Сейсмическая безопасность атомных станций

А.Н. Ананьев, П.С. Казновский,
С.П. Казновский, В.И. Лебедев, Х.Д. Чеченов

СЕЙСМИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ

Москва 2011

Список основных сокращений 
2 

 
 
А64 

УДК 550.34:621.311.25 
ББК 26.2:31.47 
        А64 
Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук В.И. Есьман;  
д-р техн. наук, проф. С.Б. Кравец 
  
Ананьев А. Н. 
Сейсмическая безопасность атомных станций / А. Н. Ананьев, П. С. Казновский, С. П. Казновский, В. И. Лебедев, 
Х. Д. Чеченов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2011. — 230, [2] с : ил.  
ISBN 978-5-7038-3517-3 
Рассмотрена актуальная проблема безопасности атомных станций — защита от воздействия сильных землетрясений. Кроме этого 
затронуты общие вопросы безопасности АЭС. Представлен анализ 
общественного мнения по вопросу развития мировой атомной энергетики, степени ее опасности для населения и окружающей природы. 
Приведен обзор сильных землетрясений последнего столетия и их 
последствий. Рассмотрены вопросы усовершенствования нормативных требований к сейсмостойкости АЭС и их элементов, возможностей и ограничений традиционных расчетных и экспериментальных 
методов исследований сейсмостойкости, методов и средств защиты 
оборудования от воздействия землетрясений. 
Проанализированы все аспекты реализации наиболее перспективного и надежного метода обследования сейсмостойкости ответственного оборудования в реальных условиях монтажа и раскрепления на действующих энергоблоках АЭС с реакторами ВВЭР-440, 
ВВЭР-1000 и РБМК.  
Для специалистов, а также студентов, изучающих дисциплины, 
связанные с атомной энергетикой, динамикой и прочностью, машиностроением. 
 
УДК 550.34:621.311.25 
                                                                               ББК 26.2:31.47 
 
 
                                                                             © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3517-3                                                МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

 
Оглавление 
3 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

2 
Список основных сокращений  ................................................................  5 

Введение  .......................................................................................................  7 

Глава 1. Общая проблема безопасности АЭС  .......................................  14 
1.1. Специфика АЭС в аспекте безопасности людей и охраны 
       окружающей среды  ......................................................................  14 
1.2. Основные пути и средства повышения безопасности АЭС  .....  16 
1.3. Безопасность АЭС и общество ....................................................  23 

Глава 2. Землетрясения как одно из опаснейших экстремальных 
           природных явлений ....................................................................  34 
2.1. Проблема устойчивости АЭС  к внешним воздействиям ..........  34 
2.2. Экстремальные природные явления  и степень их угрозы  
       для жизни людей, результатов их деятельности и окружа- 
       ющей среды  ..................................................................................  35 
2.3. Исторический обзор  сильных землетрясений  ..........................  39 

Глава 3. Общие принципы обеспечения сейсмической безопас- 
           ности АЭС  ....................................................................................  51 
3.1. Основные положения  ...................................................................  51 
3.2. Исходные данные по сейсмическим воздействиям ...................  52 
3.3. Сейсмостойкость строительных сооружений и конструкций ...  71 
3.4. Сейсмостойкость ответственных за безопасность техноло- 
       гических систем  и оборудования  ...............................................  74 

Глава 4. Нормативное и методологическое обеспечение решения  
           проблемы  сейсмостойкости оборудования АЭС  ..................  76 
4.1. Нормативные требования и их усовершенствование ................  76 
4.2. Расчетные методы проверки сейсмостойкости оборудования  ...  92 
4.3. Традиционные экспериментальные методы  ..............................  98 
4.4. Специальные методы защиты оборудования АЭС от сейс- 
       мических воздействий  ................................................................. 104 

Оглавление 

 

