Brevet FR2519464A1 — publié le 19830708

L'invention concerne un procédé de surveillance d'une centrale de production d'électricité équipée d'un réacteur nucléaire. Dans de telles centrales de production d'énergie, par exemple les centrales nucléaires comportant un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion, on recueille en continu des informations quantitatives ou qualitatives concernant le fonctionnement ou Pétat des différents composants de la cen- trale Ces informations, généralement appelées "paramètres", sont comparées à des données de référence correspondant à un fonctionnement normal de la centrale et donnent lieu, en cas d'une différence significative entre un paramètre et une donnée de référence, à un signal ou une alarme en salle de commande de la centrale. Ces signaux ou alarmes doivent être pris en compte par un opéra- teur qui doit éventuellement intervenir pour éviter une évolution dangereu- se de l'état de la centrale ou l'apparition d'un incident ou d'un accident nécessitant la mise en oeuvre d'actions adaptées. Un tel système de surveillance rend cependant la tâche de l'opé- rateur relativement complexe, dans certaines circonstances. C'est ainsi que, lors de l'apparition d'un incident ou d'un acci- dent sur la centrale, l'opérateur se trouve confronté à une très grande quan- tité d'alarmes qu'il est difficile d'exploiter en un temps très court Ceci se produit, par exemple, après un arrêt d'urgence ou après une phase d'in- jection de sécurité Il est alors très difficile pour l'opérateur de distin- guer le défaut qui est à l'origine de l'incident ayant provoqué l'arrêt d'ur- gence et/ou l'injection de sécurité. On a donc proposé un système de surveillance o il était-possible, par des interrogations successives, de remonter à la cause de l'incident en répertoriant toutes les relations de cause à effet entre les évènements sur- venant dans la centrale. Un tel processus conduit à l'utilisation de très grosses mémoires et de logiques complexes Le temps requis pour les interrogations successives risque également d'interdire une intervention efficace et rapide de l'opéra- teur En outre, on ne peut jamais être sûr d'avoir imaginé toutes les possi- bilités. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de surveil- lance d'une centrale de production d'électricité équipée d'un réacteur nu- cléaire consistant à recueillir des informations quantitatives ou qualita- tives appelées "paramètres" relatives au fonctionnement et à l'état des com- posants de la centrale, à comparer ces paramètres à des données de réfé- rence correspondant à un fonctionnement normal de la centrale et à signaler les différences existant entre les paramètres et les données de référence, ce procédé devant permettre à l'opérateur d'avoir une vision très rapide et très synthétique de l Pétat de la centrale, d'évaluer exactement la gra- vité et les'risques d'une telle situation et d'intervenir d'une façon très rapide et très efficace. Dans ce but, pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven- tion: on définit un ensemble de situations prédéterminées correspondant aux différentes phases de fonctionnement ou d'arrêt du réacteur suivant le ni- veau de la puissance dégagée par le coeur, les paramètres physiques du flui- de primaire et leur évolution dans le temps, ou les demandes d'actions rela- tives à la protection et à-la sauvegarde du réacteur; on définit, à chaque instant, le type de fonctionnement du réacteur par son rattachement à l'une des situations prédéterminées; on regroupe les paramètres utiles pour la surveillance de la centrale en sous-ensembles appelés "fonctions" correspondant chacun aux paramètres et conditions relatifs à l'accomplissement d'une tâche particulière et indis- pensable dans la centrale; % on détermine pour chacun des paramètres de chacune des fonctions son état suivant une catégorie prédéterminée décrivant son aptitude à concourir à l'ac- complissement de la fonction dans la situation considérée et représentant un niveau de dégradation par rapport à un fonctionnement normal, suivant des spécifications prédéterminées; on attribue à chacune des fonctions considérées l'état le plus défavorable attribue à l'un au moins des paramètres de cette fonction; on détermine l'état global de la situation de la centrale comme l'état le plus défavorable attribué à l'une au moins des fonctions; on visualise les informations relatives à l'état global de la situation, à Irtat de chacune des fonctions et à tout changement d'état d'une quelconque de ces fonctions. