 | О чернобыльской аварии ( Н.В.Карпан).
(стр. 366 - 391) | |
Глава 7
АНАЛИЗ ЗАФИКСИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИИ. |
| | Анализ информации из ДРЕГ В книге использована информация, зарегистрированная штатными и дополнительными системами регистрации, включая расчеты СЦК «Скала» и данные ДРЕГ. При расчете времени некоторых событий, таких как момент отключения «выбегающих» ГЦН, нажатие внештатной кнопки МПА и т.п., были использованы осциллограммы, записанные 26.04.86 при регистрации работы электротехнического оборудования блока.
В книге учитывалось, что регистрация одних и тех же событий системами и приборами с разными временами обработки сигнала и последующее архивирование информации в СЦК «Скала», с обработкой массивов по программам, имеющим различные приоритеты, привела к тому, что одни и те же события у разных регистраторов оказались «привязаны» к разному времени. Поэтому вначале были выбраны такие события, которые нашли отражение во всех системах регистрации (реперные), потом время наступления этих событий уточнялось по показаниям самого точного регистратора с учетом необходимых поправок. Время всех последующих событий корректировалось в соответствии с поправками, полученными от «реперных» событий.
Анализ осциллограмм В ходе проведения экспериментов по исследованию ТГ-8 В режиме выбега проводилась регистрация электротехнических параметров на двух шлейфовых светолучевых осциллографах Н030А. | |
| | На осциллографе № I с шириной ленты 120 мм регистрировались электрические параметры ТГ- 8. На осциллографе № 2 с шириной ленты 200 мм., располагавшемся в помещении приборных щитов БЩУ, осциллографировались параметры, характеризующие условия работы собственных нужд, подключенных к ТГ-8 и дизельгенераторам.
Анализировались копии подлинных осциллограмм № I и № 2.
На осциллограмме № I фиксировались параметры выбегающего турбогенератора ТГ-8:
- напряжение на статоре;
- ток статора;
- напряжение на роторе;
- ток ротора;
- частота вращения турбогенератора.
На осциллограмме №2 фиксировались следующие параметры:
- напряжение на секции 8РБ;
- ток секции 8РБ;
- напряжение на секции 8РА;
- ток секции 8РА;
- ток двигателя ГЦН-13,подключенного к секции.8РА;
- частота вращения насоса ПЭН-З;
- напряжение на секции 8РНА, подключаемой к дизельгенератору;
- ток секции 8РНА.
В соответствии с программой испытаний ГЦН-13 и 23 были подключены к секции 8РА, а ГЦН-14 и 24 к секции 8РБ.
Для взаимной привязки параметров использовалась временная синхронизация ряда событий, зафиксированных на осциллограммах № I и № 2, что позволяет сделать следующие выводы:
В качестве реперного события, оставившего след во всех системах регистрации параметров, следует рассматривать факт одновременного обесточивания СЦК «СКАЛА» и приборов БЩУ-0, относящихся к потребителям электропитания первой категории. Этот факт дает основание считать, что процесс осциллографирования электрических параметров на осциллографе № 2, расположенном в помещении БЩУ-О был прерван не позднее 01ч 23м 49с (по времени ДРЕГ).
Началом переходного режима в электрических цепях, сопровождаемого возмущением в величине напряжения и тока ротора, следует считать момент отключения секции 8РНА от 8РА. | |
| |
Длительность переходного режима, зафиксированного на осциллограммах № 1 и № 2 до момента остановки осциллографов, составляет 42,5 секунды, а длина лент соответственно 2200 и 2125 мм.
По данным осциллограммы №2, в течение примерно 36с переходного процесса происходило плавное снижение тока, напряжения и частоты на секциях 8РА и 8РБ. Ток снизился до 1160 - 1150А, напряжение и частота уменьшились примерно на 20 % .
Анализ осциллограммы № 2 также показал, что через 36,2 с произошло отключение ГЦН-13, так как потребляемый им ток снизился до нуля.
Среди причин, вызывающих отключение ГЦН собственными защитами (давление в ГСП, ток
двигателей и т.д.), можно предположить, как наиболее вероятную, срабатывание защиты по снижению расхода через ГЦН (уставка 5000 м3/ч).
Следует обратить внимание на поведение частоты вращения ТГ- 8 и соответственно подключенных к нему собственных нужд (ГЦН -13, 14, 23, 24, ПЭН-З). По данным осциллограммы № I имелось плавное снижение частоты вращения ТГ-8, которая к моменту останова осциллографа уменьшилась на 20 % , т.е. частота тока снизилась с 50 до 40 герц.
Аналогично изменяется частота вращения ПЭН-З, запитанного вместе с ГЦН-13 и ГЦН-23 от секции 8РА. Число оборотов ГЦН-1З до момента отключения также синхронно изменялась с частотой выбегающего ТГ- 8 и достигла значения 0,7 от исходной величины. После отключения от секции 8РА частота вращения ГЦН-13 начинает снижаться, и к моменту обесточивания БЩУ-О она становится равной 0,6 от номинальной.
