Brevet FR2546330A1 — publié le 19841123

2546330- Procédé de détection des défauts de répartition de la puissance du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention a pour objet de détecter des défauts dans la répartition de puissance du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La puissance d'un réacteur nucléaire à eau sous pression peut être réglée par différents moyens, parmi lesquels la commande de l'insertion ou de l'extraction des grappes de contrôle, c'est-à-dire de barres de commande en matériau absorbant les neutrons Ces grappes de contrôle sont disposées parallèlement les unes aux autres à l'intérieur du coeur du réac- teur, entre les éléments combustibles. Il est très important, lors du fonctionnement du réacteur, de con- trôler non seulement la puissance du réacteur mais également la répartition de cette puissance En effet, une mauvaise répartition de la puissance peut porter atteinte à l'intégrité des éléments combustibles qui peuvent subir une dégradation irréversible sous l'effet de la chaleur qu'ils dégagent, si cette quantité de chaleur est trop importante pour être absorbée et entrai- née par le fluide caloporteur ou si la circulation de fluide caloporteur est insuffisante Les deux phénomènes que l'on veut surtout éviter sont d'une part la crise d'ébullition de l'eau sous pression au contact des élé- ments combustibles et d'autre part la fusion du combustible La crise d'é- bullition peut conduire à la formation d'un film de vapeur le long des élé- ments combustibles, ce film interdisant des échanges importants entre l'élé- ment combustible et l'eau sous pression, par un phénomène de caléfaction. Quant à la fusion du combustible, elle est due à un trop grand dégagement de puissance se traduisant par une élévation locale de température allant jusqu'au point de fusion du matériau; la fusion se produit lorsque la va- leur de la puissance par unité de longueur ou puissance linéique dépasse un certain seuil. Les deux phénomènes précités portant atteinte à l'intégrité des éléments combustibles peuvent être dus à une mauvaise position des grappes de contrôle: chute intempestive d'une grappe de contrôle qui se décroche de sa tige de commande; grappe non accrochée qui reste complètement insé- rée à la mise en service du réacteur; décalage d'une grappe par rapport aux grappes voisines. On sait repérer la position des tiges de commande des grappes mais, dans le cas d'une grappe qui se décroche de sa tige de commande, par exemple, le repérage de la position des tiges de commande ne permettrait pas de détecter un défaut. C'est pourquoi le but de la présente invention est un procédé de détection des défauts de répartition de la puissance du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression qui permette de détecter, de façon très sensi- ble, tous les défauts de répartition de puissance du coeur, quelle que soit leur localisation dans le coeur et quelle que soit leur cause Le but de l'invention est également de pouvoir détecter les défauts de façon très sûre, même lorsque certains capteurs sont, pour une raison quelconque, hors d'état de fonctionner. Le procédé de détection des défauts de répartition de la puissan- ce d'un réacteur nucléaire à eau sous pression selon l'invention est carac- térisé par le fait que l'on mesure au moins un paramètre représentatif de la puissance du coeur, chaque paramètre étant mesuré en un nombre déterminé de points, et que, pour chaque paramètre, on effectue la différence entre les deux valeurs extrêmes mesurées et le rapport de cette différence par la valeur mesurée la plus petite et l'on compare ce rapport à une valeur de consigne, un défaut étant détecté si ce rapport est supérieur à ladite va- leur de consigne. Afin d'obtenir une sensibilité encore plus grande, on peut calcu- ler en outre la dérivée par rapport au temps dudit rapport et comparer cette dérivée à une valeur de consigne, un défaut étant détecté si cette dé- rivée est supérieure à ladite valeur de consigne. De préférence, afin d'obtenir la sécurité optimale, les points de mesure de chaque paramètre sont répartis en plusieurs groupes, chaque point d'un groupe ayant dans chaque autre groupe un point homologue pour lequel la mesure dudit paramètre est redondante; on applique alors le procédé pré- cédemment décrit à chacun des groupes et l'on déclenche des mesures de sécu- rité si un défaut est détecté dans au moins N groupes, N étant un nombre en- tier fixé à l'avance, inférieur au nombre total de groupes. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité: ce dispositif comporte au moins huit capteurs de mesure disposés symétriquement à proximité de la périphérie du coeur; chaque cap- teur est associé à au moins deux capteurs homologues pour lequel la mesure est redondante; le dispositif comporte en outre des moyens de calcul dudit rapport et de comparaison à ladite valeur de consigne. Dans un premier mode de réalisation du dispositif selon l'inven- tion, les capteurs de mesure sont des chambres de mesure de flux neutroni- que hors coeur multi-étagées. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, les capteurs de mesure sont des capteurs de température. Dans un troisième mode, préféré, les capteurs de mesure sont cons- titués de chambres de mesure de flux neutronique et de capteurs de tempéra- ture. Dans ce cas, chaque chambre de mesure de flux est associée à trois autres chambres homologues, situées à des étages différents, pour les- quels la mesure est redondante et les capteurs de température sont situés chacun à la sortie d'un canal, c'est-à-dire d'un intervalle entre les assem- blages combustibles du coeur, o ils sont associés à deux capteurs homolo- gues pour lesquels la mesure est redondante. Le dispositif selon l'invention comporte en outre de préférence, à proximité du centre du coeur, un capteur de mesure d'un paramètre repré- sentatif de la puissance au centre du coeur, des moyens de comparaison de la valeur mesurée par ce capteur avec la moyenne des valeurs mesurées par les capteurs de mesure du même paramètre placés à proximité de la périphé- rie du coeur, et des moyens de correction de la valeur mesurée par le cap- teur situé à proximité du centre du coeur afin de tenir compte des écarts normaux entre le centre et la périphérie du coeur, ledit capteur de mesure étant associé à au moins deux capteurs homologues pour lesquels la mesure est redondante. On va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 représente une vue en plan du coeur d'un réacteur nu- cléaire muni de capteurs de mesure de paramètres représentatifs de la puis- sance du coeur. La figure 2 représente une coupe suivant AA de la figure 1. La figure 3 représente le dispositif d'interprétation des signaux de mesure de flux neutronique mesurés par les chambres de mesure de flux des figures 1 et 2. La figure 4 est une figure analogue à la figure 3 mais s'appli- quant aux signaux de mesure de température. On se reportera tout d'abord aux figures 1 et 2. Ces figures représentent schématiquement une cuve de réacteur 1 contenant un coeur 2 dans lequel on a dessiné un certain nombre de cases 3 (voir figure 1); ces cases contiennent, de façon classique, des éléments combustibles disposés parallèlement les uns aux autres, et certaines con- tiennent en outre des barres de commande en matériau absorbant les neu- trons, disposées en grappes,et pouvant glisser dans des tubes-guides placés dans les éléments combustibles Les éléments combustibles et les grappes n'ont pas été représentés, afin de ne pas surcharger les figures. Des chambres de mesure de flux neutronique 4 sont disposées à l'extérieur du coeur, proches de sa périphérie, dans quatre plans parallè- les différents, et dans chaque plan, aux extrémités de deux axes de symé- trie du coeur Ainsi, on voit clairement que dans le plan de la figure 1 se trouvent quatre chambres 4 situées à 45, 1350, 2250 et 315 Les chambres 4 sont des chambres tout-à-fait classiques qui émettent un signal de flux neutronique, fonction de la puissance du coeur Dans la suite, on appellera "groupe" l'ensemble des chambres de flux neutronique 4 situées dans un même plan Ainsi, les quatre chambres représentées sur la figure 1 appartiennent au même groupe On a représenté sur la figure 2 les plans P 1, P 2, P 3, P 4 comportant respectivement les chambres de flux neutronique 4 appartenant au groupe 1, au groupe 2, au groupe 3 ou au groupe 4 Les signaux émis par les chambres de flux neutronique 4 de chaque groupe entrent dans l'un des qua- tre dispositifs d'interprétation des signaux de chambres de flux neutroni- que 5, 6, 7 ou 8, suivant qu'ils appartiennent respectivement aux groupes 1, 2, 3 ou 4 Les dispositifs 5, 6, 7 ou 8 sont représentés plus