Brevet FR2083445A1 — publié le 19711217

i 2083445 Le fonctionnement normal des. centrales nucléaires équipées de réacteurs à eau pressurisée est assuré par des régulations appropriées. Ces régulations dè'fonctionnement portent, pour le réacteur, essentiellement sur la température du réfrigérant et la position de la batterie de barres de contrôle, c'est-à-dire sur la position desdites barres et l'addition ou la suppression de bore, et, pour la turbine, sur la puissance de l'alternateur par la manoeuvre des vannes de ladite turbine. Ces dispositifs de régulation surmontent aussi de faibles perturbations de fonctionnement. Quant aux fortes perturbations, le système supplémentaire de protection les discerne suffisamment tôt pour éviter par des mesures immédiates tous dégâts éventuels. Ledit système englobe la protection du réacteur et celle du turbo-alternateur ; il faut en général arrêter l'un et l'autre en ca:s de forte perturbation. Mais le déclenchement involontaire d'un poste de dérivation, d'où l'échappement direct de la vapeur au condenseur, une panne de réchauffeur, un prélèvement de vapeur d'appoint ou quelque autre imprévu analogue peuvent aussi provoquer des perturbations d'importance moyenne qui ne sont pas décelées ou ne sont justement plus maîtrisables par la régulation de fonctionnement normale et ne justifient pourtant pas un arrêt du réacteur. L'invention a précisément pour objet me régulation à valeurs limites dont la réponse déclenche des mesures additionnelles favorisant l'action des régulations de --fonctionnement et diminuant de ce fait le nombre des arrêts brusques. Cette régulation à valeurs limites est caractérisée par le fait qu'elle comporte d'une part une limitation de puissance du réacteur, laquelle agit sur la position de barres de contrôle avec des valeurs de réponse comprises entre les zones d'action des régulations de fonctionnement et les valeurs de réponse du système de protection, d'autre part une régulation de pression, minimale de la vapeur fraîche, laquelle régulation coopère avec ladite limitation et agit sur les vannes d'entrée de la turbine. Ainsi la régulation à valeurs limites réagit-elle par exemple à une distance déterminée au-dessus de la zone couverte par la régulation de fonctionnement normale, mais avant le déclenchement du système de protection. S'il 71 08975 2 2083445 intervient une perturbation qui exigé un accroissement de la puissance du réacteur et qui^avec le système de protection tel qu'il était utilisé auparavant, aurait déclenché en se prolongeant un arrêt brusque du réacteur, ladite régulation doit limiter cet accroissement de puissance par l'enfoncement immédiat de barres de contrôle et diminuer ensuite la puissance dans une mesure- telle qu'il puisse être mis fin à la perturbation. La limitation de la puissance du réacteur peut agir en fonction de la mesure du flux neutronique, effectuée soit à l'intérieur du réacteur, en plusieurs points ou en valeur moyenne, ssoit à l'extérieur. Suivant une autre possibilité, la limitation de la puissance du réacteur agit en fonction de la mesure de l'écart par rapport à 1'ébullition, mesure effectuée elle aussi suivant des critères intégraux ou locaux. La régulation de pression minimale coopérant avec la limitation de la puissance du réacteur est établie de manière à émettre un signal de fermeture vers les vannes d'entrée de la turbine lorsque la pression de la vapeur fraîche tombe au-dessous d'une valeur limite prédéterminée; L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est un schéma de principe des régulations de fonctionnement et des régulations à valeur limite ;• la figure 2 est un schéma d'échelonnement des différents systèmes de régulation et de protection ; la figure 5 est un diagramme de variation de la puissance du réacteur et de l'alternateur sous l'action des régulations à valeur limite. La figure 1 représente les diverses régulations d'ensemble de,.la centrale nucléaire. Le circuit nucléaire se compose essentiellement du réacteur E et de la partie primaire du générateur de vapeur D, le circuit à vapeur de la partie secondaire de ce même générateur D, de la turbine T accouplée à l'alternateur A et du condenseur K, 71 08975 3 2083445 d'où l'eau d'alimentation fait retour au générateur de vapeur D. Les régulations de fonctionnement consistent en la régulation de puissance LR de l'alternateur et la 5 régulation de température KMTR du réfrigérant. La régulation de puissance de l'alternateur établit la puissance délivrée par l'ensemble de la centrale en agissant sur les organes de manoeuvre hydraulique VR des vannes d'entrée de la-turbine. La puissance du réacteur suit la puissance de l'alternateur avec 10 le retard dû au circuit de réfrigération. Dans le cas des réacteurs à eau pressurisée, il