Согласно программе испытаний была смонтирована "кнопка МПА", с помощью которой на секции 8РНА отключалось напряжение от ТГ- 8 и подавалось напряжение от дизельгенератора. Нажатие "кнопки МПА" предусматривалось осуществить одновременно с закрытием СРК ТГ-8. Дискретный сигнал о срабатывании СРК зафиксирован ДРЕГ в 01ч23м04с (сигнал мог появиться в период цикла опроса 01ч 23м 02с – 01ч 23м 04с). Точное время нажатия "кнопки МПА" документально не зафиксировано, т.к. схема кнопки не содержала цепи вывода сигнала в «Скалу». По показаниям оперативного персонала "кнопка МПА" была нажата с некоторой задержкой по отношению к моменту посадки СРК. Поскольку нажатие «кнопки» вызывает отделение 8РА от 8РНА и включение блока выбега, осциллограммы позволяют восстановить это событие | |
| | с высокой точностью, т.к. это произошло за миллисекунды до зафиксированного на них отделения секции 8РНА от 8РА (01.23.6,5). И все же следует отметить, что временной ход процессов в электрических системах не всегда с достаточной степенью определенности позволяет увязать их во времени с технологическими событиями, зафиксированными на других носителях информации, включая ДРЕГ.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что процесс отключения ГЦН начался в 01ч 23м 42с, точнее в интервале между 42-й и 43-й секундами (по ДРЕГ), или на 41 секунде, если ввести поправку с отсчетом времени по телетайпу «Скалы».
Дополнительного анализа требует поведение токов секций 8РБ и 8РНА на последних секундах записи. Нерегулярный характер изменения токов этих секций, особенно их возрастание перед концом записи, могут свидетельствовать о начале процессов заклинивания (подклинивания) электронасосов или о разрушении оборудования энергоблока [29].
Главным показателем подклинивания насосов является увеличение ими потребляемого тока, т.к. при этом двигатель не развивает активную мощность и потребляет из сети реактивный ток, близкий к величине пускового тока. Причинами подклинивания электронасосов в процессе работы чаще всего являются (наблюдались 26.04.86):
- повышенная вибрация;
- резкое изменение температуры теплоносителя [29];
- срывы (опрокидывания) потока; переход в неустойчивый режим, в точку минимального значения электромагнитного момента двигателя;
- пробой корпусной изоляции обмотки статора, приводящий к короткому замыканию и т.п.
Описание графика
«ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БЛОКА № 4 ЧАЭС ВО ВРЕМЯ АВАРИИ 26.04.86».
Обработка исходной информации График построен на основе информации, зарегистрированной штатными системами энергоблока, включая расчеты СЦК «Скала» и данные ДРЕГ. При расчете времени некоторых событий, таких как момент отключения «выбегающих» ГЦН, нажатие внештатной кнопки МПА и т.п. – были использованы осциллограммы, записанные 26.04.86 при регистрации работы электротехнического оборудования блока. | |
| |
Источники информации При обработке информации о мощности реактора до момента нажатия кнопки АЗ-5 (01.23.39) были использованы копии лент приборов СФКРЭ, датчиков БИК и датчиков ЛАР с учетом скорости
лентопротяжного механизма. Значение остальных параметров (ОЗР, расход по КМПЦ, расход питательной воды, давление и уровень в БС и т.д.) были получены из ДРЕГ и расчетов по программе «Призма - аналог». Значения ОЗР для периодов, когда этот параметр не рассчитывался «Призмой» (26 апреля с 0час36 мин), или считался неправильно (25 апреля с 7 до 15 часов), были восстановлены дополнительными расчетами [16].
С момента нажатия кнопки АЗ-5 изменение мощности, ОЗР, температуры топлива в твэле, величина среднего паросодержания в ТК и др. были получены в результате моделирования аварийного процесса на полномасштабном тренажере РБМК [27]. В связи с тем, что физические процессы характеризуются большой скоростью протекания, после 01ч23м39с на графике изображена
только быстрая, так называемая «нейтронная» мощность. Значения остальных параметров взяты из ДРЕГ. Воссоздание параметров 4-го блока ЧАЭС перед аварией Главными из этих параметров являются те, которые характеризуют состояние активной зоны и, в частности, форму нейтронного поля в реакторе. На момент окончания эксперимента «по выбегу» состояние реактора характеризуется сильным ксеноновым отравлением, проявившимся после снижения мощности реактора с 50% Nном. до уровня мощности собственных нужд (200 МВт). Запас реактивности к моменту нажатия кнопки АЗ-5 (8 стержней PP) был взят из [16]. Положение органов регулирования, информация по форме поля энерговыделения на тот же момент были взяты из показаний датчиков системы внутриреакторного контроля СФКРЭ. Кроме того, были использованы данные о выгораниях топлива в каждом канале, полученные расчетом по программе «Призма», входящей в состав эксплуатационного программного обеспечения вычислительного комплекса «Скала». С помощью указанных данных было восстановлено распределение нейтронного потока по высоте в каждом из технологических каналов и получены все нейтронно-физические константы, необходимые для задания начального состояния модели активной зоны реактора.