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exe Wçle non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé de surveillance suivant l'invention, dans le cas d'une centrale équipée d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 représente, de façon schématique, le réacteur nuclé- aire et les différents circuits nécessaires pour son fonctionnement et sa sécurité. La figure 2 représente le pupitre disposé en salle de commande permettant d'assurer la surveillance de la centrale. La figure 3 représente une vue agrandie du dispositif utilisé pour l'affichage de l'état de la situation et des fonctions. La figure 4 représente une vue agrandie du dispositif d'affichage des paramètres d'une fonction ayant subi un changement d'état. La figure 5 représente une vue agrandie du dispositif utilisé pour l'affichage de l'état des paramètres principaux de chacune des fonc- tions dans une situation particulière. Sur la figure 1, on voit l'enceinte de sécurité 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant une cuve 2 à l'intérieur de laquel- le est placé le coeur du réactur, un circuit primaire 3 dont une seule bou- cle a été représentée, sur laquelle est disposé un générateur de vapeur 4, le pressuriseur 5 et une pompe primaire 6. Le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte généralement trois ou quatre boucles, dans chacune desquelles la vapo- risation de l'eau alimentaire, par l'eau primaire échauffée par le coeur du réacteur, est effectuée au niveau d'un générateur de vapeur. Un dispositif de mise et de maintien en arrêt à-froid du réacteur disposé à ltintérieur de l'enceinte est placé en dérivation sur le circuit primaire Ce dispositif comporte une pompe 8 et un échangeur de chaleur 9 permettant le refroidissement de l'eau primaire envoyée dans le circuit-de refroidissement par ouverture de vannes 10. Un circuit d'injection de sécurité 12 est disposé partiellement à l'extérieur de l'enceinte et comporte des pompes telles que 14 pour l'in- jection de l'eau du réservoir des piscines 15 ou de l'eau récupérée dans le puisard 16 de l'enceinte du réacteur, à l'intérieur du circuit primaire, en cas de manque d'eau dans ce circuit. A l'extérieur de l'enceinte de sécurité, dans le bâtiment des auxi- iaires nucléaires, est également disposé un ensemble 20 permettant le contra- le chimique et volumétrique de l'eau du circuit primaire En particulier, un ensemble 23 permet de régler la teneur en acide borique de l'eau du circuit primaire intervenant dans le contrôle de réactivité du réacteur. La salle de commande cle la centrale permet la commande du réacteur et la surveillance des divers organes et circuits constituant cette centrale. Dans cette salle de commande de la centrale, est disposé un pu- pitre de commande et de surveillance tel que représenté à la figure 2. Un tel ensemble permet, en particulier, la surveillance des di- vers organes et systèmes permettant d'assurer la conduite du réacteur et de toute la centrale ainsi que la sécurité de l'ensemble, en particulier, de la partie nucléaire de la centrale. Ainsi qu'il est visible à la figure 2, le pupitre de commande et de surveillance est constitué de trois parties distinctes 25, 26 et 27. Chacune des parties 25, 26 et 27 porte un tableau de comimande, à sa partie inférieure, à partir duquel l'opérateur peut agir sur les éléments de la centrale et des moyens d'affichage à sa partie supérieure permettant la surveillance et le contr 8 le des opérations en cours. La partie centrale 26 constitue la zone de conduite générale du poste de commande et comporte les moyens les plus importants pour la surveil- lance de la centrale En particulier, cette zone de conduite générale compor- te un tableau d'affichage 30 dont le détail est visible à la figure 3, per- mettant de visualiser de façon très claire, grâce à des voyants, l'état des différentes fonctions placées sous surveillance et l'état général de la si- tuation du réacteur. Cette zone 26 comporte également un tableau-31 dont-le détail est visible à la figure 5 permettant la visualisation de l'état et de ltévolu- tion des paramètres principaux dont la connaissance est nécessaire à ltopé- rateur dans la situation de la centrale. Des enregistreurs 32 permettent de connaître l'historique des pa- ramètres principaux. Un synoptique général 34 permet la visualisation de l'état des principaux éléments d'actionnement de la centrale (tels que vannes et pompes). Enfin, des écrans 36 permettent l'affichage, soit automatiquement, soit par demande de l'opérateur, de renseignements particuliers tels que la liste des paramètres conduisant à une modification de l'état de la situation ou des fonctions de la centrale. La figure 4 représente une image s'affichant automatiquement sur sur l'écran 36 b, dans le cas o la fonction 31 "contrôle de la pression primaire" a subi un changement d'état. La zone 25 du pupitre de commande ou zone d'analyse comporte un ensemble d'alarmes 35 relatives à des composants des systèmes de sécurité du réacteur Un synoptique 37 permet l'affichage de l'état des fonctions de pro- tection et de sauvegarde du réacteur. Un tableau 38 permet de visualiser