n'est pas nécessaire à cet effet de détecter et régler la puissance même du réacteur. La grande capacité d'accumulation de chaleur du circuit de réfrigération fait qu'il y a au contraire avantage à régler constamment à une 15 valeur moyenne la température du réfrigérant du réacteur indépendamment de la charge : à quoi répond la régulation de température KMTR du réfrigérant, laquelle agit sur les barres de contrôle du réacteur par l'intermédiaire de leur commande StR Ces dispositifs régulateurs permettent es-20 sentiellement d'effectuer sans valeurs dangereuses pour l'installation toutes les variations de charge garanties, en dehors du délestage brusque. Afin de pouvoir cependant surmonter aussi, sans fvoir à arrêter le réacteur, des perturbations telles qu'une défection des régulations de fonctionnement ou non déce-25 labiés par celles-ci ou encore insuffisamment corrigeables par leurs organes de réglage, il s'ajoute, selon l'invention, -une régulation à valeurs limites qui fonctionne entre la zone d'action desdites régulations de fonctionnement et les valeurs de réponse du système de protection. Cette régulation à valeurs 30 limites comprend la limitation de puissance RELEB du réacteur, laquelle agit directement sur la commande des barres de contrôle, et une régulation de pression minimale Min qui commande, en parallèle sur la régulation de puissance LR de l'alternateur, les vannes d'entrée VR cb la turbine par l'intermé-55 diaire de leurs régulateurs d'ouverture. La limitation de puissance RELEB du réacteur est placée sous la dépendance de la mesure du flux neu-tronique. Celui-ci peut être détecté soit dans le coeur même du réacteur, localement ou en valeur moyenne, soit à l'exté-40 rieur du réacteur, en tant que mesure globale. Si, en régime 71 08975 4 2083445 de puissance, on situe .au-dessus de la valeur maximale du flux neutronique pour tous les cas de fonctionnement prévus la valeur de réponse de cette régulation, on peut dès lors l'utiliser en régulation de puissance limite du réacteur. ponse pour la limitation de puissance du réacteur réside dans la mesure de l'écart par rapport à 1'ébullition. Etant donné que dans chaque cas de fonctionnement d'un réacteur à eau pressurisée, il faut éviter une ébullition en film sur les gaines 10 des barreaux de combustible, on surveille la marge par rapport à celle-ci en mesurant la température du réfrigérant à sa sortie du réacteur et en en déduisant la pression d'ébullition cor- \ respondante, c'est-à-dire la pression sous laquelle le réfrigérant se transformerait en un film de vapeur à ladite tempéra-15 ture. On compare ensuite cette pression d*ébullition, calculée, à la pression de fonctionnement régnante et la limitation de puissance du réacteur se trouve également déclenchée si l'on tombe au-dessous d'un écart prédéterminé. On va examiner maintenant le mode d'action 20 de cette limitation de puissance du réacteur en cas de perturbation. Dans le fonctionnement normal, la puissance du réacteur s'aligne sur celle de l'alternateur en sorte que l'on dispose toujours d'une vapeur de qualité suffisante, ce recalage étant comme déjà exposé, l'effet .de la régulation de tempéra-25 ture du réfrigérant. Mais ladite régulation ne permet pas de constater qu'une puissance totale excessive vient à être demandée au réacteur du fait que, par exemple à 100 % de la puissance de l'alternateur, des quantités de vapeur supplémentaires sont en outre prélevées pour servir d'appoint à des réservoirs 30 d'eau d'alimentation ou par suite de défection de réchauffeurs d'eau d'alimentation, ouverture fortuite d'une vanne du poste de dérivation, etc. On évite dans ces divers cas la surcharge du réacteur grâce à la réponse de sa limitation de puissance ;cel-le-ci recale la puissance du réacteur sur la valeur de consigne 55 de la puissance de l'alternateur et détermine donc, en cas de trop fort prélèvement de puissance, une baisse de pression de la vapeur fraîche. la régulation de pression minimale de la vapeur fraîche détecte cette baisse de pression et intervient 40 lorsque ladite pression tombé au-dessous d'une valeur de réponse 71 08975 5 2083445 prédéterminée en fonction de la charge : elle, ferme alors les vannes d'entrée de la turbine jusqu'à ce„ que la pression de la vapeur fraîche ait repris, par réduction de la puissance, des valeurs admissibles correspondant à la situation 5 de fonctionnement. Cette intervention de la limitation de puissance du réacteur inverse donc passagèrement le processus de régulation de la centrale nucléaire : le réacteur.prescrit alors la puissance et 1'alternateur épuise la quantité de va-10 peur existante, tandis qu'en fonctionnement normal l'alterna-.teur exige une quantité de vapeur déterminée et le réacteur fait face à cette demande