| |
| | 
График «Основные параметры блока 4 ЧАЭС во время аварии 26.04.86»
| |
| | Воспроизведение действий эксплуатационного персонала Действия оперативного персонала, в целом, были направлены на выполнении программы испытаний выбега турбогенератора. В подготовительной части программы, на уровне мощности реактора 50%, персоналом были проведены все необходимые подключения и переключения на технологическом оборудовании и в схемах электроснабжения, которые были необходимы для организации работ по программе «выбега». Так, например, оборудование собственных нужд и в том числе 4 ГЦН, не участвующих в «выбеге» (ГЦН-11, ГЦН-12, ГЦН-21 и ГЦН-22), было переведено на электропитание от рабочего (внешнего) трансформатора. На турбогенератор ТГ-7, не участвующий в испытаниях, была прекращена подача пара, и он был отключен от энергосистемы. После снижения мощности реактора до уровня 200 МВт (тепловых) в работу были включены еще 2 ГЦН (до этого уже работало 6 насосов). Дальнейшие действия операторов были связаны с попыткой стабилизации уровней в барабанах – сепараторах, и с оптимизацией других теплогидравлических параметров ручным регулированием подачи питательной воды.
На тренажере моделировались только последние 2 минуты процесса испытаний (включая выбег, который длился менее 40 сек) и все последующие события аварии. Первыми из событий были: отключение от энергосистемы единственного находящегося в работе турбогенератора (ТГ- 8) и закрытие его стопорных клапанов от ключа на БЩУ. Этим действием была прекращена подача пара на турбину (ТГ-8), и начался совместный выбег турбогенератора и подключенных к нему четырех ГЦН (по два на каждой половине реактора). На левой половине ими были ГЦН-13 и ГЦН-14, а на правой - ГЦН-23 и ГЦН-24. Последним действием операторов был сброс стержней от кнопки АЗ-5 на БЩУ. Все дальнейшие события протекали без их участия.
Сброс аварийной защиты реактора был произведен в 01.23.39, т.е. через 35 сек после закрытия стопорных клапанов.
Характеристики аварийного процесса
Результаты многочисленных расчетных исследований, проведенных различными авторами на высокоточных моделях, а также тщательный анализ фактических данных, зафиксированных в аварийном процессе системой регистрации технологических параметров энергоблока, дают достаточно определенную картину протекания аварийного процесса. | |
| | 
Рис. IV.10. Распределение плотности потока нейтронов по высоте
реактора после нажатия кнопки АЗ-5 (сброс всех стержней кроме УСП)
а) Началом процесса следует считать ввод стержней СУЗ в активную зону по сигналу сброса аварийной защиты. Все стержни, кроме автоматических регуляторов (АР), конструктивно состоят из двух частей: поглотителя (на основе карбида бора) и вытеснителя (на основе графита). В крайнем верхнем положении стержня РР поглотитель полностью извлечен из активной зоны, и в ней находится вытеснитель воды (рис.9, лев.). Такая конструкция стержней СУЗ уменьшает «паразитное» поглощение нейтронов в активной зоне и увеличивает эффективность стержней. При погружении стержня СУЗ в активную зону из крайнего верхнего положения в верхней части канала СУЗ материал вытеснителя (графит) замещается материалом поглотителя (карбид бора), т.е. в верхнюю часть реактора всегда вносится отрицательная реактивность. | |
| | 
Рис. IV.11. Высотное (7 точек) распределение потока нейтронов
после нажатия кнопки АЗ-5 через 1, 2, 3 и 8 сек.
Одновременно в нижней части (рис. IV.10, сред.) происходит замещение воды на графит, что приводит к внесению положительной реактивности (сечение поглощения тепловых нейтронов у воды в двадцать раз больше, чем у графита). И только после того, как почти весь столб воды под вытеснителем (1,2 м) будет выдавлен, в эту область опускающимся стержнем будет вноситься отрицательная реактивность.
Введение положительной реактивности в нижней части активной зоны продолжается в течение первых трех секунд, но как только нижний край вытеснителя достигнет нижнего края активной зоны, ввод положительной реактивности прекращается (рис. IV.10, прав.). Знак суммарно вводимой реактивности при движении стержня СУЗ зависит от распределения потока нейтронов по высоте активной зоны и наличия в нижней части реактора поглощающих стержней (или полностью погруженных РР, или УСП). Если максимум потока находится в нижней части зоны
| |
| | и рядом нет введенных укороченных стержней-поглотителей (УСП), то суммарно вводимая реактивность при погружении стержня в активную зону может оказаться и положительной, и очень значительной по величине (см. рис.IV.11).
Следует отметить, что при ОЗР равном 15 (и более) стержней РР низ активной зоны практически всегда оказывается перекрыт введенными снизу стержнями УСП, которыми СИУР вынужден пользоваться для выравнивания полей энерговыделения в реакторе. И в такой перекрытой стержнями УСП нижней части реактора опасный «концевой эффект» стержней СУЗ проявляется уже в безопасных пределах.
б) Аварийный процесс в начальной фазе развивался как неконтролируемый. Быстрый рост нейтронного потока в локальной области нижней части активной зоны (с 12-го по 30-й ряд ТК), был вызван вводом в эту область положительной реактивности при массовом выталкивании вытеснителями стержней СУЗ воды (поглотителя нейтронов) из нижней части каналов СУЗ.
