《苏联切尔诺贝利核电站事故及其经验教训资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苏联切尔诺贝利核电站事故及其经验教训资料（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 8 卷 198 第 1期 年 2 月 核 N u elear 动力 P o w er 工程 E n g i en e r i n g V o l 5 N o 1 F ebr ura y 1 987 苏联切尔诺贝利核电站事故 及其经验 教训 林诚格 一 卞洪兴 本文是作者参加维也纳一系列国际会议后 写的报告 本报沓综合叙述切尔诺贝利核电 站事故 起因 经过和处理 同时 对这个迄今核电发展史上最为严重的核事故进行了综合分 析 在此基 础上提 出了从中可以吸取的经验教训 这些经验教训包括安全设计准则 安全措施 运行 安 全 安全管理和国际经验反馈与合作等方面 切尔诺贝利 核电站 事故尿因 事故处
2、理 经验教训 一 前 言 切尔诺贝利核电站 位于苏联乌克兰基辅市西北13 0公里处 该电站现有四套PB M K 一 100 0 型 反应 堆机组在运行 另有两套正在建造 每套机组的额定电功 率 为 1 00oMW 热 功 率为 32 0oMW 苏联全 国 现有1 5 套这类PbMK型反应堆机组在运行 PBMK反 应堆是石墨慢化压力管沸水型反 应堆 它 由轻水冷 却 并在垂直 压力管上部沸 腾产生蒸 汽 反 应堆由两个环路 组成 每个环路有84 0根装有燃料的压力管 二个鼓式汽 水 分离器 四台冷 却水泵 及有关设 备 组成 汽水分离器直 接向两台5 0 0MW电功率的汽轮 发电 机供汽 反应
3、堆可以带 负荷装卸燃料 冷 却回路的主要部份分别 封 闭在一些坚 固 的起安全壳作用的 隔室内 这些 隔室 与位于反 应堆下部的抑压水池系统相连 以便在冷 却剂拽漏时能 够 收集和冷瞬蒸汽 但是在反应堆上 部 特别是 压 力管上部装卸燃料的工作 面上没有这类安全设施 在堆芯 燃耗 平衡 时 PBMK反 应堆 具有正 的空泡 反应性系数 但燃料反应 性系数 是负 的 功率 变化 时 总的净反应 性效 应取决于反 应堆功 率水 平 在 满功率运行 时 净效应是 负 的 而在2 0肠满功率以下运行时 净效应是正的 因此 操作规 程规定禁 止在热功率70 0MW 以下运行 否则 会发生 热工水力参数的
4、极 端不稳定性 P BMK反 应堆有21 1根中子 吸收棒 分别用于总的功 率控 制 局部功率 分布调节和 紧 急 保护 紧急 事 故停堆 靠插入所有吸收棒 最 大下插速度为o 4ms 为保证所需功 率分布和负 的净反应 性系 数 运行规程规定运行 时插入堆芯的吸收棒必 须不少于3 0根 1986年11月10收稿 1 9 8 6年4月6 2 日切尔诺贝利核事故发生在四号机 组 截 止那时 苏 联对这种堆型 已有10 0 堆年 的运行经验 切尔诺贝利四号机组也成功地运行了三年 而 且还是PBMK系列中运行 纪录 最 良好 的机组之一 二 事故起 因 和过程 切 尔诺 贝 利核 电站四号机组 计划
5、于1 9 8 6年 4 月2 5日停堆检修 停堆之 前 拟 定在该 机组 8号汽 轮发电机上做一项实验 实验 的目的在于 探讨厂内 外 全断 电情况下 汽轮 发 电机中 断蒸 汽供应 时 利用 转子惰走动 能来满 足该机组本身 电力需求 的可能 性 切 尔诺贝利核 电站 曾经作过类 似 的实验 当时发现 发电机母线 上 的 电压 早在转子惰走 动 能 耗尽之 前 就已下降 这次实验 准备 用特 制的 电机磁场调 节器来解 决这一问题 计 划停堆 前 四号机组一 直在 额定参数状 态下运行 4月2 5 日凌晨1点正 操作 人员 按照 计 划开始降低 反应 堆功率 于1 3点 5分 反应堆热功率降