4 

Глава 5. Основные результаты расчетно-экспериментальной  
            проверки  и обеспечения сейсмостойкости оборудова- 
            ния непосредственно  на пусковых и действующих  
            блоках АЭС  ................................................................................. 117 
5.1. Расчетно-экспериментальный метод проверки сейсмостой- 
       кости оборудования непосредственно на АЭС  ......................... 117 
5.2. Обзор выполненных обследований на пусковых и действу- 
       ющих блоках  ................................................................................. 132 
5.3. Экспериментальное исследование декрементов колебаний  
       оборудования в реальных условиях его монтажа, раскреп- 
       ления и обвязки на АЭС  .............................................................. 152 
5.4. Экспериментальное исследование собственных форм коле- 
       баний  ............................................................................................. 166 
5.5. Систематизация и обобщение результатов обследований  
       сейсмостокости оборудования непосредственно на пуско- 
       вых и действующих энергоблоках АЭС  .................................... 171 
Глава 6. Перспективы развития работ по повышению сейсми- 
           ческой безопасности АЭС  и других промышленных 
           объектов  повышенной ответственности  ............................... 197 
6.1. Перспективные экспериментальные методы проверки сейс- 
       мостойкости  технологических систем и оборудования  ........... 197 
6.2. Первоочередные практические задачи в области повыше- 
       ния сейсмической безопасности ответственных промыш- 
       ленных объектов  и надежности систем жизнеобеспечения  
       при сильных землетрясениях  ...................................................... 208 
Вынужденный постскриптум  .................................................................. 212 
Литература  .................................................................................................. 216 
 
 

Список основных сокращений 
5 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

АС 
— аварийная ситуация 
АСТ 
— атомная станция теплоснабжения 
АТЭЦ 
— атомная теплоэлектроцентраль 
АЭС  
— атомная электростанция 
ВВЭР  
— водо-водяной энергетический реактор (водоохлаж- 
                            даемый реактор под давлением с водяным замед- 
                            лителем) 
ВНИИАМ  — Всероссийский научно-исследовательский и про- 
                            ектно-конструкторский институт атомного энер- 
                            гетического машиностроения 
ВНИИАЭС  — Всероссийский научно-исследовательский инс- 
                            титут эксплуатации АЭС 
ГА  
— гидравлический амортизатор 
ГЗЗ  
— главная запорная задвижка  
ГКАЭ 
— Государственный комитет по атомной энергии 
                             (СССР) 
ГЦН  
— главный циркуляционный насос  
ГЭС 
— гидроэлектростанция 
ДГС  
— дизель-генераторная станция 
ИАЭ 
— институт атомной энергии (им. Курчатова) 
КБГУ 
— Кабардино-Балкарский государственный универ- 
                            ситет 
ЛСМ  
— линейно-спектральный метод  
МА  
— механический амортизатор 
МАГАТЭ   — Международное агентство по атомной энергии 
                            (IAEA) 
МДА  
 — метод динамического анализа 
МИСиС 
 — Московский институт стали и сплавов (техничес- 
                            кий университет) 
МО АЭП 
 — Московское отделение института Атомэнергопроект 

Список основных сокращений 

 

6 

МРЗ  
 — максимальное расчетное землетрясение (гипоте- 
                            тическое землетрясение максимально возможной  
                            интенсивности) 
НИАЭП 
 — Нижегородский институт Атомэнергопроект 
НИР 
 — научно-иследовательские работы 
ННУЭ 
 — нарушение нормальных условий эксплуатации 
НТЦЯРБ 
 — научно-технический центр ядерной и радиационной  
                            безопасности Ростехнадзора 
НУЭ 
 — нормальные условия эксплуатации 
НТД  
 — нормативный технический документ 
ОИАЭ  
 — объект использования атомной энергии 
ОПБ 
 — общие положения безопасности 
ПЗ  
 — проектное землетрясение (ожидаемое за срок экс- 
                            плуатации АЭС землетрясение, соответствующее  
                            установленной сейсмичности площадки АЭС) 
ПНР 
 — пусконаладочные работы 
ППР 
 — планово-предупредительный ремонт 
РАН  
 — Российская академия наук 
РБМК  
 — реактор большой мощности канальный (уран-гра- 
                            фитовый реактор канального типа, охлаждаемый  
                            кипящей водой) 
РУ 
 — реакторная установка 
САОЗ  
 — система аварийного охлаждения активной зоны  
                            реактора 
СВО  
 — система водоочистки (водоподготовки) реактор- 
                            ной установки 
СГО  
 — система газоочистки 
СМОД  
 — спектральный метод определения декрементов  
                            колебаний 
СТЗ 
 — Сызранский турбостроительный завод 
СУЗ  
 — система управления и защиты  
ТЭС 
 — тепловая электростанция 
УОБ  
 — углубленная оценка безопасности 
ЧАЭС 
 — Чернобыльская АЭС 
ФЭИ 
 — Физико-энергетический институт 
ЭТО  
 — электротехническое оборудование 
ЯОР  
 — Ядерное общество России 
ЯРБ  
 — ядерная и радиационная безопасность 

Введение 
7 

Как это ни парадоксально, в наше время бурного развития научных знаний и поразительных успехов техники опасность землетрясений становится все 
более серьезным тормозом. Причиной тому является 
быстрое освоение сейсмически активных районов, а 
также усложнение инженерных сооружений. 
Сейсмология мало что сделала для уменьшения вреда, приносимого землетрясениями. 
 