Реактор РБМК представляет собой большой реактор, т.е. является как бы совокупностью локальных критических масс, связанных между собой постоянными перетечками нейтронов. Форма распределения нейтронного потока в таком реакторе сильно подвержена влиянию локальных изменений реактивности, т.е. является неустойчивой. В отношении радиальных распределений этот факт хорошо известен из практики эксплуатации, так как радиальное распределение напрямую связано с мощностью каждого из технологических каналов. Что же касается аксиальной неустойчивости, то ее внешнее проявление при обычной эксплуатации и регламентной величине ОЗР не так заметно.
И только при описанном выше одновременном движении вниз всех стержней СУЗ, с вводом отрицательной реактивности в верхнюю часть активной зоны, и положительной - в нижнюю, аксиальная неустойчивость распределения нейтронного потока проявляется в полной мере. При этом высотное распределение плотности нейтронного потока быстро и сильно деформируется со смещением максимума вниз. Это, в свою очередь, еще сильнее увеличивает положительную реактивность, вводимую в нижнюю часть реактора, и уменьшает отрицательную в верхней части, делая сумму вводимых реактивностей положительной. Особенно неустойчива, в указанном смысле, начальная форма аксиального распределения с двумя максимумами ("двугорбое поле"). Именно такую форму имело аксиальное нейтронное распределение на момент аварии. | |
| |
в) В начальной фазе аварии оказывает влияние и отрицательный эффект реактивности по температуре топлива (Доплер - эффект). Кроме того, с какого-то момента стержни СУЗ, дойдя до положения с полным вытеснением столбов воды под вытеснителями, перестают вносить положительную реактивность в нижнюю часть активной зоны.
Суммарное действие всех перечисленных факторов приводит к следующему поведению реактивностии мощности в аварийном процессе:
- в первую секунду движения большой массы стержней СУЗ в верхнюю часть реактора вводится отрицательная реактивность (аксиальное нейтронное распределение в реакторе еще недостаточно деформировано и в верхней части активной зоны еще есть максимум плотности потока нейтронов), что приводит к первоначальному снижению общей мощности реактора;отрицательная реактивность (аксиальное нейтронное распределение в реакторе еще недостаточно деформировано и в верхней части активной зоны еще есть максимум плотности потока нейтронов), что приводит к первоначальному снижению общей мощности реактора;
- затем, после быстрой и значительной деформации высотного поля с уходом максимума плотности потока нейтронов вниз, нейтронный поток, а вместе с ним и энерговыделение в нижней части твэлов начинают сильно возрастать. И сумма вводимых реактивностей (в верхнюю часть, и в нижний «слой» реактора) становится положительной. Реактивность увеличивается до тех пор, пока разогрев топлива не скомпенсирует её рост отрицательным Доплер – эффектом. Мощность, выделяемая в твэл, также достигает максимума с некоторой задержкой по отношению к поведению реактивности, и затем начинает падать. Температура топлива и вместе с ней тепло, передаваемое в теплоноситель, все это время возрастают, но в какой-то момент Доплер-эффект достигает максимума, и далее все рассматриваемые параметры начинают снижаться. Этот процесс изменения мощности полностью затухает, если к нему не подключатся другие эффекты (например, паровой эффект).
Максимальные значения реактивности, мощности энерговыделения, температуры топлива и тепловой мощности передаваемой воде в выше описанном процессе очень сильно зависят от исходного распределения нейтронного потока в активной зоне. Так, изменение формы аксиального распределения всего на несколько процентов, т.е. в пределах погрешности показаний внутризонных датчиков, может изменить максимум энерговыделения в несколько раз.
г) Определяющее влияние на катастрофическое развитие аварийного процесса оказал положительный паровой эффект реактивности. Полный эффект от заполнения технологических каналов паром составлял к 26.04.86 г., по оценке ОЯБ, чуть больше 5 ßэфф. Так как в исходном состоянии, при низком уровне мощности, технологические каналы практически полностью | |
| | заполнены водой (кипение начинается на выходе из канала), то эффект даже от локального вскипания может быть достаточно большим. Положительный эффект реактивности от вскипания теплоносителя начинает проявляться по достижении реактором величины мощности примерно 500 МВт, т.е. задолго до того, как мощность реактора достигает своего номинального значения. Проявление парового эффекта начинается следующим образом. Вначале все параметры изменяются так же, как было описано выше. Но, начиная с определенного момента, даже после того как реактивность прошла максимум и начинает снижаться, тепловая мощность канала, передаваемая в теплоноситель, достигает величины, при которой происходит вскипание воды. С этого момента включается паровой эффект реактивности, и если он превалирует над Доплер-эффектом, то реактивность перестает падать и снова начинает возрастать. Мощность энерговыделения в каналах резко увеличивается, ускоряется рост температуры топлива и теплоносителя. В охлаждающей воде возрастает интенсивность кипения, что в свою очередь опять ускоряет рост положительной реактивности (за счет парового эффекта) и процесс разгоняется, приобретая взрывной характер.
Глава 8
МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО ПРОЦЕССА. В целом результаты моделирования на полномасштабном тренажере совпадают с описанной выше картиной. Моделирование велось вплоть до виртуального разрушения твэл, которое наступает в определенный момент аварийного процесса. В качестве критерия наступления этого момента выбиралось достижение одного из двух пределов: температуры 3000 0К в одном из наиболее напряженных твэлов, или мощность энерговыделения равная 100 номинальным значениям [28].
