Brevet FR2476369A1 — publié le 19810821

L'invention concerne un procédé de régulation de la puissance fournie par un réacteur nucléaire à eau sous pression à une turbine à va- peur entratnant une génératrice de courant électrique alimentant un réseau. Dans les centrales nucléaires à eau sous pression utilisées pour la production de courant électrique, on produit de la vapeur par échange de chaleur entre le fluide primaire constitué par de l'eau sous pression et le fluide secondaire constitué par de l'eau qui se transforme en vapeur à l'intérieur des générateurs de vapeur. La vapeur est utilisée comme fluide moteur de la turbine qui entratne la génératrice de courant électrique. La puissance électrique demandée par le réseau peut-être varia- ble au cours du temps, si bien que la puissance que doit fournir le réac- teur nucléaire à la turbine peut-être elle-même essentiellement variable au cours du temps. D'autre part, il est quelquefois nécessaire de décon- necter la génératrice de courant et le réseau pour un temps plus ou moins long pour une raison indépendante de la conduite de la centrale nucléaire elle-même. Dans ce cas, la puissance demandée par la turbine est extrême- ment faible puisqu'il suffit alors de fournir la puissance électrique nécessaire pour l'alimentation des circuits -auxiliaires de la centrale, le réseau d'évacuation étant déconnecté. Généralement cette puissance rési- duelle ne représente que 5 % environ de la puissance nominale de la cen- trale. On sait que la conduite des réacteurs nucléaires pour suivre un programme de puissance donné, utilise des barres de commande absorbant les neutrons qu'on déplace dans le coeur du réacteur en fonction du programme de puissance demandée. Cependant, dans le cas de variations importantes et rapides de puissance pour répondre à la demande du réseau ou dans le cas d'une décon- nection électrique entre la centrale et le réseau, cette opération étant appelée Ilotage, il est nécessaire de disposer d'un moyen de régulation complémentaire de la puissance fournie par le réacteur nucléaire à la tur- bine à vapeur. Les centrales nucléaires à eau sous pression comportent donc un système de contournement de la vapeur qui permet de créer une charge arti- ficielle susceptible d'absorber la puissance excédentaire du réacteur nuclé- aire. Cette charge artificielle est obtenue par relachement de la vapeur prise en amont de la turbine soit à l'atmosphère, soit au condenseur. Ces systèmes de contournement de vapeur permettent des varia- tions négatives de la charge / tudrbine, d'une amplitude supérieure à 10 % de /la charge nominale ou encore une variation en fonction du temps de cette charge de la turbine avec une pente négative supérieure à 5 % de la char- ge nominale par minute. Lorsque le programme de puissance demande des variations de la charge de moindre amplitude, la compensation se fait uniquement par dé- placement des barres de commande. - Les systèmes de contournement permettent également d'absorber la puissance excédentaire lors d'une réduction brutale de puissance depuis la puissance nominale jusqu'à la puissance nécessaire à l'alimentation des circuits auxiliaires, soit approximativement 5 % de la puissance nominale, lors d'un Ilotage produisant un délestage du groupe turbo- alternateur sans arrêt d'urgence du réacteur nucléaire. Dans le cas d'un arrêt d'urgence du réacteur, les systèmes de contournement servent également à éliminer la chaleur et l'énergie emmaga- sinée dans le circuit primaire et à ramener la centrale aux conditions de charge nulle sans qu'il soit nécessaire d'ouvrir les soupapes de sécurité des générateurs de vapeur. Les systèmes de contournement sont constitués par des ensembles de vannes disposées sur le circuit secondaire du réacteur en amont de l'admission de la vapeur à la turbine. Ces vannes sont commandées élec- triquement grâce à un signal d'ouverture élaboré à partir de signaux de mesure représentant les valeurs de certains paramètres représentatifs de l'état de charge de la turbine ou du réacteur. Les paramètres utilisés peuvent être homogènes à des tempéra- tures ou à des pressions et suivant le cas on parlera de régulation en mode température ou en mode pression. Un procédé classique de régulation en mode température utilise une mesure de pression sur la première roue de la turbine et élabore à partir du signal représentatif de cette