l'état et l'évolution des principaux paramètres de sûreté du réactmr Un tableau 39 permet l'affi- chage de l'état de disponibilité des différents systèmes de sauvegarde du réacteur et un tableau 40 permet l'affichage de l'état des différentes mar- ges par rapport au seuil d'arrêt d'urgence ou dtinjection de sécurité dans le réacteur nucléaire Un écran 41 a permet de déterminer de façon prévision- nelle l'effet qu'aurait un changement de situation du réacteur sur l'état des paramètres,des fonctions et de la situation, en gardant les informations relatives aux paramètres, du moment o l'on effectue la prévision Un écran 41 b permet d'obtenir automatiquement,lors d'un changement de situation, des informations relatives aux paramètres principaux dans la situation antérieu- re au changement. La partie 27 du pupitre de commande ou zone de conduite des maté- riels comporte un ensemble d'alarmes 43 correspondant à chacun des éléments ou matériels de la centrale placés sous surveillance, des panneaux de visua- lisation 44 de l'état et de la tendance des principaux paramètres liés à des matériels importants tels que la turbine et les pompes primaires par exem- ple, des tableaux 45 permettant la visualiation de l'historique de ces para- mètres liés à des matériels importants ainsi qu'un synoptique 46 permettant l'affichage de l'état des matériels regroupés par sousensembles tels que circuit primaire ou circuit de contr 8 le chimique et xdumétrique du fluide primaire. Enfin deux écrans 47 permettent l'affichage automatique ou à la de- mande de l'opérateur d'indications sur les défauts présentés par les matériels et en particulier par les matériels faisant l'objet d'une alarme indiquée par l'un des voyants 43 de la zone de conduite des matériels. Sur la figure 3, on voit en détail le tableau 30 permettant l'af- fichage de la situation du'réacteur dans la case 50, suivant une codification indiquée dans la case 49 Les six situations répertoriées sont les suivantes 1 réacteur en fonctionnement à une certaine puissance supérieure à 10 % de la puissance nominale, 2 réacteur en fonctionnement à une puissance comprise entre une puissance très faible et 10 7 de la puissance nominale, 3 réacteur à l'arrêt, en attente à chaud, 4 installation en période de démarrage arrêt, arrêt d'urgence du réacteur, 6 injection de sécurité dans le circuit primaire du réacteur. Le chiffre 5 affiché dans la case 50 indique que le réacteur a subi un arrêt d'urgence, par retombée de toutes les barres de commande en po- sition d'insertion maximum dans le coeur. Les cases 51 indiquent les différents états retenus pour carac- tériser les diverses fonctions mentionnées dans les cases 52. Cinq états différents ont été retenus: deux états normaux N 1 et N 2, deux états défectueux D 1 et D 2 et un état anormal Seize fonctions ont été répertoriées, chacune de ces fonctions regroupant un certain nombre de paramètres traduisant l'état des matériels ou la valeur des grandeurs physiques dont la surveillance est nécessaire pour s'assurer de la possibilité de mise en oeuvre de la fonction. Les différentes fonctions retenues sont indiquées dans le tableau cidessous, les numéros de ces fonctions se retrouvant dans les cases 52 du tableau de la figure 3. N de N de la Libellé de la fonction la Libellé de la fonction fonction onction 1 Gontr 81 e Réactivité 2 Inventaire en eau Flux 3 Refroidissement du coeur 31 Contr 8 le pression primai- re 3.2 Contr 181 e température 4 Evacuation de l'énergie primaire primaire Intégrité du circuit 6 Intégrité de l'enceinte primaire 7 Contrôle des conditions 8 Chimie des eaux d'ambiance dans liencein 9 Production et évacuation 10 Vide au condenseur d'énergie électrique 1 il Fourniture d'eau alimen 12 Purges et réchauffage du taire secondaire 13 Traitement contrôle 14 Etat opérationnel des iejets radio-actifs auxiliaires généraux Disponibilité des circuit 16 Réglementations adminis- de sauvegarde tratives Les voyants lumineux 53 permettent d'indiquer à l'opérateur de façon très simple l'état de chacune des fonctions suivant la codification retenue. Des éléments logiques permettent de déterminer l'état de la fonc- tion à partir de l'état des différents paramètres, comme l'état le plus dé- favorable enregistré pour l'un quelconque des paramètres. Par exemple, sur la figure 3, on a attribué à la fonction 3 1 contrôle de la pression primaire, l'état Dl, l'un au moins des paramètres état Dl de cette fonction ayant uni dans la situation 5 c'est-à-dire arrêt d'urgen- ce du réacteur, et aucun paramètre de cette fonction 3 1 n'ayant un état plus défavorable. Si aucune autre fonction n'a un état plus défavorable que Dl, on attribue à la situation 5, arrêt d'urgence du réacteur, un état Dl qui est celui de la fonction ayant l'état le plus défavorable, apparaissant dans la case 54. Le tableau tel que représenté à la