Академик М.А. Садовский, 1967 г. 

ВВЕДЕНИЕ 

Пуском в 1954 г. первой в мире атомной электростанции 
(АЭС) в Обнинске началась новая эпоха в обеспечении потребностей человечества электроэнергией. В настоящее время АЭС действуют и строятся в десятках стран мира и в ряде из них занимают 
заметное место в балансе выработки электроэнергии. 
Ограниченность мировых запасов нефти и газа (по крайней 
мере технически доступных и экономически оправданных для добычи), транспортные проблемы, связанные с использованием каменного угля, в лучшем случае весьма далекие по времени перспективы решения технических проблем по обеспечению практического использования термоядерной энергии, а также крайне 
ограниченные по масштабам возможности использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, приливной) привели к полной очевидности того, что в обозримом будущем, как это убедительно показано в фундаментальных публикациях академика В.И. Субботина [124, 125], реальной 
альтернативы атомной энергии в общем развитии мировой энергетики у человечества нет. 
Интенсивное развитие мировой атомной энергетики за прошедшие немногим более 50 лет с ее зарождения охватило свыше 
30 стран. По состоянию на начало 2004 г. в мире действовал 
441 ядерный энергоблок с установленной электрической мощностью более 367 тыс. МВт, 25 энергоблоков были заявлены как 

Введение 

 

8 

строящиеся. В 2004 г. в мире на АЭС выработано 2 696 млрд кВтч 
электроэнергии, шесть новых блоков общей мощностью 5 895 
МВт (электрической) были подключены к национальным сетям (в 
том числе блок № 3 Калининской АЭС мощностью 1000 МВт (электрической), один блок (Канадский Brus-A мощностью 750 МВт) 
вновь подключен к сети после длительной остановки в 1998 г. В то 
же время в 2004 г. в Литве был закрыт блок № 1 Игналинской АЭС 
мощностью 1500 МВт (электрической). 
По доле ядерной энергии в общей национальной выработке 
электроэнергии до конца 2004 г. было два явных лидера — Франция и Литва (более 75 %). После закрытия одного из двух блоков 
Игналинской АЭС в 2009 г. этот показатель в Литве снизился до 
65 %. Далее шли Бельгия и Словакия (около 56 %), Украина 
(53 %), Швеция, Республика Корея, Швейцария, Болгария, Венгрия и Армения (40…50 %), причем в Армении этот показатель 
обеспечивался лишь одним из двух энергоблоков ВВЭР-440, введенным в 1995 г. после шестилетнего простоя, вызванного эмоциональным решением остановить Армянскую АЭС после сильного землетрясения в Спитаке. 
Ряд стран имеют долевой показатель от 20 до 35 % (Япония, 
Великобритания, Словения, Германия, Тайвань, Финляндия). В 
США, располагающих наибольшим в мире количеством действующих энергоблоков АЭС (почти 150), ядерная доля составляет 
около 20 %. Близкие к США долевые показатели имеет Канада. 
В России, несмотря на преимущество перед всеми высокоразвитыми странами по запасам нефти и газа и достаточно высокий потенциал гидроэнергетических источников, доля ядерного электричества также весьма ощутима (более 16 %), причем в европейской 
части эта доля близка к 30 %, а в энергетике Северо-Западного региона и более того. Выработка в 2004 г. на АЭС России электроэнергии (143 млрд кВтч) и производство тепловой энергии 
(3,1 млн Гкал) обеспечили экономию (замещение) более 40 млрд м3 
природного газа (30 % потребления газа в электроэнергетике). При 
этом следует учесть, что средние тарифы на электроэнергию на 
оптовом рынке в нашей стране для АЭС вдвое ниже, чем для ТЭС. 
В связи с отмеченными факторами руководством страны принято 
решение о существенном увеличении мощностей АЭС (практически вдвое) в самом ближайшем будущем. 

