было залито 5400 куб. ярдов (4100 м 3 ) бетона, а в течение следующей недели этот показатель увеличился до 6700 куб. ярдов (5100 м 3 ). [1]
К маю 1955 года проект уложился в намеченные сроки, и работы на электростанции начались на шесть месяцев раньше запланированного срока. Плотина была построена из бетонных блоков шириной 50 футов (15 м) с щелями шириной 5 футов (1,5 м) между ними, сконструированных в двух профилях, те, которые были связаны с напорными водоводами, имели дополнительную секцию, содержащую водозаборы и экраны, а также нисходящий склон для поддержки напорного водовода, в то время как другой профиль имел более пологий склон и был достаточно широким только наверху, чтобы разместить дорогу через верхнюю часть плотины. В сочетании с размерами блоков использовались различные бетонные смеси и пропускание холодной воды через охлаждающие змеевики для поддержания температуры блока на уровне 10˚C (50˚F) и, таким образом, растрескивания бетона. Трещины могут пропускать воду в тело плотины, что может привести к подъему и нестабильности во время землетрясений. Как только блоки достигли своей окончательной стабильной температуры, щели были заполнены бетоном.
После того, как бетон в блоке стабилизировался, катушки были заполнены раствором. Глубина завесы из раствора низкого давления глубиной 20 футов (6,1 м) была установлена на верхней стороне плотины и простиралась в оба устоя, чтобы улучшить прочность скалы под плотиной и предотвратить утечки. Дренажные отверстия были построены сразу ниже по течению от завесы из раствора, а также под зданием электростанции с 40 манометрами, установленными для регистрации давления на конструкции.
Всего при строительстве плотины и водосброса было использовано 700 000 куб. ярдов (540 000 м 3 ) бетона, израсходовано 600 000 куб. ярдов (460 000 м 3 ). Цемент в основном поставлялся с завода Milburn Lime and Cement Company в Бернсайде (около Данидина) или доставлялся на судне в Порт-Чалмерс. Milburn провела крупное расширение для поставок цемента. Заполнитель получали из реки Клута в Комиссарс-Флэт, а воду брали из реки.
Дочерняя компания Fletcher Holdings, Stevenson & Cook, изготовила и установила напорные водоводы, стальной каркас электростанции и лебедки водосбросных затворов. Прокатные пластины для напорных водоводов были доставлены на грузовиках с их завода в Порт-Чалмерсе на площадку, где рабочие из 80 человек изготовили пластины с помощью автоматических сварочных аппаратов под флюсом в секции в специально построенном цехе, а затем установили их на место. [12] Все сварные швы были просвечены рентгеном во время изготовления и просвечены радиографически после установки, а также испытаны под давлением, за исключением бетонной секции на входе. Stevenson & Cook потеряли деньги по контракту на напорный водовод, что способствовало ликвидации компании в 1959 году. [12] Fletcher Construction выполнила работы по облицовке и кровле электростанции. [12]
Государственный гидроэнергетический департамент взял на себя проектирование, закупку, установку и ввод в эксплуатацию электрооборудования. Тендеры на поставку основного электрооборудования были объявлены в октябре 1949 года, а контракты были заключены в мае 1950 года на сумму 1 000 000 фунтов стерлингов за первые четыре генераторных агрегата.
Государственный гидротехнический департамент обосновался на объекте в июне 1953 года. Доступ для осуществления его деятельности был впервые предоставлен в августе 1954 года, а возведение первого энергоблока началось с забетонирования первого спирального корпуса к марту 1955 года.
В ноябре были обнаружены дефектные соединения в обмотках статора генераторов. К счастью, времени было достаточно, чтобы переделать все соединения, когда с 24 ноября 1955 года в течение 23 рабочих дней вплоть до рождественских каникул члены профсоюза рабочих Новой Зеландии бастовали в поддержку крановщика, члена профсоюза, который отказался опустить груз, перевозимый его краном, когда сирена пошла на перерыв на чай, что, по оценкам подрядчиков, задержало бы начало заполнения озера на два месяца. [18]
Для соединения новой электростанции с основными центрами нагрузки сначала была построена новая линия электропередачи на деревянных столбах 110 кВ длиной 52 мили (83,69 км) до Гора . Затем линейщики приступили к строительству двухцепной воздушной линии электропередачи 110 кВ длиной 89 миль (143,23 км) с использованием решетчатых стальных опор до подстанции Halfway Bush в Данидине, которая была завершена в июле 1955 года и обошлась примерно в 500 000 фунтов стерлингов.