mesure, un signal représentatif d'un paramètre homogène à une température appelée température de référence. Cette température de référence est utilisée pour la régulation des dépla- cements des barres de commande et sert également de température de réfé- rence pour la commande du contournement. On mesure d'autre part la température moyenne dans le circuit primaire du réacteur et on détermine par différence entre la température de référence de contournement et la température moyenne du circuit primaire compensée par un filtre avance-retard, un signal d'erreur qui est converti par un générateur de fonction en un signal d'ouverture du contournement. Lorsqu'on réalise un îlotage de la centrale, la puissance du réacteur doit être ramenée depuis la puissance nominale jusqu'à une puis- sance très faible juste nécesssaire pour maintenir l'alimentation des circuits auxiliaires. Cette puissance est de l'ordre de 5 % de la puissance nominale dans le plupart des cas. ip On controle alors le réacteur, grâce aux barres de commande pour fournir cette puissance à la turbine, les vannes de contournement étant fermées puisque la température de référence du contournement est identi- que à la température de référence pour la conduite du réacteur. Pour une puissance aussi faible demandée au réacteur la régula- tion automatique de puissance ne peut être mise en service et l'opérateur doit reprendre le contr8le du réacteur de façon manuelle, dès que la puissance est inférieure à un certain seuil. D'autre part, lorsqu'on réalise de nouveau la connection avec le réseau, la puissance du réacteur doit augmenter de la même façon que la puissance fournie à ce réseau lors de la montée en puissance. Cette façon d'opérer présente évidemment des inconvénients. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de régula- tion de la puissance fournie par un réacteur nucléaire à eau sous pression à une turbine à vapeur entrainant une génératrice de courant électrique alimentant un réseau, par déplacement de barres de commande absorbant les neutrons dans le coeur du réacteur et par contournement d'une fraction de la vapeur produite par le réacteur en dehors du circuit de la turbine, par ouverture de vannes de contournement, le déplacement des barres de comman- de étant déterminé en fonction d'un paramètre homogène à une température et appelé température de référence, élaboré à partir d'un signal repré-_ sentatif de la charge de la turbine, cependant que l'ouverture du contour- nement est déterminée par l'écart entre la température de référence et la température moyenne réelle dans le circuit primaire du réacteur, ce procé- dé de régulation devant permettre de maintenir une régulation automatique de la puissance du réacteur, dans tous les cas, et de réaliser des montées en puissance de la turbine plus rapides après il8tage de la centrale. Dans ce but en cas de désaccouplement électrique entre la géné- ratrice et le réseau, ou il8tage, le paramètre déterminant la position des barres de commande est choisi comme la plus grande de deux valeurs de la température de référence, l'une étant la température déterminée à partir du signal représentatif de la charge de la turbine, et l'autre une tem- pérature prédéterminée définissant le niveau de puissance o l'on main- tient le réacteur pour que la conduite de ce réacteur reste automatique, en cas d'il8tage, le contournement de la vapeur restant en fonctionnement et d'autre part le signal d'ouverture des vannes de contournement est - modifié par un signal de gain déterminé à partir d'un signal représenta- tif du niveau de puissance, pour atténuer les effets des variations de température dans le réacteur, sur le signal d'ouverture de ces vannes. Afin de bien faire comprendre l'invention on va maintenant dé- crire à titre d'exemple non limitatif, en se référant à la figure jointe en annexe, un mode de rélisation du procédé de régulation suivant l'inven- tion mis en oeuvre dans une centrale nucléaire comportant un réacteur à eau sous pression. Sur la figure unique on voit de façon schématique les divers organes nécessaires pour la régulation de la puissance fournie par le réacteur à la turbine. Un dispositif de prise de pression 1 sur la première roue de la turbine fournit un signal proportionnel à cette pression à un générateur de fonction 2 qui élabore à partir de ce signal, un signal proportionnel à la température de