Процесс неконтролируемого разгона реактора Как следует из предыдущего рассмотрения, процесс разгона реактора для состояния с ОЗР менее 15 стержней РР (как это было во время испытаний 26.04.86) можно разбить на две стадии: сравнительно медленную, обусловленную движением стержней СУЗ и очень быструю, целиком определяемую паровым эффектом реактивности. Весь процесс, вплоть до взрыва и разрушения реактора, на реальном блоке проходил за 8-9 секунд, поэтому понять картину быстрой части разгона мощности только по | |
| | данным регистрации текущих параметров реактора штатными измерительными системами довольно трудно. Иное дело моделирование, дающее возможность рассмотреть все процессы с любой скоростью.
В результате моделирования были получены избыточные данные по всем основным характеристикам аварийного процесса. Ниже приведены главные из них.
Реактивность. С началом движения стержней СУЗ (со скоростью 40 см/сек), на первой секунде вводится отрицательная реактивность, которая достигает значения минус 0,5 ßэфф (1ßэфф = 10 ст. РР). Затем, на 2-й секунде, суммарная реактивность (стержни СУЗ дают отрицательную составляющую, а эффект вытеснителей - положительную составляющую) становится положительной из-за смещения вниз аксиального нейтронного поля, и достигает на 3-й секунде максимума в +0,8 ßэфф. После этого реактивность падает (из-за Доплер - эффекта) до величины +0,2 ßэфф на 7-й секунде процесса. Внесенная реактивность повышает энерговыделение в каналах, вызывает интенсивное вскипание теплоносителя и запаривание активной зоны. Далее подключается паровой эффект и реактивность опять резко возрастает на величину большую чем ßэфф. Начинается быстрый, взрывной разгон мощности реактора на мгновенных нейтронах.
Мощность. Мощность реактора экспоненциально возрастает и расчет прекращается, так как реперные параметры достигают своих критических пределов, выбранных при моделировании (см. рис. IV.12).
Моделирование процесса неконтролируемого разгона показало, что он начался и развивался в нижнем слое третьего квадранта реактора (рис. IV.13), в то время как верхняя часть реактора была уже переведена в подкритическое состояние погружающимися стержнями СУЗ, успевшими за 7 секунд дойти примерно до половины высоты активной зоны. Мощность, выделяемая в твэл (нейтронная). На 2-й сек. после нажатия кнопки АЗ общая мощность (по расчету) вначале падает от исходного значения (230 мвт) на 30%, а затем растет, достигая максимума в 1,3 Nном на 7-й секунде (локально, в нижних двух слоях третьего квадранта активной зоны, удельная мощность превышает допустимое значение в несколько раз). На 8-й сек. средняя мощность снижается до 0,8 Nном, но далее неудержимо растет, превысив на 9-й секунде номинальную мощность реактора в 40 раз. | |
| | 
Рис. IV.12. Моделирование аварийного процесса
по реальным исходным данным. Реактор взрывается. | |
| | 
Рис. IV.13. Энерговыделение в метровых слоях по высоте реактора. Отсчет
начинается сверху (первый слой – 1). Мах энерговыделение отмечено
в слоях № 6 и № 5.
| |
| |
температура топлива . <Резкий рост температуры топлива, вплоть до разрушения тепловыделяющих элементов в результате взрывного процесса нарастания мощности энерговыделения, происходит лишь на 7 и 8-й секундах аварийного процесса. До этого (с момента нажатия кнопки АЗ-5), температура топлива возрастает, в среднем, на 400 °С.
Тепловая мощность реактора. Рост тепловой мощности значительно отстает от изменения «нейтронной» мощности. На 3-й секунде тепловая мощность еще сохраняет исходное значение в 0,06 Nном (200 МВт), но затем начинает расти, достигая к 7-й сек. 0,45 Nном (1440 МВт). А к моменту взрыва (на 9-й сек.) она доходит до 1760 МВт.
Эта мощность, в основном, развивалась в нижней половине реактора, т.к. верхняя его часть в это время была уже переведена в подкритическое состояние погрузившимися на 3,5 м стержнями СУЗ. Плотность теплоносителя. Средняя плотность теплоносителя в технологических каналах активной зоны начинает меняться только на 5-й секунде после АЗ-5 (исходное значение 0,75 г/см3). К концу 6-й секунды она становится равной 0,58 г/см3. Далее скорость ее изменения резко увеличивается (начинается массовое закипание воды в ТК по всей высоте каналов) и на 8-й секунде достигает значения 0,06 г/см3.
Если анализировать состояние теплоносителя по параметру «паросодержание», то перед началом испытаний (мощность реактора 200 МВт, Nэл ТГ-8 = 32,7 МВт; расход по КМПЦ 56800 м3/час, генерация пара на уровне 250 т /час) среднее паросодержание в ТК было близким к 0,5% весовых. А на 8-й секунде (после нажатия кнопки АЗ-5) практически вся вода в каналах превратилась в пар, поскольку среднее паросодержание в ТК превысило значение 90% весовых. Моделирование ситуации с погружением УСП. На полномасштабном тренажере РБМК были дополнительно смоделированы следующие возможные варианты развития событий:
а) введение в реактор стержней УСП снизу, по сигналу срабатывания A3 в 01ч 23м 39с (рис.IV.14).