  
 Введение 
9 

 

Следует отметить, что отношение государственных структур 
к атомной энергетике в разных странах различно, вплоть до кардинально противоположного. Если в большинстве стран, освоивших промышленное использование атомной энергии, отношение к перспективам развития этой современной отрасли колеблется от позитивного до лояльного, то в отдельных странах, 
относящихся в числу высокоразвитых, атомная энергетика, вопреки логике и реальной ситуации с запасами энергоисточников, экономикой и экологией, попала под запрет. Первой такой страной 
стала Италия, которая, обладая четырьмя энергоблоками с долевым вкладом в электровыработку около 5%, в 1988 г. пошла на 
полную ликвидацию национальной атомной энергетики. Как уже 
отмечалось, Литва, ставшая после распада СССР суверенным лидером по долевому вкладу атомной энергетики в выработку электроэнергии, тем не менее приняла решение о полном закрытии 
Игналинской АЭС (уникальной в мире!). 
После нескольких лет дискуссий и размышлений правительство ФРГ, занимающей в настоящее время одну из ведущих мировых 
позиций в области освоения и развития атомной энергетики, пришло к решению о прекращении в обозримые годы эксплуатации 
всех действующих в стране АЭС. Самое удивительное, что это 
решение принимается в стране, чьи энергоблоки с 1980-х годов 
доминируют в мире по средним коэффициентам использования 
установленной мощности, в единственной кроме СССР стране, 
построившей и в течение 10 лет успешно использовавшей в коммерческих целях гражданское морское судно с ядерной силовой 
установкой, в стране, построившей за рубежом многочисленные 
АЭС, в том числе в Нидерландах, Швейцарии, Аргентине, Бразилии, Австрии (австрийская станция «Цвентендорф» не была введена в эксплуатацию вследствие неблагоприятного результата специально проведенного референдума). 
В целом же мировая атомная энергетика продолжает с переменными темпами развиваться и расширять свою географию, что 
дает уверенность в успешном преодолении опасности мирового 
кризиса в электроэнергетике вследствие неизбежного и довольно 
скорого истощения традиционных природных энергоресурсов и в 
постепенном улучшении экологии. В последнее десятилетие активное включение Китая, Индии и Ирана в создание национальной 
атомной энергетики, а также планирование сооружения АЭС в ря

Введение 

 

10

де других стран, в том числе в странах СНГ, свидетельствует о неуклонном расширении списка государств, сознающих безальтернативность атомной энергетики в обеспечении возрастающих потребностей в электроэнергии. 
Динамичное развитие мировой атомной энергетики обусловило резкое расширение географии размещения АЭС и рост их концентрации в густонаселенных регионах, в непосредственной близости от крупных промышленных, административных и культурных центров. Как следствие, это привело к значительному 
повышению внимания и требований к безопасности АЭС, надежности всех их систем и элементов, ответственных за обеспечение 
радиационной и ядерной безопасности [10, 17, 18, 82, 83, 86, 91]. 
Изначально повышенные требования, предъявляемые к безопасности атомных станций, регулярно ужесточаются, особенно 
после каждой крупной аварии на отдельных АЭС. К числу серьезных происшествий на АЭС можно отнести события на АЭС Calder 
Hall в Англии (теперь уже в далеком прошлом) и более позднюю и 
существенно более тяжелую аварию на АЭС Three Miles Island в 
США в 1979 г. 
Безусловно, к наиболее глобальному пересмотру концепции 
безопасности АЭС привела катастрофа на ЧАЭС в 1986 г. Эта тяжелейшая из всех происшедших на АЭС авария обусловила одно 
крайне неприятное последствие — она подорвала доверие широких слоев населения к атомной энергетике, и не только в нашей 
стране. В результате развитие атомной энергетики в ряде высокоразвитых стран Европы вовсе прекратилось. Как уже отмечалось, 
альтернативы атомной энергетике у человечества пока что нет и в 
обозримом будущем не предвидится. Это неукоснительно требует 
реабилитации атомной энергетики в глазах мирового сообщества и 
начала нового этапа ее интенсивного развития. При этом отпущенные на это сроки крайне ограничены — всего лишь несколько 
десятилетий. Что является абсолютно обязательным — это максимальное обеспечение ядерной и радиационной безопасности АЭС, 
и не только вновь проектируемых и строящихся, но не в меньшей 
(и даже в большей) степени действующих, особенно приближающихся к выработке проектных сроков эксплуатации и достигших 
этих сроков, поскольку такие станции и их блоки разрабатывались 
по устаревшим нормативным требованиям, их ответственные за 
безопасность сооружения и оборудование подвергались длитель