Однако основным соединением была новая одноцепная воздушная линия электропередачи 220 кВ длиной 266 миль (428 км), построенная с использованием решетчатых стальных опор от Роксбурга до новой подстанции в Ислингтоне на окраине Крайстчерча. К 1949 году изыскания для этой линии были в самом разгаре, а к 1951 году были созданы строительные лагеря и заказаны материалы. К 1954 году первый участок линии был завершен, что позволило передавать электроэнергию из Текапо А в Крайстчерч. Второй участок на юге до долины Вайтаки помог улучшить условия снабжения в зимний период. [19] Линия Роксбург-Ислингтон стоила приблизительно 1 000 000 фунтов стерлингов и была завершена к зиме 1956 года.
С отключением электроэнергии по всему Южному острову к июню 1956 года министр работ потребовал от подрядчиков сосредоточить все ресурсы на работе, которая позволит как можно быстрее заполнить озеро. Чтобы поощрить рабочую силу, правительство предложило премию в размере 2 фунтов стерлингов в неделю плюс 1 фунт стерлингов в день, если озеро будет заполнено до 19 августа. [20] В полночь 21 июля 1956 года началось заполнение озера, и уровень озера начал подниматься со средней скоростью 3 фута (0,91 м) в час.
По мере того, как озеро начало заполняться, из дренажных каналов за завесой из цемента в правом устое начал вытекать все больший уровень воды, что указывало на то, что завеса из цемента была неисправна. Расследования пришли к выводу, что необходимо будет провести дополнительную затирку (что заняло около двух недель), прежде чем озеро сможет быть поднято до его окончательного уровня. Было принято решение позволить озеру заполниться не выше гребня водосброса, пока подрядчики начнут бурить и вставлять больше цемента. Тем временем в 12:30 23 июля катер под управлением Кена Харливича и в сопровождении Уиллиса Уэзеролла отправился из Роксбурга в Александрию, совершив первую лодочную прогулку по новому озеру. [21]
К 11:20 утра 23 июля 1956 года озеро заполнилось до гребня водосбросной воды. [22] В связи с отчаянной нехваткой электроэнергии, сказывающейся на Южном острове, немедленно начался ввод в эксплуатацию энергоблока 1 под руководством инженера-электрика Эрика Гордона «Сэнди» Санделина. [21] Срочность означала, что из главного офиса в Веллингтоне присутствовали главный инженер Государственного гидроэнергетического департамента М. Г. «Билл» Латта и главный инженер его электростанции У. А. Сурридж. [21] Также присутствовал будущий суперинтендант станции А. Роуз. [21] Как только инженеры убедились, что машина готова к эксплуатации, в 6 часов вечера она была подключена к национальной сети. Из-за сниженного напора выходная мощность машины была ограничена 30 МВт. К концу следующего дня энергоблок 2 был завершен в эксплуатацию и также был подключен к системе. Это позволило ввести в эксплуатацию линию 220 кВ до Ислингтона, поскольку для обеспечения достаточной реактивной мощности для зарядки большой длины линии требовалось две машины. Третий генераторный блок был введен в эксплуатацию 18 августа 1956 года, а четвертый — 11 декабря 1956 года. Электростанция была официально открыта 3 ноября 1956 года Стэнли Гусманом в присутствии 600 приглашенных гостей и представителей общественности. [8]
Поставка четырёх оставшихся энергоблоков началась в конце 1959 года, при этом энергоблок 5 был введен в эксплуатацию 19 апреля 1961 года, энергоблок 6 — 18 августа 1961 года, энергоблок 7 — 13 марта 1962 года и энергоблок 8 — 1 июня 1962 года. [23]
Ввод в эксплуатацию Роксбурга устранил необходимость в ограничениях электроэнергии на Южном острове и обеспечил избыток электроэнергии на многие годы.
В декабре 1947 года правительство ожидало, что проект будет стоить в общей сложности £11 500 000. К сентябрю 1949 года, когда было выбрано окончательное место и тип плотины, стоимость возросла до £17 000 000.