figure 3 permet à l'opérateur d'avoir une vision très rapide de l'état global de la situation du réacteur et de l'état de chacune des fonctions répertoriées. Si l'on prend comme exemple la fonction 3 1 contr 8 le de la pression du circuit primaire, l'un des paramètres principaux de cette fonction est le paramètre physique "pression dans le circuit primaire" et l'on détermi- nera l'état de ce paramètre par comparaison de la valeur de la pression me- surée par les capteurs avec des valeurs de seuils déterminées en fonction des spécifications actuelles concernant cette pression primaire. C'est ainsiqu'un état normal du paramètre dans la situation 1 sera enregistré si cette pression est comprise entre 151 et 160 bars Ces deux valeurs de seuil correspondent au niveau des alarmes dans les systèmes de surveillance actuels. Un état dégradé du paramètre sera enregistré si la pression est comprise entre 130 et 151 bars ou entre 160 et 164 bars Ces deux valeurs limites correspondent aux seuils d'arrêt d'urgence du réacteur. Enfin, si la pression est inférieure à 130 bars ou supérieure à 164 bars, on enregistrera un état anormal du paramètre. Si l'on était parti de la situation 1 correspondant à un fonction- nement en puissance du réacteur, on aboutit à la situation 5, soit la situa- tion correspondant au réacteur après arrêt dturgence Dans cette nouvelle situation, les valeursdes seuils de la pression seront différentes. On voit ainsi qu'on substitue à un système de surveillance unique- ment par alarmes, un système de surveillance avec indication de l'état de dégradation de la fonction et de la situation du réacteur. En dehors du paramètre physique principal, dans le cas de la fonc- tion de contr 8 le de la pression du circuit primaire, il est nécessaire de déterminer l'état de tous les paramètres décrivant la disponibilité des systèmes concourant à assurer la fonction. Ces systèmes sont relatifs, par exemple, à la régulation de la pression primaire dans le pressuriseur, et, dans ce cas, les paramètres à considérer sont relatifs à l'état des éléments de chauffage de ce pres- suriseur et du système d'aspersion. Tous les éléments concourant à déterminer l'état de disponibilité de ces systèmes sont pris en compte pour la détermination de l'état de la fonction. Il est à noter que l'état des différents paramètres peut être at- tribué différemment suivant la situation du réacteur Par exemple, dans le cas de la fonction contrôle de la pression primaire, en cas de fonction- nement du réacteur en puissance, si deux lignes de décharge du pressuriseur sont indisponibles, on doit déclarer la situation anormale En revanche, dans le cas de la situation après arrêt d'urgence, ( 5), le fait d'avoir deux lignes de décharge du pressuriseurin d Lsponbls N - eitri Jîie pas pou autant une situation anormale mais une situation uniquement dégradée. Ceci résulte d'une analyse précise des spécifications techniques relatives à la conduite de la centrale se retrouvant au niveau de la logi- que permettant-l'affichage de l'état des fonctions résultant de l'état des paramètres. Sur la figure 4, on voit l'image qui apparait automatiquement sur l'écran 36 b, dans le cas o la fonction 3 1 "contr 8 le de la pression primai- re" subit un changement d'état Les paramètres de la fonction apparaissent en première colonne sous l'indication "designations", leur état apparaît sous forme de signaux lumineux dans les zones rectangulaires représentées sur la figure 4 par des pointillés Si nous supposons que la fonction "contrôle de la pression primaire" passe à un état D 1 comme représenté sur la figure 3, le voyant 53 correspondant sur le dispositif d'affichage 30 se met à cligno- ter, puis L'image de la figure 4 apparatt sur l'écran 36 b Le voyant 53 reste allumé mais cesse de clignoter. Un signal lumineux clignotant apparait en face du paramètre respon- sable du changement d'état de la fonction, dans la colonne Dl, L'opérateur est ainsi averti que le changement d'état de la fonction est imputable à ce paramètre. Si un second paramètre passe à un état Dl, un signal lumineux clignotant s'inscrit en face de ce paramètre dans la colonne Dl cependant que le signal lumineux du premier paramètre cesse de clignoter. L'état des différents paramètres est indiqué sur l'image apparais- sant sur l'écran 36 b et représentée à la figure 4, par un signal lumineux fixe dans la colonne correspondante. Sur l'écran 36 a, l'opérateur peut faire apparattre, à la demande, les indications relatives aux paramètres d'autres fonctions. Les écrans 36 permettent donc une analyse plus précise des cau- ses d'un changement d'état de la situation ou d'une fonction. Sur la figure 5 on voit une partie du tableau 31 permettant de visualiser l'état et la tendance (accroissement ou diminution) des para- mètres principaux. ott représentés Les deux paramètres principaux