В этом варианте реактор спокойно глушится без «разгона» мощности. | |
| |
Рис. IV.14. Стержни УСП вводятся в реактор снизу по сигналу АЗ.
Реактор не взрывается.
б) нажатие кнопки A3-5 в состоянии реактора на 01ч 23м 04с, но без проведения эксперимента (см. рис.IV.17). Расчет дает неконтролируемый разгон реактора, приводящий к взрыву. | |
| |
Глава 9
РАЗРУШЕНИЕ РЕАКТОРА И ЭНЕРГОБЛОКА
Аварийный процесс в реакторе и на энергоблоке Кратко повторим хронологию событий:
01 ч 23 мин 30 сек – стержни 1АР дошли вниз до НК, включился АР-2 для компенсации роста мощности реактора.
01 ч 23 мин 39 сек – АЗ-5, стержни шли в зону в течение 9 -10 сек. Внесение отрицательной реактивности величиной минус 5 ст. РР в течение 1-й секунды. Выдавливание максимума Кz вниз [3].
01 ч 23 мин 40–41 сек – внесение положительной реактивности в размере +8 ст. РР движущимися вниз стержнями СУЗ в течение 2-й и 3-й сек. (концевой эффект вытеснителей).
01 ч 23 мин 41 сек – отключение ГЦН - 14, 13, 24, 23 (регистрация сигнала АЗ-1 телетайпом «Скалы» по факту отключения 2-х из 4-х ГЦН в каждой насосной).
01 ч 23 мин 42 сек – появление аварийных сигналов по скорости нарастания мощности реактора и по превышению мощности; начало локального разгона на тепловых нейтронах в 3-м квадранте реактора, с периодом удвоения мощности около 0,8 с.
01 ч 23 мин 44–45 сек –- рост давления в БС, закрытие обратных клапанов на выбегающих ГЦН, возникновение кавитационного режима, проявление мощных гидроударов, вибраций оборудования и конструкций.
01 ч 23 мин 45–46 сек – снижение расходов на «выбегающих» ГЦН до нуля, срыв расходов на «невыбегающих» ГЦН; вскипание теплоносителя в объеме активной зоны, сопровождающееся ростом давления в КМПЦ с открытием БРУ-К и ГПК; закрытие обратных клапанов (ОК) на РГК (на каждой половине реактора 22 ОК). Паровая фаза в ТК пока еще является демпфером для ударных волн [4].
01 ч 23 мин 47 сек и далее – Гидроудары в КМПЦ. В это время, возможно, была разрушена баллонная САОР, в районе отсечной арматуры которой могла проявиться энергия гидроударов (версия А.А. Ядрихинского).
br>Фиксация дискретных сигналов после аварии (ДРЭГ):
01 ч 39 мин 29 сек – появились сигналы - «снижение уровня в аварийном баке СУЗ» и «повышение давления в помещении БС».
| |
| |
01 ч 40 мин 01 сек – появился сигнал - «повышение давления в прочно-плотных боксах (правые, ближе к САОР).
01 ч 40 мин 04 сек – этот сигнал снялся.
01 ч 40 мин 21 сек – снова появился сигнал - «повышение давления в прочно-плотных боксах» (правые, ближе к САОР).
01 ч 40 мин 39 сек – давление в БСправ. упало с 40 до 22 ати, давление БСлев. не регистрировалось.
01 ч 41 мин 36 сек –- уровень БСлев = +750 мм.
01 ч 41 мин 49 сек – снялся сигнал - «повышение давления в прочно-плотных боксах» (правые, ближе к САОР).
01 ч 40 мин 01 сек –- появился сигнал - «снижение давления в напорном коллекторе СУЗ». Начало разрушения реактора В 01 ч 23 мин 46 сек, из-за отсутствия теплосъема с твэл (в результате прекращения циркуляции по КМПЦ) происходит разгерметизация ТВС, разрывы труб ТК, реакции пара с графитом и конструкционными материалами, начало расплавления топлива и разрушения 3-го квадранта активной зоны, рост давления в РП.
В 01 ч 23 мин 47 сек возросшим давлением в РП разрываются нижний и верхний компенсаторы схемы ОР и схемы Е (нижний взрыв). Через подаппаратное помещение и предохранительные клапаны к объему РП подключаются помещения СЛА, БС и ЦЗ. Это временно снижает рост давления в РП, но не прекращает его. Начало разрушения энергоблока 01 ч 23 мин 48 сек – отрыв схемы «Е», разрушение
ЦЗ.
