Программа и методика проведения испытаний

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВАРИИ НА ЭНЕРГОБЛОКЕ № 4 ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

Авария на энергоблоке № 4 ЧАЭС - (ЧАЭС-4) - крупнейшая реактивностная авария, произошедшая на мощном энергетическом ядерном реакторе. И несмотря на значительное время, прошедшее после аварии, профессиональный интерес к ней у специалистов не ослабевает (например, [1-6]). "Об этом событии, взволновавшем весь мир, написано много правды, полуправды и неправды. Писать еще, может быть, и нет нужды, если бы не парадокс: ошибочное утверждение некоторых ученых и не ученых о том, что упомянутая авария явилась следствием недостатков в конструкции реактора и что подобное в реакторах другого типа произойти бы не могло, предотвратило возможность широкого общественного движения, направленного против строительства, а, возможно, и эксплуатации атомных электростанций" [7].

С 1986 г. были рассмотрены многочисленные версии причин аварии, в том числе нереактивностные гипотезы, включая геофизические и диверсионные. Однако в действительности принципиальной отличительной особенностью аварии на ЧАЭС-4 было то, что состояние, при котором стал возможен неконтролируемый разгон на мгновенных нейтронах, формировалось постепенно в процессе подготовки и проведения испытаний возможности использования энергии выбега ТГ для электропитания потребителей в системах безопасности при аварии с обесточиванием собственных нужд (СН) энергоблока [8].

Авария началась тогда, когда оперативный персонал попытался поднять мощность непреднамеренно заглушенного реактора, снижая оперативный запас реактивности при извлечении регулирующих стержней до недопустимо низкого значения. Проведение этих испытаний было обусловлено стремлением практического определения времени возможного использования выбега отключенного турбогенератора с нагрузкой СН для продления принудительной циркуляции в контуре охлаждения реактора в режиме аварийного обесточивания АЭС, когда электроснабжение ПЭН - до включения в работу дизель-генератора (ДГ) - могло бы быть продлено до 35 с за счет энергии выбега ТГ [9]. Идея использования кинетической энергии ТГ для продления времени питания СН, нацеленная на повышение надежности и живучести АЭС, начала прорабатываться задолго до аварии (например, [10-14] и др.), однако ее практическое осуществление требует тщательных комплексных исследований.

ИСПЫТАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫБЕГА ТУРБОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПИТАНИЯ СН ПРИ АВАРИЙНОМ ОБЕСТОЧИВАНИИ

Цели испытаний

Целью испытаний, согласно программе, являлась экспериментальная проверка возможности использования кинетической энергии ротора турбогенератора во время его выбега для обеспечения электропитания питательных и главных циркуляционных насосов до запуска аварийных источников электропитания (дизель-генераторов) в случае аварийного обесточивания СН. Такие эксперименты проводились на ЧАЭС в 1982, 1984, 1985 гг., как и в 1986 г, без согласования с Главным конструктором, Генпроектантом и Научным руководителем. Однако существовавшие характеристики системы возбуждения генератора не позволяли удерживать магнитное поле, необходимо длительное время в процессе выбега турбогенератора.

Анализ опубликованных до аварии работ [10-14] показывает, что режим группового выбега ТГ, ГЦН и ПН, имеющих различные маховые массы, механические и электромагнитные постоянные времени, не был в достаточной мере обоснован. Расчетное динамическое обоснование, особенно в части режимной и противоаварийной автоматики, отсутствовало.

Программа и методика проведения испытаний

Программные условия проведения испытаний перед аварией. В 1982 г. соответствующие испытания, проведенные на ЧАЭС-3, показали, что требования по характеристикам электрического тока, вырабатываемого за счет выбега ТГ, в течение заданного времени не выдерживаются и необходима доработка системы регулирования возбуждения генератора. Дополнительные испытания с модернизированным блоком выбега проводились в 1984 г.

Программами 1982 и 1984 гг. предусматривалось подключить к выбегающему ТГ по одному ГЦН с каждой стороны реактора (еще два ГЦН оставались в резерве). Во всех испытаниях 1982 и 1984 гг. из-за неприспособленности управляющей электрической схемы магнитное поле генератора не удерживалось, и питание СН отключалось раньше, чем включался в работу ДГ. В обоих случаях реактор заглушался до начала выбега ТГ. После аналогичных результатов испытаний 1985 г было принято решение о соответствующей доработке управления возбуждением генератора.