en détail sur la figure 3 qui sera décrite plus bas. Des capteurs de température 9 sont disposés par trois, dans le plan de la figure 1, à la périphérie du coeur, et près du centre du coeur. Ces capteurs 9 sont situés uniquement dans un-plan, à la sortie des canaux dans lesquels circule le fluide primaire Les valeurs mesurées par les cap- teurs 9 sont donc les valeurs de la température de sortie du fluide primai- re en divers points de sortie de ce fluide et sont représentatives de la puissance du réacteur (La température d'entrée du fluide primaire est sup- posée la même pour tous les canaux; une variation éventuelle de cette tem- pérature entraine donc une variation identique de toutes les valeurs mesu- rées par les capteurs 9 et n'intervient pas dans la détection des défauts de répartition de la puissance) Les capteurs 9 sont disposés sur deux axes perpendiculaires, situés dans le plan de la figure 1, à 0 , 900, 1800, 270 , en ce qui concerne les capteurs périphériques, les trois autres cap- teurs étant situés à proximité de la grappe centrale Les deux axes sur les- quels sont situés les capteurs périphériques constituent les bissectrices des angles formés par les axes sur lesquels sont situées les chambres de flux neutronique Les capteurs de température 9 constituent trois groupes, '46330 1 ', 2 ' et 3 ' chaque groupe étant constitué de cinq éléments situés respecti- vement à O , 900, 1800, 270 , et à proximité du centre du coeur Comme on peut considérer que la température mesurée est la même pour les trois cap- teurs situés à la sortie d'un même canal, chaque capteur d'un groupe possè- de donc un capteur de température homologue effectuant une mesure redondan- te dans les autres groupes, de la même façon que les quatre chambres de flux neutronique 4 situées l'une au-dessus de l'autre dans des étages diffé- rents effectuent des mesures de flux redondante. Les signaux émis par les capteurs de température d'un même grou- pe entrent dans un dispositif d'interprétation des signaux 10, 10 ' ou 10 ". Ces dispositifs sont au nombre de trois, chaque dispositif correspondant à un groupe de capteurs 9 Sur la figure 2, les dispositifs 10, 10 ', 10 " n'ont pas été représentés. On se reportera maintenant à la figure 3 qui représente en détail le dispositif d'interprétation des signaux émis par les chambres neutroni- ques 4 On décrira l'interprétation des signaux du groupe 1 uniquement, l'interprétation des signaux des groupes 2, 3 et 4 étant analogue Les si- gnaux de mesure de flux d'un étage, c'est-à-dire les signaux des chambres 4 situées dans un même plan, à 450, 1350, 225 et 315 , sont appliqués à l'en- trée d'un dispositif d'interprétation, à savoir, pour le groupe 1 ici dé- crit, le dispositif 5 Les signaux entrent d'abord dans deux circuits sélec- teurs 11 et Il', le premier circuit, 11, choisit le signal le plus grand et le second circuit, 11 ', choisit le signal le plus petit parmi les quatre si- gnaux appliqués Les deux signaux de sortie de ces circuits 11 et 11 ', à sa- voir 12 et 12 ', sont comparés en 13 et le signal 14 ainsi obtenu est divisé en 15 par le signal 12 ', à savoir le signal le plus petit Le signal de sor- tie 16 est significatif d'une dissymétrie dans la répartition de puissance du coeur Ce signal 16 est appliqué à un relais à seuil 17 qui, en fonction d'une valeur de consigne, délivre un signal logique, témoin d'un défaut de répartition de la puissance du coeur Ce signal a été repéré par 18 Les si- gnaux analogues aux signaux 18 issus des dispositifs 6, 7 et 8 correspon- dant aux groupes 2, 3 et 4, sont appliqués, en même temps que le signal 18 issu du dispositif 5 dans un dispositif 19 à logique majoritaire 2/4. Ainsi, si au moins deux des signaux tels que 18 dépassent un certain seuil, des mesures de sécurité sont déclenchées car l'on considère qu'un défaut est détecté. Le signal 16 est également appliqué à un module 20 permettant d'obtenir le signal 21 représentant la dérivée temporelle du signal 16 Ce signal 21 est appliqué à un relais à seuil 22 qui le compare à une valeur de consigne interne Le signal issu de ce relais 22 a été repéré par 23 et s'applique à un dispositif 24 de logique majoritaire 2/4 Dans ce disposi- tif 24 sont introduits également les signaux issus des dispositifs 6, 7 et 8 analogues au signal 23 mais concernant les groupes 2, 3 et 4 Des mesures de