Контракт на сумму 8 620 074 фунтов стерлингов был заключен с Hannen, Holland & Cubitts совместно с Conrad Zschokke. Это был контракт целевой оценки с «пунктом об отсутствии убытков». В мае 1954 года контракт был пересмотрен, чтобы включить Downer & Co в качестве принципала. Новый контракт был основан на «шкале ставок» на сумму 10 120 000 фунтов стерлингов.
Окончательная общая стоимость проекта составила 24 102 800 фунтов стерлингов, из которых 19 151 700 фунтов стерлингов были потрачены на гражданское строительство, 445 000 фунтов стерлингов на кессоны переборок и строительные работы второго этапа, 4 506 100 фунтов стерлингов на покупку, установку и ввод в эксплуатацию восьми генераторов и наружной распределительной подстанции. [24] В стоимость гражданского строительства было включено 900 000 фунтов стерлингов на бонус за раннее завершение и 35 900 фунтов стерлингов на ускорение программы.
Всего для строительства электростанции Министерством строительства, Государственным департаментом гидроэнергетики и подрядчиками было подготовлено 3500 чертежей.
В декабре 1965 года на блоке 2 вышла из строя катушка генератора, за которой последовала серия дальнейших отказов между 1971 и 1973 годами, в попытке исправить которые обмотки были перепутаны. Статоры блоков 1, 3 и 4 были перемотаны в 1975-1976 годах. [25]
Шлюзовой затвор № 3 в 1996 году и затвор № 2 в 2001 году были модифицированы, чтобы позволить электростанции пропускать увеличенный максимальный проектный паводок в 5700 м 3 /с (200 000 куб. футов/с). Затвор № 1 также был залит бетоном. Для улучшения способности конструкции выдерживать сейсмические явления оригинальная система управления затвором водосброса с тяжелой цепью и противовесом была заменена гидравлической системой, в то время как верхний мост плотины был укреплен, а портальные башни были опущены.
В 1990-х годах системы управления электростанцией были автоматизированы с новыми системами управления и защиты, что позволило обойтись без персонала. Управление электростанцией теперь осуществляется из центра управления на электростанции Клайд.
В 1987 году активы NZED (включая Roxburgh) были переданы Электроэнергетической корпорации Новой Зеландии (ECNZ).
1 апреля 1996 года право собственности на Roxburgh было передано от Electricity Corporation of New Zealand государственному предприятию Contact Energy , которое впоследствии перешло в частную собственность в 1999 году. С отделением Transpower на бывшей автостоянке была построена новая диспетчерская для размещения оборудования Transpower, необходимого для работы передающего оборудования. Первоначальные воздушные выключатели были заменены на выключатели Sprecher & Schuh SF6 в конце 1980-х годов.
Первоначальная конструкция генератора дополняла воздушный поток, создаваемый полюсом вентилятора, потоком воздуха через ротор. Во время заводских приемочных испытаний один генератор был подвергнут тепловому прогону, но для того, чтобы удержать потери на сопротивление воздуха и трение в пределах допустимых 10 процентов сверх гарантированного значения, производитель заблокировал сквозной поток ротора, что уменьшило поток воздуха в генераторе с охладителями в замкнутом контуре до 19,5 м3/с, что составляло около 90 процентов от проектного потока. Эта модификация была применена ко всем генераторам. Ограниченное время, необходимое для ввода в эксплуатацию генерирующих блоков, означало, что не было выполнено никаких тепловых прогонов, которые могли бы выявить влияние этой модификации на температуру обмотки статора. В результате генераторы Roxburgh всегда работали при более высоких температурах, чем большинство других гидрогенераторов в Новой Зеландии. [26]
Традиционная практика летом для управления температурой генератора заключалась в открытии вентиляционных отверстий генератора и использовании модифицированных воздуховодов для выпуска горячего воздуха за пределы здания, а также в открытии главной двери машинного зала и запуске вытяжных вентиляторов, установленных высоко на стене в другом конце машинного зала. [27]
В 1995 году стало очевидно, что становится все труднее поддерживать температуру обмотки статора в пределах номинального рабочего диапазона 65–75 °C при работе на максимальной мощности в летние месяцы с января по апрель. В результате пришлось снизить мощность генераторов с 40 МВт до 35 МВт. Такое снижение мощности ограничило эксплуатационную гибкость станции.