При проведении испытаний в 1986 г. были собраны новые электрические схемы, обеспечивающие (при нажатии специальной нештатной кнопки) выдачу всех необходимых сигналов, сопровождающих имитацию проектной аварии с потерей питания СН (так называемая МПА). Так как заглушение реактора не предполагалось, то, чтобы автоматические защиты не препятствовали проведению испытаний, было отключено формирование режима АЗ-5 по аварийному превышению заданной мощности в малом диапазоне (АЗММ), отключено формирование режима АЗ-5 по аварийному увеличению скорости нарастания мощности в пусковом диапазоне (АЗСП), была введена блокировка на формирование аварийного сигнала по отключению одного из ТГ, отключена система ЛАР, предназначенная для автоматического регулирования мощности в энергетическом диапазоне - вместо нее была включена резервная система автоматического регулирования мощности реактора, включающая АР1 с автоматической перекомпенсацией его стержней перемещением стержней ЗАР-АР, не была введена защита по снижению уровня воды в БС.

Для обеспечения нормального охлаждения реактора, независимо от исхода испытаний, часть оборудования (в том числе по два ГЦН на каждую сторону реактора и один ПЭН) включалась на рабочие секции СН, подключенные к выбегающему ТГ, и проводилась блокировка его подключения к резервному питанию (по АВР). Остальное оборудование (включая четыре ГЦН и два ПЭН) запитывалось от неотключаемого внешнего источника (сетевой трансформатор СН).

Согласно программе испытаний в процессе вывода энергоблока на ППР требовалось выполнение следующей последовательности действий:

1. Снижение мощности реактора с номинальной до уровня 700¸1000 МВт тепловых (~ 22¸32 % номинала) и переход на работу с одним ТГ (ТГ-8). На этом уровне мощности должны были выполняться все работы, составлявшие подготовительную часть испытаний (все переключения, подключения, в т.ч. двух резервных ГЦН, сбор схем выдачи сигнала МПА и осциллографирования параметров выбега ТГ).

2. Разгрузка (единственного находящегося в работе) ТГ-8 до уровня СН и отсечение его по пару закрытием СРК (при этом реактор должен был автоматически заглушаться штатной аварийной защитой по отключению последнего, находившегося в работе, ТГ)

Непосредственно перед закрытием СРК должен быть включен шлейфовый осциллограф, затем по команде одновременно должны быть закрыты СРК и нажата кнопка МПА, после чего по осциллографу должен быть начат отсчет времени работы отключенного от реактора ТГ с нагрузками СН (в т.ч. четырех ГЦН и одного ПЭН).

Регламентация мер безопасности при проведении испытаний. Как и в предыдущих случаях, испытания считались чисто электрическими, т.е. как работа, не связанная с ядерной безопасностью, программа не согласовывалась с отделом ядерной безопасности (ОЯБ), и была утверждена главным инженером АЭС 21.04.86. Однако даже в подготовительной части программы были пункты, прямо связанные с безопасностью реактора и требовавшие, по меньшей мере, согласования или участия в испытаниях ОЯБ ЧАЭС:

*п. 2.15 программы: отсечение на время испытаний гидроемкостей САОР ручной запорной арматурой во избежание заброса воды в активную зону при имитации МПА по автоматическому срабатыванию одной из защит реактора;

*п. 2.12 программы: не указан момент подключения двух дополнительных ГЦН, когда начинается работа реактора при восьми включенных ГЦН на малом уровне мощности реактора (~ 22¸32 % номинальной - п. 2.1 программы), что приводит к опасному снижению недогрева воды до температуры насыщения на входе в активную зону и к повышению чувствительности паросодержания в реакторе к изменениям параметров теплоносителя [8].

Такие испытания должны классифицироваться как комплексные испытания энергоблока, а программу их проведения необходимо согласовывать с Генеральным проектировщиком, Главным конструктором, Научным руководителем и соответствующим надзорным органом [8].

Программа была неудовлетворительна в отношении регламентации мер безопасности: в ней не оговаривались граничные характеристики реактора, при которых возможны испытания, не были предусмотрены распоряжения оперативному персоналу по согласованию действий для строгого соблюдения технологического регламента, и, что особенно недопустимо, испытания проводились с отключенными системами безопасности (из которых наиболее важными были автоматические защиты реактора и САОР).

Эти обстоятельства предопределили основные недостатки подготовки регистрации информации при проведении испытаний выбега ТГ: недостаточность набора регистрируемой информации, отсутствие синхронизации данных, регистрируемых разными системами [8].