sécurité sont prises quand deux au moins des signaux 23 dépassent un cer- tain seuil On détecte ainsi les défauts fugitifs de répartition de puissan- ce du coeur correspondant à un déséquilibre transitoire de celui-ci. On se reportera maintenant à la figure 4 qui décrit les disposi- tifs 10, 10 ' et 10 " d'interprétation des signaux émis par les capteurs de température 9 De la même façon que précédemment, on ne décrira que le dis- positif 10 correspondant au groupe l A, les dispositifs 10 ' et 10 " correspon- dant aux deux autres groupes étant analogues. Les signaux de mesure des thermocouples périphériques, c'est-à- dire situés sur les axes 0 , 900, 1800 et 270 , sont appliqués à un circuit qui détermine un signal de valeur moyenne 26, d'une part, et à deux cir- cuits sélecteurs 27 et 28 qui déterminent le signal le plus grand 29 et le signal le plus petit 30, d'autre part. L'utilisation du signal 26 sera décrite plus loin Les signaux 29 et 30 sont comparés en 31 et le signal 32 issu du comparateur 31 est divisé en 33 par le signal 30, à savoir le signal le plus petit Le signal 34 ainsi obtenu est significatif d'une dissymétrie dans la répartition de puis- sance du coeur Ce signal 34 est appliqué à un relais à seuil 35 qui, en fonction d'une valeur de consigne, délivre un signal logique 36. Le signal de température moyenne 26 des thermocouples périphéri- ques est comparé en permanence au signal de mesure 37 des thermocouples cen- traux Le comparateur de ces deux signaux est repéré par 38 Le signal de sortie 39 de ce comparateur, représente l'écart entre la température du cen- tre et la température moyenne de la périphérie du-coeur, et est appliqué à un relais à seuil 40 permettant d'obtenir un signal logique significatif d'une détection de dissymétrie entre le centre et la périphérie du coeur. Un intégrateur 41 permet de recaler en permanence le signal 37 émis par le thermocouple central afin de tenir compte des écarts normaux de puissance entre le centre du coeur et la périphérie du coeur. Les signaux 36 et 36 ' issus des relais à seuil 35 et 40 sont ap- pliqués à un dispositif logique 42 dont le signal de sortie 43 est nul si les deux signaux 36 et 36 ' sont nuls, mais est égal à un si au moins l'un des deux signaux 36 ou 36 ' est égal à un c'est-à-dire si un défaut est dé- tecté à la périphérie du coeur ou entre le centre et la périphérie du coeur. Le signal de sortie 43 est appliqué ainsi que les signaux analo- gues issus des groupes 2 et 3 à un dispositif 44 à logique majoritaire 2/3. Ainsi des mesures de sécurité sont prises si un défaut de répartition de puissance est détecté dans au moins deux sur trois des groupes de capteurs de température. Ainsi, l'invention permet de détecter un défaut de répartition de la puissance du coeur quel que soit l'endroit o est situé ce défaut, dans l'un des quatre quadrants du coeur, ou sur l'un des quatre axes représentés sur la figure 1 ou encore au centre du coeur L'invention permet de détec- ter non seulement les défauts permanents mais aussi, au moyen du calcul de la dérivée, les défauts fugitifs pendant les déséquilibres transitoires Le mode de calcul utilisé permet une détection très sensible des défauts En outre le fait d'utiliser des mesures redondantes apporte une grande sécuri- té et permet aussi de réparer sans avoir à arrêter le fonctionnement du coeur, l'un des groupes de capteurs éventuellement défectueux. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit uniquement à titre d'exemple mais elle couvre également d'autres modes qui n'en différeraient que par des détails, par des varian- tes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, le choix et l'emplacement des capteurs de mesure peuvent varier en fonction de la structure géométrique du coeur (par exemple carrée ou hexagonale), du type de symétrie existant dans les groupes de grappes de contrôle manoeuvrées simultanément, ainsi que des contraintes liées éven- tuellement aux autres fonctions de ces détecteurs dans le système de protec- tion et de pilotage du réacteur. On aurait pu ainsi utiliser des chambres de flux neutronique plu- tôt que des capteurs de température pour contrôler le centre du coeur Le dispositif de l'interprétation des signaux aurait été semblable au disposi- tif décrit pour l'interprétation des signaux des capteurs de mesure de tem- pérature centraux. On aurait