Исследования показали, что перегрев обмоток статора был вызван пробоем изоляции обмоток статора, что привело к снижению теплопередачи от проводников, накоплением пыли и масла на обмотках статора и поверхностях теплообменника, что снизило их теплопередачу, а также устойчиво высокими температурами окружающего воздуха и речной воды в летний период, разделением здания электростанции на отсеки для управления риском пожара, что снизило поток воздуха через здание электростанции, и все это усугублялось неэффективной системой вентиляции генератора. [26]
В 1997 году была введена практика не открывать вентиляционные отверстия летом, поскольку это фактически выводило из строя один из восьми воздухоохладителей генератора.
Изменения, внесенные для решения проблемы перегрева, включали улучшение воздушного потока через силовую установку, частичный возврат к исходной конструкции охлаждения через ротор; изменение способа прохождения воды через охладитель и расстояния между трубчатыми ребрами; изменение конфигурации воздуховода сердечника; и небольшое увеличение охладителей. В результате объем воздуха, циркулирующего внутри агрегата, был увеличен примерно на 28 процентов до 25 м3/с. [25] Также были предприняты шаги для улучшения воздушного потока через силовую установку, как описано ниже.
Начиная с 2002 года на всех энергоблоках была проведена капитальная реконструкция, которая, среди прочего, включала установку новых сердечников и обмоток статора, повторную изоляцию полюсов ротора, восстановление рабочего колеса турбины и направляющих затворов, замену износного кольца на валу турбины, замену воздухоохладителей статора, а также восстановление при необходимости любых механических компонентов. [25]
Когда электростанция принадлежала NZED, она была застрахована самостоятельно. После того, как она была передана государственному предприятию ECNZ в конце 1980-х годов, возникла необходимость в получении коммерческого страхового покрытия. Для получения этой страховки стало необходимым снизить риск пожара на станции. В результате, с середины 1990-х годов ECNZ модернизировала противопожарную защиту на станции, которая для уменьшения распространения дыма или огня включала разделение электростанции на несколько отдельных пожарных зон. Это разделение привело в 1995 году либо к установке одобренных противопожарных преград, либо к замене существующих дверей на огнестойкие двери, либо к установке двухсторонних противопожарных перегородок с огнестойкими дверями. После того, как такой барьер был установлен между полом статора и кабельной галереей на стороне выхода электростанции, все двери были оснащены мощными регулируемыми доводчиками. К сожалению, эта компартментализация ограничила поток воздуха и привела к тому, что летом температура достигала середины 30 °C на полу машинного зала и середины 40 °C на полу генератора, достигая пика около 8 часов вечера [27]
Для улучшения потока воздуха через электростанцию использовались временные клинья, чтобы удерживать противопожарные двери открытыми, но это поставило под угрозу пожарную безопасность. Постоянное решение было реализовано в 1999 году, когда клинья были заменены электромагнитными фиксаторами дверей, которые сочетались с автоматическими доводчиками дверей, которые удерживали дверь открытой, но которые в ответ на пожарную сигнализацию или отключение электроэнергии автоматически закрывали двери. Вентиляция пола генератора была дополнительно улучшена в 2002 году путем установки канального вентилятора для импорта холодного воздуха из дренажной галереи плотины. [27]
В 2012 году оригинальный соединительный трансформатор T10 мощностью 50 МВА 220/110 кВ был заменен на новый блок мощностью 150 МВА, что сняло существенное ограничение на эксплуатацию сети Southland 110 кВ. Это также сняло прежнее ограничение станции на генерацию 110 кВ до 90 МВт и, следовательно, общую мощность станции до 290 МВт.
Электростанция состоит из бетонной гравитационной плотины длиной 1170 футов (360 м), высотой 185 футов (56 м), из которой восемь стальных напорных водоводов подают воду в здание электростанции, содержащее турбины. Напорные водоводы изменяются от 18-футовой квадратной (5,5 м) приемной секции до 18 футов в диаметре, прежде чем сужаются до 15 футов (1,4 м), где они входят в корпус улитки. Три 135-тонных (137-тонных) водосбросных затвора, поставленных Sir William Arrol & Co., расположены на западной (правой) стороне плотины. Проектировщики ожидали 500-летнее наводнение в 3400 м 3 /с (120 000 куб. футов/с). В результате водосброс был спроектирован с пропускной способностью 4200 м 3 /с (150 000 куб. футов/с).