qui ont été sur la figure 4 sont la pression du circuit primaire et le niveau d'eau dans le pressu- en riseur mais il/existe d Vautres représentatifs des autres fonctions. Un voyant lumineux permet d'indiquer la tendance du paramètre phy- sique (dans les deux cas la tendance est à l'accroissement) et la valeur numérique du paramètre et son amplitude sur une échelle dont les valeurs extrgmes sont indiquées Ces amplitudes sont adaptées à la valeur du para- mètre de la situation considérée. On fournit ainsi à l'opérateur une vision très claire et très ra- pide des paramètres à surveiller. Les différents paramètres ou systèmes envisagés pour la détermina- tion de l'état de la fonction donnent lieu d'autre part à des affichages sur les tableaux spécialisés qui ont été décrits à propos de la figure 2. Un des principaux avantages de l'invention réside dans une visua- lisation très rapide et très synthétique de l'état du réacteur dans la si- tuation considérée et de l'état de chacune des fonctions q'il faut assurer. Il est bien évident que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit C'est ainsi qu'on peut imaginer l'utilisation et la définition de fonctions différentes de celles qui ont été énumérées, qu'on peut envisager d'autres affichages que ceux qui ont été décrits et des états différents de ceux qui ont été énumérés, à partir du moment o l'indi- cation de ces états à l'opérateur lui permet d'avoir une vision exacte de la situation du réacteur et des différentes fonctions, pour lui permettre de prendre très rapidement une décision concernant la conduite du réacteur. Enfin, le procédé suivant l'invention est utilisable non seule- ment dans le cas d'une centrale de production d'électricité équipée d'un réacteur nucléaire à eau sous pression mais également dans le cas de toute centrale de production d'électricité équipée d'un réacteur nucléaire d'un type quelconque. La surveillance peut se limiter aux éléments proprement nucléai- res de la centrale ou au contraire s'étendre à tous les éléments non nu- cléaires tels que la turbine utilisant la vapeur produite par le réacteur nucléaire. REVENDICATIONS i. Procédé de surveillance d'une centrale de production d'élec- tricité équipée d'un réacteur nucléaire consistant à recueillir des infor- mations quantitatives ou qualitatives appelées "paramètres", relatives au fonctionnement et à l'état des composants de la centrale, à comparer ces paramètres à des données de référence correspondant à un fonctionnement normal et à signaler les différences existant entre les paramètres et les données de références, caractérisé par le fait qu'on définit un ensemble de situations prédéterminées correspondant aux différentes phases de fonctionnement ou d'arrêt du réacteur suivant le niveau de la puissance dégagée par le coeur, les paramètres physiques du fluide primaire et leur évolution dans le temps, ou les demandes d'ac- tions relatives à la protection ou à la sauvegarde du réacteur, qu'on définit à chaque instant le type de fonctionnement du réacteur par son rattachement à l'une des situations prédéterminées, qu'on regroupe les paramètres utiles pour la surveillance de la centrale en sous-ensembles appelés "fonctions", correspondant chacun aux paramètres et conditions relatifs à l'accomplissementd'une tâche particulière et in- dispensable dans la centrale, qu'on détermine pour chacun des paramètres de chacune des fonctions son état, suivant une catégorie prédéterminée décrivant son aptitude à concou- rir à l'accomplissement de la fonction dans la situation considérée et re- présentant un niveau de dégradation par rapport à un fonctionnement normal suivant des spécifications prédéterminées, qu'on attribue à chacune des fonctions considérées l'état le plus défavo- rable attribué à l'un au moins des paramètres de cette fonction, qu'on détermine l'état global de la situation comne l'état le plus défa- vorable attribué à l'uxe au moins des fonctions, qu'on visualise les informations relatives à l'état global de la situa- tion, à l'état de chacune des fonctions et à tout changement d'état d'une quelconque de ces fonctions. 2. Procédé de surveillance suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on visualise les informations oelatives à certains paramètres particulièrement représentatifs des fonctions, dans la situation considérée. 3. Procédé de surveillance d'une centrale suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on visualise les informations relatives à l'état des matériels nécessaires pour l'accomplissement des fonctions et et pour la mise en oeuvre des systèmes de sécurité et de sauvegarde du ré- acteur 4. Procédé de surveillance d'une centrale suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait qu'on visualise les informations relatives à la disponibilité des systèmes de sécurité et de sauvegarde du réacteur. t