01 ч 23 мин 49 сек – отключение рабочего и резервного трансформаторов, потеря СН блока. Как воспринимались эти события очевидцами? Взрыв, который разрушил 4-й блок, был слышен не всеми и не во всех помещениях станции. Из почти двух десятков объяснительных, которые были написаны дежурным персоналом смены № 5 в день аварии 26.04.86 г., следует [16]:
- персонал станции, находившийся в АБК-2, т.е. вне главного корпуса, отметил вначале | |
| |
срабатывание главных предохранительных клапанов (ГПК), потом «ужасный шум» или гул с треском, сильную вибрацию здания и глухие взрывы, после которых из ЦЗ 4-го блока вылетел сноп светящихся (горящих) обломков разных форм и размеров;
- люди, находившиеся в главном корпусе, вначале отметили продолжительные и сильные
низкочастотные звуки похожие на гидроудары, которые были слышны только в помещениях примыкавших к тепломеханическому и реакторному оборудованию (на БЩУ - 4, в машзале, в помещении ГЦН и т.п.); эти звуки тоже были услышаны не всеми - некоторые ощутили только «шатание» или «дрожание» пола и стен (в помещении КРУ, на «Скале» и т.д.);
- для операторов центрального (реакторного) зала (ЦЗ) блока № 3, смежного с бл.4, все началось с мощнейших ударов и звуков взрывов, после которых в ЦЗ появился пылевой туман, и резко увеличились показания приборов, регистрирующих радиационный фон;
- одновременно с ударами в коридоры и помещения главного корпуса второй очереди АЭС (отм. +9м и выше) практически мгновенно было внесено большое количество пыли (сравнивалась с белым туманом), возможно через кабельные проходки, как отметил один из очевидцев;
- в некоторых помещениях ощутили проникновение воздушной волны, даже при закрытых дверях;
- вслед за этим раздалось два слитых удара, воспринятых как один продолжительный взрыв, за которыми последовал третий сильный удар (взрыв) из верхней точки пространства (верхний взрыв);
- от начала появления сильных вибраций (ударов) до первого взрыва, который воспринимался очевидцами как двойной слитный взрыв в районе расположения активной зоны и ГЦН (нижний взрыв), по показаниям свидетелей прошло от 6 до 8 секунд;
- оценка интервала от двойного удара до третьего - от 1-й до 3-х секунд;
- длительность всего процесса, по их впечатлениям, от 7 до 11 секунд;
- для находившихся вблизи реакторного отделения 4-го блока людей удары были потрясающими; им казалось, что монолитные стены в любой момент могут рухнуть.
Все эти события можно расположить в следующей последовательности:
1) вибрация помещений и оборудования:
2) срабатывание ГПК;
3) первый и второй удары (взрывы), как один слитный;
4) сотрясение зданий и конструкций от первых ударов (взрывов);
5) последний взрыв (вверху). | |
| |
При этом следует учитывать, что персоналу, находившемуся в помещениях нижних отметок главного корпуса, звук работавших ГПК не был слышен. А люди находившиеся в соседних, расположенных на разном удалении от реакторного отделения зданиях, отметили в своих объяснительных ощутимую «тряску» всего пространства одновременно со звуками сброса пара через ГПК.
Рассмотрим подробнее события, соответствующие приведенным выше пунктам:
Пункт 1.
В 01 ч 20 мин 30 сек начался рост мощности реактора (по прибору СФКРЭ). Незначительное по величине (в пределах диапазона регулирования АР), увеличение мощности реактора компенсировалось работой АР-1 до его погружения на НК, потом включился АР-2. К 01 ч 23 мин 39 секмощность реактора выросла на 30 МВт. Это было инициировано проявлением положительного парового эффекта от снижения расхода питательной воды и уменьшения расхода по КМПЦ с 01 ч 23 мин 39 сек, когда четыре ГЦН стали работать от “выбегающего” ТГ- 8. За время с 01 ч 23 мин 04 сек по 01.23.39 расход по КМПЦ уменьшился [16] на 5,8 тыс.м3/ч (с 56800 до 51000 м3/ч).
Вначале процесс шел достаточно плавно, уменьшение расхода происходило со скоростью 180 м3/сек.
В 01 ч 23 мин 39 сек (по телетайпу, а по ДРЕГ в 01 ч 23 мин 40 сек ) зафиксирован сигнал АЗ-5 (по утверждению руководителя испытаний Дятлова А.С., а также из объяснительных записок Метленко Г.П. и Кухаря А.А.- именно в это время НСБ дал команду СИУРу нажать кнопку АЗ-5). Стержни СУЗ пошли в активную зону, в течение первой секунды внося отрицательную реактивность, а затем, в течение 2-х секунд они вносили положительную реактивность, т.к. в этот момент проявился дефект проекта СУЗ, так называемый «эффект вытеснителей». К этому добавилась положительная реактивность от увеличения паросодержания в активной зоне, поскольку расход по КМПЦ после отключения выбегающих ГЦН от шин секций 8РА и 8РБ начал падать почти втрое быстрее. Отключение ГЦН произошло от (вероятнее всего) срабатывания защиты ГЦН по снижению расхода до 5000 м3/ч в промежутке от 01 ч 23 мин 41,3 сек до 01 ч 23 мин 41,9 сек . Срабатывания защиты по минимальному напряжению электродвигателей (0,75 Uн, с задержкой времени срабатывания 0,5-1,5 сек, как это указано в [22]) здесь не было, т.к. напряжение на секциях 8РА и 8РБ (по осциллограмме) было не менее 84% от номинальной величины.). | |
| |
В 01 ч 23 мин 42 сек (зафиксировано ДРЕГ в 01 ч 23 мин 43 сек) появились аварийные сигналы по скорости нарастания мощности реактора и по превышению заданной уставки по величине мощности (цикл ДРЕГ №135Д).