6、为160 0MW 同时停止该机组的7 号汽轮发电机 1 4 点正 按 实验大纲 要求 为了防止实验 过程中应急堆芯 冷 却系 统动 作 解除了该 系统的备用状态 之后 本应 开始作实验 但 由于应 电网供电要 求 该机组 继 续运行 这样 四号机组在解除了应急 堆芯冷 却 系统 备用状态下运行 违反了操作 规程 于 2 3点10分 再次 降低 反应堆功 率 按 照 大纲 要求 实验是在反应堆热 功率为70 0一 l000MW条件下进行 但是 在根据操作规程解除局部自动 调节系统后 操作人员没有能够 及 时地排除自动调节器测 量部分所 引起 的不平衡状 态 结果 反应堆 热功率降至3 0MW以
7、下 直到4月2 6日凌 晨1点 操作 人员才 成功地 把 反应堆热功 率 稳定在20 0MW 由于反 应 堆 处于 中毒 过程 同时堆 内可利用 的剩余反 应 性量小 未能 实现进一 步提 升反 应 堆 热 功 率 此 时反应堆 热功率显 然低于 大纲 要 求的值 尽管如此 仍决定迸行实验 于1点0 3 分和1点 0 7 分分别 启动 两个环路的一台备用冷 却水 泵 连同一直在运行中的六台主泵 八台冷 却水泵 全部投入运转 由于反 应堆 热功率远低 于计划值 从而引起堆芯和 环路水阻偏低 加 上八 台冷 却水泵全 在运转 通 过反应堆 的冷却剂流量 超过了规定 允许值 这是违反操作规 程的 因
8、为流量 过大 会弓r起 泵的汽穴发生从 而导致振 动和损 坏 通过反应堆的水流量的增加 造成了堆芯 内产蒸 汽量的减少以及汽 水分离器中蒸汽压 力 和水位的下降 操作人 员试图用 手动调 节来维 持汽水分离器 中蒸 汽压力和水位 但未 能达到 目的 在这期间 他们 看到汽水分离器中蒸汽压力下降了 0 5一0 6MP a 水位低于警戒 线 为了避免反应堆停堆 操作人员解除了与这些参数有关的事故保护信号 并于1点1 9分 加 大给水流量 3 0秒后 流量 加大到初 始值的三倍多 从 而成功地抑制住了水位 的下降趋势 水 位 趋于稳定 为了提高水位 继而进 一 步加大给水流量 约1分 钟后 给水流
9、量加大到初 始值的 四倍 当汽水分离器中较冷水进入反应堆堆芯后 产蒸汽量明显下降 堆内容积含汽量减少 导 致负的反应性效应 因而引起自动 调节棒提升 约3 0秒内 自动棒 提升 到上部终端位置 操 作人员 不得不 提 升手动 吸收棒以维持反应 堆在20 0MW功 率下运行 由于不断提升手动棒 堆 芯内控 制反 应性的能 力不 断减少 为了限制汽水分离器中水位 的进一 步上 升 于1点2 1 分5 0秒 开始大幅度减少给 水 流 量 1点2 2 分1 0 秒 较热的水进入堆芯 从而引起堆内蒸汽品质上升 为了补偿蒸汽品质上升 正 2 总2 反应性效应 自动 调节棒开始不 断下 插 直 到1点 2
10、2 分3 0秒 操作 人 员才停止减少给水流量 此时 给水 流量已减 少到比正常值小 1 5倍 这是操作人员疏忽造 成的操作错误 伪了在实验正式开始之前了解堆 内中子场 分布 和反应性安全余量情况 计算机打印输 出堆内功率分布和每 根控制 棒在堆芯中 的位置 操作 人员从反应性快速 计算程序打印结果 看到 堆 内反 应性贮 备已经太少 应立即停堆 按 操 作 规程规 定 至 少应有3 0根 控制棒留在 堆芯 内 但这时仅有6一8根棒留在堆 内 尽管如此 操作人员并没有停堆 而是开始实验 1点2 3 分4秒 该机组的8号汽 轮发电机的紧急截止阀关闭以停止向 汽轮机 供 汽 此 时 两台汽轮发电机
11、都已解列 7号汽轮发电机已在4月2 5日停车 反应 堆理应自动停止 但是 操作人员临时决定解除了该事故保护信号 致使反应 堆继续在约20 0MW热功率下运 行 这 样做的目的在于 如果 第一次 试验失败 的话 有可能再 次重复 试验 但 大纲 中 并没有这 样的要求 这样做再次偏离了实验计划 由于较热的 水进入堆芯 减少汽水分离器给水流量 所致 和通过堆芯 流量减少 停掉了 四台冷 却水泵 使得堆内产蒸汽量增加 反 应性增加引 起自动 调节棒 下插 1点 2 3 分3 1 秒 自动棒已补偿 不 了蒸 汽品质提高 引起的反应性加大 反应堆功率开始 上升 1 点23分4 0秒机 组值班长命令操纵