pu aussi utiliser uniquement des capteurs de mesure de température ou uniquement des chambres de mesure de flux neutronique. Il aurait été également possible de placer des capteurs à l'inté- rieur du coeur et non pas seulement à la périphérie Il aurait alors fallu prévoir des dispositifs de récalage pour tenir compte des écarts de tempéra- ture qui existent de façon normale à l'intérieur du coeur, la température diminuant du centre vers la périphérie du coeur. D'autre part, les dispositifs 19 et 24 pourraient être conçus dif- féremment, par exemple de logique majoritaire 3/4. Le nombre de groupes de capteurs de température pourrait égale- ment être différent, par exemple 4, le dispositif 44 étant alors de logique majoritaire 2/4 ou 3/4. REVENDICATIONS 1 Procédé de détection des défauts de répartition de la puissan- ce du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, caractérisé par le fait: que l'on mesure au moins un paramètre représentatif de la puissance du coeur, chaque paramètre étant mesuré en un nombre déterminé de points, et que, pour chaque paramètre, on effectue la différence entre les deux valeurs extrêmes mesurées ( 12 et 12 '; 29 et 30) et le rapport ( 16; 34) de cette différence par la valeur mesurée la plus petite ( 12 '; 30) et l'on compare ce rapport ( 16, 34) à une valeur de consigne, un défaut étant dé- tecté si ce rapport ( 16; 34) est supérieur à ladite valeur de consigne. 2. Procédé de détection selon revendication 1, caractérisé par le fait que l'on calcule en outre la dérivée ( 21) par rap- port au temps dudit rapport ( 16) et que l'on compare cette dérivée ( 21) à une valeur de consigne, un défaut étant détecté si cette dérivée est supé- rieure à ladite valeur de consigne. 3. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les points de mesure ( 4; 9) de chaque paramè- tre sont répartis en plusieurs groupes (groupes 1, 2, 3, 4; groupes 1 ', 2 ', 3 '), chaque point d'un groupe ayant dans chaque autre groupe un point ( 4; 9) homologue, pour lequel la mesure dudit paramètre est redondante, que l'on applique le procédé selon la revendication 1 ou 2 à chacun des groupes (groupes 1, 2, 3, 4; groupes 1 ', 2 ', 3 ') et que l'on déclenche des mesures de sécurité si un défaut est détecté dans au moins N groupes, n étant un nombre entier fixé à l'avance, inférieur au nombre total de grou- pes. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins huit capteurs de mesure ( 4, 9) d'au moins un paramètre représentatif de la puissance du coeur, disposés symétriquement à proximité de la périphérie du coeur, chaque capteur ( 4, 9) étant associé à au moins deux capteurs homologues pour lequel la mesure est redondante et qu'il comporte en outre des moyens de calcul ( 5, 6, 7, 8; , 10 ', 10 ") dudit rapport ( 16, 34) et de comparaison à ladite valeur de consigne. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les capteurs de mesure sont des chambres de me- sure ( 4) de flux neutronique hors coeur multi-étagées. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les capteurs de mesure sont des capteurs de tem- pérature ( 9). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les capteurs de mesure sont constituées de cham- bres de mesure de flux neutronique ( 4) et de capteurs de température ( 9) . 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque chambre de mesure de flux neutronique ( 4) est associée à trois autres chambres homologues situées à des étages différents, pour lesquelles la mesure est redondante, et que les capteurs de température ( 9) sont situés chacun à la sortie d'un canal et sont asso- ciés à deux capteurs homologues pour lesquels la mesure est redondante. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, à proximité du centre du coeur, un capteur de mesure ( 9) d'un paramètre représentatif de la puissan- ce au centre du coeur, des moyens de comparaison ( 38) de la valeur ( 37) me- surée par ce capteur ( 9) avec la moyenne ( 26) des valeurs mesurées par les capteurs de mesure ( 9) du même paramètre placés à proximité de la périphé- rie du coeur et des moyens de correction ( 41) de la valeur ( 37) mesurée par ce capteur ( 9) pour tenir compte des écarts normaux de puissance entre le centre et la périphérie du coeur, ledit capteur de mesure ( 9) étant associé à au moins deux capteurs homologues ( 9) pour lesquels la mesure est redon- dante.