Итак, не позднее 01ч 23м 42с в реакторе начался локальный разгон мощности с периодом удвоения близким к 1 секунде, который внес кардинальные изменения в теплогидравлические параметры КМПЦ , приведшие к грохоту, гулу и вибрации строительных конструкций.
В 01 ч 23 мин 45 секначалось (возможно) закрытие обратных клапанов на выбегающих ГЦН (из-за перераспределения давления в КМПЦ).
В 01 ч 23 мин 46 сек(по ДРЕГ в 01 ч 23 мин 47 сек) было зафиксировано снижение циркуляции воды через выбегающие ГЦН до нуля, и на 35-40% у остальных ГЦН [17]. Это объясняется вскипанием теплоносителя в объеме активной зоны и появлением противодавления со стороны реактора. При этом импульс на закрытие получили обратные клапаны Ду300, стоящие на РГК.
Кроме того, с 01 ч 23 мин 45 сек на шинах секции 8РБ начались колебания нагрузки в диапазоне 217-320 ампер с частотой от 3-х до 10 колебаний в секунду, продолжавшиеся около трех секунд и закончившиеся увеличением тока до 2170 ампер в течение последней секунды перед полным отключением секции в 01 ч 23 мин 49 сек.
С 01 ч 23 мин 46 сек отмечена неустойчивость величины нагрузки на шинах секции 8РНА, содержащей пик (похожий на короткое замыкание) в 01 ч 23 мин 47 сек . Анализ осциллограмм показал, что начиная с 01 ч 23 мин 46 сек на секциях 8РБ и 8РНА нашли отражения события, включавшие короткие замыкания и срывы в работе насосного оборудования, подключенного к этим секциям.
Следует также отметить, что в течение всего периода подключения дизель-генераторов к секции 8РНА (после прохождения «пусковых» участков, характеризующихся значительными превышениями величин пусковых токов) ток на ней (по осциллографу) был на 500-550 ампер больше, чем сумма номинальных токов подключенного к ней оборудования.
Пункт 2.
Срабатывание ГПК начинается с давления в БС равного 75 кгс/см2.
В интервале 01 ч 23 мин 45-46 сек давление в БС на правой и левой сторонах превысило уставки срабатывания ГПК, что привело к открытию всех восьми предохранительных клапанов. Давление в БС на 4 кгс/см2 превысило давление в напорном коллекторе ГЦН, что вызвало закрытие на них
| |
| |
обратных клапанов. В этом же цикле (№137Д) ДРЕГ отметил срабатывание БРУ-К1 и резкое падение расхода теплоносителя в КМПЦ до 18.000 м3/ час (расход на выбегавших ГЦН снизился до 0).
Эти события - комплекс возмущений в работе теплогидравлической части КМПЦ приведших к срабатыванию ГПК, закрытию обратных клапанов на ГЦН и РГК, и к возникновению гидроударов - начали фазу разрушения активной зоны реактора.
Пункт 3.
В 01 ч 23 мин 49 сек (в цикле №138Д) зафиксировано появление сигнала К06L005 = 1, который расшифровывается как превышение давления в реакторном пространстве (РП) свыше 0,15 кгс/см2 (в результате разрыва одной или нескольких канальных труб). Время достижения этой уставки не менее 1,4 сек [31], что задерживает выход аварийного сигнала на то же время. Поэтому разрывы ТК следует отнести к 01 ч 23 мин 47сек (по ДРЕГ), или к 01 ч 23 мин 46 сек, с поправкой на запаздывание ДРЕГ.
Возросшим давлением в РП разрываются нижний и верхний компенсаторы у схемы ОР и схемы Е (версия Чечерова К.П.). Эти события, вполне вероятно и были восприняты очевидцами как первый (нижний), двойной взрыв (см. рис. IV.15 и IV.16).
Пункт 4.
01 ч 23 мин 48 сек –- отрыв схемы «Е», разрушение ЦЗ (по версии Чечерова К.П. верхний взрыв, см. рис.IV.17).
Последний цикл ДРЕГ, который был записан “Скалой”, закончился в 01 ч 23 мин 49 сек. Далее произошло отключение “Скалы”, что можно объяснить обесточиванием секций надежного питания ННА, на которые были подключены потребители первой категории.
Анализ работы телетайпов на СЦК “Скала” [17] также дает время отключения электропитания примерно в 01 ч 23 мин 49 сек.
Отключение электроснабжения в 01ч 23м 49с произошло в результате последнего (верхнего) взрыва, разрушившего реактор и центральный зал 4-го энергоблока и вызвавшего отключение блочного и рабочих трансформаторов защитами от коротких замыканий.
Примечание – автор благодарит Чечерова К.П. за рис. 14, 15, 16, представленные им для этой книги. | |
| |
Рис. IV.15. Первый взрыв (нижний, двойной) 01 ч 23 мин 46 сек. Фаза «A».
| |
| |
Рис. IV.16. Первый взрыв (нижний, двойной) 01 ч 23 мин 47 сек. Фаза «B».
| |
| | <
Рис. IV.17. Второй взрыв (верхний) 01 ч 23 мин 49 сек.
| |
|