par régulation de la température moyenne du réfrigérant. On peut considérer comme autre régulation 15 à valeur limite, outre celles que l'on vient de décrire, la régulation de nombre de tours DR de l'alternateur, laquelle fonctionne en régulation de vitesse maximale agissant sur les vannes VR de la turbine en cas de délestage brusque. Il est en â.6 outre possible d'enfoncer en cas de variations subites, charge 20 ou de défection de pompes diverses barres individuelles dans le réacteur par l'intermédiaire du détecteur de sautes de charge LA et du dispositif d'enfoncement EStR de telles barres. A titre de sécurité contre une trop grande élévation de pression de la vapeur dans la conduite de vapeur 25 fraîche, par exemple en cas de fermeture subite des vannes d'entrée de la turbine, on peut ouvrir au moyen d'une régulation de pression maximale Max les vannes du poste de dérivation U St en sorte que la vapeur fraîche s'écoule directement dans le condenseur. 30 Le schéma de la figure 2 regroupe tous ces dispositifs de régulation en indiquant leurs corrélations par des lignes d'action ainsi que l'échelonnement de leur entrée en action et en tenant compte aussi des mesures de protection des divers secteurs de la centrale. Les colonnes A, B, G ré-33 capitulent les mesures intéressant respectivement le circuit nucléaire, le circuit à vapeur et le turbo-alternateur. L'échelonnement de ces diverses mesures de régulation et de protection se lit ligne par ligne et de bas en haut. On trouve ainsi : sur la ligne I, les dispositifs de régulation de dé-40 marrage, comprenant pour le réacteur la régulation du flux 71 08975 6 2083445 neutronique, pour la vapeur fraîche celle de la pression d'entrée au moyen des.valeurs minimale et maximale-, pour le turboalternateur enfin celle du nombre de tours ; sur la ligne III, les régulations de fonctionnement déjà définies, c'est-à-dire 5 celles , conjuguées, de la température du réfrigérant et de la position de la batterie de barres, en coopération avec celle de la puissance de 1'alternateur ; sur la ligne IV, les mesures supplémentaires de régulation de fonctionnement, c'est-à-dire l'enfoncement de barres individuelles-, aux fins de diminution rapide 10 de la puissance du réacteur, en liaison avec le retour de la puissance de 1'alternateur à sa valeur de consigne ; sur la ligne V, les régulations à valeur limite conformes à l'invention, lesquelles interviennent au-dessus des zones d'action des régulations de fonctionnement et comprennent la limitation de puis-3_5 sance du réacteur en coopération avec la régulation de pression minimale de la vapeur fraîche - régulation à valeur limite de la ligne II -, la régulation de pression maximale pour le cas de surpression dans la conduite de vapeur fraîche et enfin la régulation de nombre de tours maximal pour le cas de survitesse de 20 l'alternateur ; sur la ligne VI, les systèmes de protection, généralement à arrêt brusque du réacteur-et de la turbine, à savoir la protection du réacteur et, coopérant avec elle, celles du turbo-alternateur et du condenseur. Il ressort clairement de ce schéma que l'on 25 reste maître de toutes conditions de fonctionnement de la centrale nucléaire au moyen de dispositifs de régulation ou de protection appropriés. La figure 3 illustre particulièrement le mode d'action de la limitation de-puissance du réacteur en face de di-30 verses perturbations. Ce diagramme porte en abscisse le temps de régulation,exprimé en secondes, et en ordonnée la puissance P. Le trait discontinu'indique la valeur de consigne de la limitation de puissance "RELEB" du réacteur, le trait mixte celle de l'arrêt brusque "RESA" de ce même réacteur, cette limitation et 35 cet arrêt intervenant respectivement à environ 105 et 115 % de la puissance. La courbe a commence par une réduction de la puissance de 100 à 40 %, suivant une rampe admissible de baisse de charge, et les valeurs de consigne de limitation de puissance et d'arrêt brusque du réacteur se recalent en même temps sur la 71 08975 7 2083445 puissance du réacteur et celle de l'alternateur. Après stabilisation de la charge minimale requise de 40 %jil intervient tout à coup, à l'instant t-^, un "brusque appel de charge supplémentaire de 50 %. La valeur de consigne de la puissance 5 totale de la centrale se trouve alors augmentée trop rapidement, si bien que l'on dépasse la valeur maximale admissible de variation de puissance du réacteur. Cette puissance cherche tout d'abord à suivre la valeur de consigne de la puissance de l'alternateur, mais lorsqu'elle atteint la valeur de consigne 10 de sa propre limitation, elle est contrariée dans sa montée par l'action combinée de cette valeur et de la régulation de pression minimale : elle ne peut plus suivre que la rampe de charge admissible et la montée correspondante de la valeur de consigne de la limitation de puissance du réacteur. Le régime 15 de charge de la centrale nucléaire se trouve donc inversé comme décrit précédemment, c'est-à-dire que le réacteur prescrit à l'alternateur la puissance qu'il doit fournir et ce n'est qu'une fois atteinte la valeur de consigne de puissance de l'alternateur voulue que la régulation d'ensemble est de nou-20 veau assumée par la régulation de puissance de l'alternateur. La courbe b correspond à une saute de puissance de 15 % dans laquelle la puissance du réacteur, n'atteignant pas la valeur de réponse de sa propre limitation, peut rejoindre sans obstacle la nouvelle valeur de consigne. 