В основании водосброса находились три 80-тонных (81,3 тонны) низкоуровневых шлюзовых затвора, поставленных Stahlbau из Рейнхаузена в Германии, рассчитанных на пропуск 2300 м 3 /с (80 000 куб. футов/с). Во время строительства эти шлюзовые затворы использовались для отвода реки через отводной канал. Верхний участок отводного канала был не облицован и следовал старому естественному руслу реки, прежде чем достиг водосброса и блока шлюзовых затворов, который изогнут на выходе, чтобы направить воду от наружного распределительного устройства. Поверхности были отделаны по высоким стандартам, чтобы обеспечить плавный поток воды при средних и высоких потоках. Один шлюзовой затвор впоследствии был забит бетоном, оставив в эксплуатации только шлюзовые затворы № 2 и № 3.
Надстройка электростанции выполнена из сварного стального каркаса, облицованного сборными бетонными панелями. Два 118-тонных (120-тонных) мостовых крана, изготовленных Sir William Arrol & Co, работают по всей длине электростанции, включая разгрузочный отсек.
Основное генерирующее оборудование располагалось на трех этажах: главный этаж на высоте 306,5 футов (93,4 м), этаж генератора на высоте 297 футов (91 м) и этаж турбины на высоте 287 футов (87 м) с кабельными галереями на стороне нисходящего потока, которые проходят по всей длине здания. Выбор уровня главного этажа определялся размерами турбины и генератора. Однако, поскольку этот уровень ниже максимально возможного уровня затопления, который на момент проектирования оценивался в 315 футов (96 м), электростанция и мастерская были сделаны водонепроницаемыми до этого уровня. В результате окна установлены высоко, а двери находятся на уровне 318 футов (97 м). [3]
Открытая в машинный зал, но приподнятая примерно на три метра над основным этажом в западной части электростанции, находится разгрузочный отсек, под которым находится распределительное устройство 400 В на уровне основного этажа, а под ними — вспомогательные генераторные установки на генераторном этаже. [3]
Самый нижний уровень — дренажная галерея на высоте 257 футов (78 м), которая проходит по всей длине здания электростанции и обеспечивает доступ к отсасывающим трубам. [3]
Трансформаторы генератора расположены на открытом воздухе на платформе над нижним бьефом на высоте 318 футов (97 м).
Каждый водосброс приводит в действие турбину Фрэнсиса, поставляемую Dominion Engineering of Canada. Турбины имеют номинальную скорость 136,4 об/мин с гарантированной максимальной скоростью разгона 252 об/мин. Турбины имеют номинальную мощность 56 000 л. с. при чистом напоре 148 футов (13,7 м), которые потребляют 101,2 м 3 /с (3575 куб. фут/с) воды при полной нагрузке. Рабочие колеса весят 28 тонн и имеют диаметр 12 футов 10 дюймов (1,2 м). Скорость каждой турбины контролируется регулятором, поставляемым Woodward, расположенным на полу генератора. Генераторные установки расположены на расстоянии 50 футов (15 м) друг от друга между центрами. Каждая турбина напрямую подключена к выделенному 44-полюсному синхронному генератору 11 кВ, поставляемому British Thomson-Houston (BTH). Каждый генератор имеет выходную мощность 44,44 МВА при коэффициенте мощности 0,9 и общий вес 362 тонны с ротором весом 185 тонн. Каждый генератор заключен в толстостенный восьмиугольный бетонный корпус, каждый с воздухозаборником, расположенным в каждом верхнем углу. Генераторы охлаждаются воздухом вентиляторами сверху и снизу ротора, циркулирующим воздух, в то время как радиаторы с водяным охлаждением, расположенные в каждом углу ямы генератора, отводят тепло из воздуха. [3]
Выход каждого генерирующего блока подключен к трем однофазным генераторным трансформаторам, половина из которых была поставлена Ferranti , а оставшаяся часть — Canadian General Electric . [1] Все они имели две одинаковые вторичные обмотки, что позволяло настраивать их для обеспечения либо 110 кВ, либо 220 кВ. Генерирующие блоки 1–5 подключены к системе 220 кВ, а блоки 6–8 — к системе 110 кВ. Трансформаторы расположены на платформе над отсасывающей трубой. Каждый трансформатор весит 59 тонн при заполнении маслом. От трансформаторов воздушные провода передавали электроэнергию через отводящий канал на открытое распределительное устройство.