12、员按AZ 一 5按 钮 心 紧急停堆 用按 钮 停堆 所有吸收棒 和紧急停堆棒开始 下插 但由于 绝大多数吸 收棒处于 最上部位置 不能 立即起到抑制反应堆功率作用 3秒 钟 之 内堆功率 上 升到53 0MW以上 反 应堆功率 上升周 期短于2 0秒 致使超功 率保护和短 周 期 事故停堆信号出现 但这一 切已经不能阻止一场灾难性事故 的出现 堆 内传热条件的恶化 使得堆芯压力管内燃料棒温度急 剧地上升 由于燃料多卜勒效应 和控 制棒的插 入暂 时补偿了 汽泡正反应性效应 堆功率略降 出现了第一个峰值 之 后 燃 料碎化引起汽泡骤然增加 汽泡正反应性效应造 成功率 急剧 上升 堆内压力管内压
13、 力上升 使得逆止阀关闭 主回路流 量 剧减 这进 一步恶 化了堆内状况 事后通过模 拟计算得到 的功率 峰值在 4秒 钟内达 到满功 率 的 1 00倍 据四号机组外工作人 员说 大约在1点2 4分左右 相继听到两声 爆炸声 接着熊 熊大火在破坏了的四号机组反应堆厂房燃起 以下事实已得到确认 第一次爆炸使一些材料抛出 第二次爆炸使燃料和石墨抛出 在反应堆厂房外发 现了石墨砌体碎块 在反应堆厂房外发现了燃料碎片 反应堆厂房严 重破坏 回吊车和 装卸料机倒塌 爆 炸掀起 10 00吨重的反应堆上盖板 所有压力管断裂 链 式反 应 停 止 从以上事实可得出这样的解释 大量 引人反应性使燃料中的能
14、量急剧增加 热燃料迅速 碎化 碎片与周围的冷却水相互作用 产生大量蒸汽 导 致压力上升 过压 和过热使许多燃 料管道及 其上 端部份 断裂 第一次爆炸 中 炸碎的材料抛出 过主使反应堆 上顶盖掀起 此 时 全部燃料管道断裂 控 制棒被举起以及水平管道被剪断 在第一 次爆炸发生后 的2至3秒 后发生 了第二次爆炸 现在还不清楚究竟是氢爆炸还 是第二次功 率暴涨引起爆 炸 大概有 邵帕的石墨块和嫩料管道中的材料被抛出堆外 其中大约3一4肠的燃料以碎片或以1林m至几 十卜m直径的颗粒形式被抛出 两次爆炸发生后 浓 烟烈火 直冲天 空 高达 100 0多m 火花溅落在反应堆厂房 发电机 厂房等建筑物屋
15、顶 引起 屋顶起火 同时 由于油管损坏 电缆短路以及来自反应堆 的强烈热 辐射 引起反应堆厂房内 7号汽轮机房内及其临近区域多处起火 总共有3 0多处大火 1点 f总时3 卜 0 3 分 值 勤消 防人员从 附近城镇 出发赶往事故 现场 经 过消防人员 现场值班 运行和检 修人 员以及附近 五号 六 号机 组施工 人员共同努 力 于5点 左右 大火全部被扑灭 三 事故后的处理 书 去 事故发生后 立即决定 lJ用应急辅 助给水 泵向堆芯空间供水 以便降低反应堆 坑室 内的 温度和 防止石 墨砌体起 火 但是未 能取得效果 损坏的反应堆一 直在 向环境释放大量 的放射性物质 为了把事故限制在辐射
16、源处 决 定 用吸热 物质和 过滤材料整个复盖反应堆 堆本体 从4月2 7日到5月 1 0 氏 其 中主要是 4月28日 到5月2日从军 用飞机上总共投下尽O00 t硼 白云石 砂子 粘土和 铅组 成的混合物 这种混合 物能强吸收气 溶胶微粒 因此 到5月6日放射 性释放不 再成为一个主要问题 已减少到每天 几 百居里 5月底下 降到 每天几十 居里 事故后 由于空气 流经 堆芯不 断带走热 量 堆 内温度趋于稳定 随着堆本体的被复盖 堆 芯温度又趋上 升 为了降低堆丙温度和氧气浓 度 由压 缩机站把液体氮加压 注进反应堆坑 室下 面 的隔 间 到5月6日 堆 内温度停止 升高 并再次建立起稳定的空气对流 堆内温度稳 定下降 为了防止堆 芯底部结构物被熔化的堆芯 毁坏 作为一 种应急措施 决定在反应堆厂房基 础下面建 造人 工排热结构层 采取 的方式是在混凝 土地板上设置一个扁平的热 交换器 这项 工程于6月底完成 全 自5 月底以来 事故现 场状况趋于稳定 短寿命放射性同位素已衰变掉 辐 射状况不断 昨善 反应堆 邻近区域 机房 控制区和防护区辐射剂量 率每小时几伦 进 入大 气的放