25 La courbe c résulte d'une perturbation du fonctionnement causée par l'ouverture imprévue d'un poste de dérivation à pleine charge. L'afflux direct de la vapeur fraîche au condenseur équivalant en apparence à une plus forte demande de puissance, le réacteur cherche à s'aligner sur celle-50 ci. Mais la limitation de la puissance du réacteur s'y oppose à partir d'un accroissement de 5 % et, en même temps, la régulation de pression minimale, en étranglant les vannes d'entrée de la tutbine, abaisse la puissance de l'alternateur. On évite ainsi, grâce à la limitation de puissance du réacteur et à 55 l'entrée en action de la régulation de pression minimale, un arrêt du réacteur qui ne serait pas justifié , étant donné qu'il n'existe aucun danger direct, le poste de dérivation ayant seulement réagi à tort. 71 08975 8 2083445 Enfin la courbe d est relative au même cas de réponse imprévue de l'échappement direct, à raison de 33 que la courbe c, l'ouverture ayant cependant lieu non plus à pleine charge, mais à une puissance de 80 %. La valeur de réponse de la limitation de puissance du réacteur étant ainsi plus éloignée de la puissance réelle de ce même réacteur, cette dernière peut d'abord se conformer à la nouvelle valeur exigée , mais la réponse de la régulation de pression réduit à nouveau la puissance de l'alternateur et par conséquent celle du réacteur aussi. Cette régulation à valeurs limites, dont l'action intervient entre celles de la régulation de fonctionnement et du système'de protection, permet donc de surmonter les perturbations qui exigent une puissance accrue du réacteur et qui, à la longue, provoqueraient normalement un arrêt brusque de celui-ci : par l'enfoncement de barres de contrôle, elle limite en effet cet accroissement de la puissance et abaisse ensuite celle-ci dans une mesure telle que le conducteur du réacteur est en mesure d'éliminer la perturbation dans des conditions de fonctionnement admissibles. 71 08975 9 2083445 • REVENDICATIONS 1. Régulation à valeurs limites.de réacteurs nucléaires à eau pressurisée dans une installation dotée déjà d'une régulation de fonctionnement comportant une régula- 5 tion de température du réfrigérant et une régulation de puissance de l'alternateur ainsi que d'un système de protection comportant une protection du réacteur et une protection du turbo-alternateur, régulation caractérisée par le fait qu'elle comporte d'une part une limitation de puissance du réacteur, 10 laquelle agit sur la position de barres de contrôle avec des valeurs de réponse comprises entre les zones d'action des régulations de fonctionnement et les valeurs de réponse du système de protection, d'autre part une régulation de pression minimale de la vapeur fraîche, laquelle régulation coopère avec 15 ladite limitation de puissance et agit sur les vannes d'entrée de la turbine. 2. Régulation à valeurs limites selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la limitation de la puissance du réacteur agit en dépendance de la mesure du 20 flux neutronique. 3. Régulation à valeurs limites selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la limitation de la puissance du réacteur agit en dépendance de la mesure de l'écart par rapport à 1'ébullition. 25 4-. Régulation à valeurs limites selon la revendication 2 caractérisée par le fait que le flux neutronique est déterminé par des mesures effectuées à l'intérieur du coeur du réacteur. 5. Régulation à valeurs limites selon la 30 revendication 2 caractérisée par.le fait que le flux neutronique est déterminé par des mesures effectuées à l'extérieur du réacteur. 6. Régulation à valeurs limites selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la régulation de 35 pression minimale est établie de manière à émettre Tin ordre de fermeture vers les vannes d'entrée de la turbine lorsque la pression de la vapeur fraîche tombe au-dessous d'une valeur limite prédéterminée. 7. Régulation à valeurs limites selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée par 40 le fait que toutes les régulations partielles sont établies avec redondance.