référence du contournement (T R E C). A titre d'exemple on a montré un générateur de fonction qui fournit un signal proportionnel à la charge de la turbine mesurée par la pression sur la première roue, pour des valeurs correspondant à une charge entre 0 et 100 %. En amont du générateur de fonction 2, le signal représentatif de la pression sur la première roue de la turbine est envoyé dans un filtre dérivateur 3 dont la fonction est de détecter l'il8tage qui se traduit par une variation très rapide et de grande amplitude de la charge de la turbine. Lorsque le filtre 3 détecte un il8tage, un signal est envoyé sur le relais stable 4 qui actionne alors un contact 5. La temporisation du filtre 3 est optimisée de façon à éviter l'enclenchement du relais 4 pour des défauts de courte durée qui ne corres- pondent pas réellement à un il8tage. D'autre part le relais 4 comporte un seuil S qui permet de ne prendre en compte que les il8tages déclenchés à partir d'un certain niveau de puissance. La fermeture du contact 5 permet d'envoyer un signal représen- tatif d'une température de consigne TR sur la première voie d'un sélecteur de maximum 6. La seconde voie de ce sélecteur de maximum 6 reçoit le signal représentatif de la température de référence TREC. Lorsqu'un il8tage est détecté, le sélecteur de maximum 6 permet de choisir la valeur maximum entre la température TR et la température TREC cette valeur maximum servant de température de référence pour la conduite du réacteur avec les barres de commande. C'est cette température TREB qui est utilisée pour la conduite automatique du réacteur. Dans le cas o le contact 5 est ouvert, la température de réfé- rence TREB est identique à la température de référence TREC, comme dans le cas de l'art antérieur. Des capteurs de température 10 permettent une mesure de la tem- pérature moyenne du circuit primaire du réacteur et le signal représenta- tif de cette température moyenne est reçu par un filtre avance-retard 7 qui permet l'émission du signal T MOY qui est envoyé sur un soustracteur 8 qui permet d'effectuer la soustraction des signaux correspondants à la température moyenne du circuit primaire et à la température de référence. On élabore ainsi un signal d'erreur T ERR égal à T MOY moins T R E C. Ce signal d'erreur T E R R est envoyé sur un générateur de fonction 9 qui élabore un signal proportionnel au signal d'erreur qui constitue le signal d'ouverture du contournement. Le signal représentatif de la pression sur la première roue de turbine est d'autre part dérivé en amont du générateur 2 vers un filtre 14 ayant une constante de tempsZ.A la sortie de ce filtre 14, le signal est traité par un générateur de fonction 15 qui élabore un signal de réduction du gain qui est envoyé sur un multiplieur 12 qui élabore à partir du signal d'ouverture du contournement et du gain un signal modifié qui est utilisé pour la commande de l'ouverture des vannes.de contournement. Lorsque la charge de la turbine varie de O à 100 È, on pourra par exemple faire varier linéairement le gain entre 0,5 et 1, grâce au gé- nérateur de fonction 15 représenté sur la figure. On a choisi T R, température de consigne en cas d'il8tage, de façon que la puissance du réacteur soit réglée à une valeur de l'ordre de 30 % de la puissance nominale, ce qui permet d'effectuer la régulation de puissance de façon automatique. Cependant, l'action des barres provoque alors des variations de la température moyenne dans le circuit primaire, à l'intérieur de la bande permise pour ces variations, ce qui provoquerait des variations importantes du débit du contournement si le gain conservait la valeur fixe assurant la pleine ouverture du contournement, en début d'ilatage, à partir de la charge nominale. L'élaboration d'un signal de gain variable, en fonction de la charge permet d'éviter cet inconvénient tout en maintenant un gain impor- du tant permettant la pleine ouverture/contournement en début d'il8tage effec- tué à partir de la charge nominale. La constante de temps u du filtre 14 doit être importante pour éviter une réduction rapide du gain en début d'il3tage mais elle doit ce- pendant permettre au gain de suivre les variations de la charge ( par exemple 5 % par minute). Une valeur permettant de concilier ces exigences contradictoires, a été choisie danssle cas de l'exemple de réalisation, cette valeur est V = 200 s. On voit que les principaux avantages du procédé suivant l'inven- tion sont de permettre de maintenir une régulation automatique de la puis- sance de réacteur en cas d'il8tage de la centrale et d'utiliser le contour- nement de vapeur pendant l'il8tage avec de bonnes conditions de stabilité. D'autre part, lorsqu'on effectue à nouveau la connection de la centrale au réseau, la puissance fournie au réseau peut augmenter plus rapidement, puisqu'en refermant les vannes du contournement vapeur, on ajoute à la montée en puissance du réacteur nucléaire, la montée en puis- sance venant du recyclage de la vapeur dans le circuit de la turbine. Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui en vient d'être décrit elle/comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on a décrit un mode de rélisation ou le gain du signal de contournement était variable linéairement entre 0,5 et 1, lorsque la charge passait de O à 100 % mais qu'il est également possible d'imaginer d'autres variations de ce gain, en fonction de la charge. Par exemple, il est possible de limiter les variations linéaires du gain entre 0 et un certain seuil de puissance au-delà duquel le gain est maintenu constant. D'autre part, le signal de gain était élaboré à partir d'une mesure de la pression sur la première roue de la turbine déterminant la charge de cette turbine, mais il est également possible d'élaborer le si- gnal de gain à partir d'une mesure de flux neutronique réalisé dans le ré- acte-ir avec des capteurs 17. L'invention s'applique aux centrales nucléaires à réacteur à eau sous pression quelles que soient par ailleurs leurs caractéristiques et leur mode de conduite. REVENDICATIONS 1) Procédé de régulation de la puissance fournie par un réac- teur nucléaire à eau sous pression à une turbine à vapeur entra'nant une génératrice de courant électrique alimentant un réseau, par des déplacements de barres de commande absorbant les neutrons dans le coeur du réacteur, et par contournement d'une faction de la vapeur produite par le réacteur, en dehors du circuit de la turbine, par ouverture de vannes de contournement, le déplacement des barres de commande étant déterminé en fonction d'un paramètre homogène à une température et appelée température de référence, élaborée à partir d'un signal représentatif de la charge de la turbine, cependant que l'ouverture du contournement est déterminée par l'écart entre la température de référence et la température moyenne réelle dans le cir- cuit primaire du réacteur caractérisé par le fait qu'en cas de désaccouple- ment électrique entre la génératrice et le réseau, ou illÈtage, le paramètre déterminant la position des barres de commande est choisi comme la plus grande de deux valeurs de la température de référence, l'une étant la tem- pérature déterminée à partir du signal représentatif de la charge de la turbine, et l'autre une température prédéterminée définissant le niveau de puissance o l'on maintient le réacteur pour que la conduite de ce réacteur reste automatique en cas d'il8tage, le contournement de la vapeur restant en fonctionnement, et que le signal d'ouverture des vannes de contournement est modifié par un signal de gain déterminé à partir d'un signal représen- tatif du niveau de puissance, pour atténuer les effets de variationsde température dans le réacteur, sur le signal d'ouverture de ces vannes. 2) Procédé de régulation suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la température de référence est déterminée à partir d'un signal représentatif de la pression sur la première roue de la turbine. 3) Procédé de régulation suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2 caractérisé par le fait que le signal de gain modifiant le signal d'ouverture des vannes de contournement est élaboré à partir d'un signal représentatif de la pression sur la première roue de la turbine. 4) Procédé de régulation suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que le signal représentatif de la pression sur la première roue de la turbine est modifié par un filtre à retard pour éviter une modi- fication rapide du gain en début d'il8tage. 5) Procédé de régulation suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 caractérisé par le fait que le signal de gain modifiant le signal d'ouverture des vannes de contournement est élaboré à partir d'un signal représentatif d'une mesure de flux neutronique dans le réacteur nucléaire.