Генерирующие агрегаты были поставлены с гарантированной эффективностью 92,2% при нагрузке турбин в три четверти, 97,36% при нагрузке в три четверти и 97,67% при полной нагрузке с общей эффективностью 89,77% при нагрузке в три четверти. [28]
Системы 110 кВ и 220 кВ были соединены соединительным трансформатором 50 МВА 220/110 кВ, поставленным Brown Boveri. Наружные выключатели 220 кВ и 110 кВ также были поставлены Brown Boveri и были воздушного типа.
Для обеспечения надежного вспомогательного электроснабжения электростанции были установлены два вспомогательных генераторных агрегата под разгрузочным отсеком, которые питались от общего напорного трубопровода диаметром 3 фута (0,27 м) и длиной 243 фута (22,6 м), который шел от вершины плотины. Каждый агрегат имеет горизонтальную турбину Francis мощностью 765 л.с., поставляемую Drees & Co из Западной Германии, которая через маховик приводила в действие генератор мощностью 625 кВА 400 В, поставляемый General Electric. При полной нагрузке каждый агрегат потребляет 0,165 м 3 /с (5,82 куб. фут/с) воды.
Вспомогательные генерирующие установки были модернизированы в 2017 году стоимостью от 2,5 до 3 миллионов новозеландских долларов. [29]
Озеро Роксбург , образовавшееся за плотиной, простирается почти на 30 километров (19 миль) в сторону города Александра .
Эксплуатация электростанции регулируется требованиями шести разрешений на ресурсы, срок действия которых истекает в 2042 году. [30] Они требуют минимального сброса 250 м 3 /с (8800 куб. футов/с) с электростанции. [31]
С вводом в эксплуатацию Роксбурга осадок, который ранее стекал по реке Клута, оказался запертым за плотиной. Регулярные исследования начались в 1961 году для мониторинга этого осадка. К 1979 году средний уровень русла реки ниже моста Александра увеличился на 3,6 метра с момента создания озера в 1956 году. [32] Завершение строительства электростанции Клайд в 1992 году сократило приток осадка из реки Клута, оставив реку Манухерикия в качестве основного источника. Наводнения в 1979, 1987, 1994 и 1995 годах заставили многих жителей Александры оказать давление на владельцев электростанции Роксбурга, чтобы те лучше управляли накоплением осадка. Сильное наводнение в 1999 году вызвало затопление значительной части основного делового района Александры. Это привело к тому, что Contact Energy и правительство выкупили пострадавшие от наводнения объекты недвижимости и сервитуты от наводнений у других, а также построили защитный вал от наводнений. Компания Contact Energy также внедрила программу понижения уровня озера во время паводков в попытке переместить смывные отложения вниз по течению.
В период с 1956 по 1979 год максимальный рабочий уровень озера Роксбург составлял 132,6 м, прежде чем был снижен до 132 м. В декабре 2009 года Contact Energy получила разрешение от регионального совета Отаго вернуться к максимальному рабочему уровню 132,6 м. [2] Это увеличило бы количество электроэнергии, которое могла бы вырабатывать электростанция. Когда в октябре 2009 года было рассмотрено заявление Contact Energy, было получено 14 заявок на заявку, восемь против, пять в поддержку и одно нейтральное. Одобрение повышенного рабочего уровня сопровождалось условиями, гарантирующими, что расход сброса электростанции соответствует естественным потокам паводка. Когда расход достигает 700 м 3 /с (25 000 куб. футов/с), уровень озера Роксбург должен быть снижен до отметки ниже 132 м, либо путем спуска меньшего количества воды на электростанции Клайд, либо путем увеличения расхода через электростанцию Роксбург. Другие условия касались смягчения воздействия на зоны отдыха и пешеходные дорожки, а также протоколов, которым необходимо следовать в случае обнаружения исторических артефактов. [2]
С 2012 года программа отлова и перемещения и перевозки угрей (молодых угрей) вокруг электростанции. Отчет за 2016 год
