Brevet FR2626403A1 — publié le 19890728

Système de protection d'un réacteur nucléaire en cas de chute d'un élément antiréactif. La présente invention concerne les réacteurs nucléaires. De manière générale elle s'applique dans les circonstances suivantes: Un réacteur présente un axe vertical. La réaction nucléaire qui a lieu dans le coeur de ce réacteur s'accompagne d'un flux neutronique qui est distribué autour de cet axe (et verticalement). Ce coeur présente des évidements verticaux distribués autour de cet axe et il est muni d'éléments antiréactifs commandables (barres de contrôle) qui peuvent descendre dans ces évidements pour absorber ledit flux neutronique et ainsi commander ladite réaction nucléaire. Il en résulte que la chute accidentelle d'un dit élément antiréactif dans un dit évidement absorbe localement ledit flux neutonique et perturbe sa distribution autour dudit axe. Une continuation de ladite réaction nucléaire peut alors endommager ledit coeur. C'est notamment pourquoi on prévoit un système de protection. Un tel système comporte classiquement des chaines de protection séparées en nombre supérieur à deux pour des raisons de sécurité. Chacune de ces chaînes comporte - un détecteur de flux neutronique disposé à distance dudit axe pour mesurer un flux neutronique local qui subit, en cas d'une dite chute d'un élément antiréactif, une diminution d'autant plus grande que ledit évidement o a lieu cette chute est plus proche de ce détecteur, - et un circuit de traitement primaire associé à ce détecteur pour fournir un signal primaire de chute seulement lorsque le flux neutroni- que mesuré par ce détecteur subit une diminution qui présente une vitesse de décroissance dépassant un seuil de vitesse prédéterminé. Lesdits détecteurs sont distribués angulairement autour dudit axe. Ledit système comporte en outre un circuit de traitement secondaire recevant des signaux de chute en sortie des dites chaines de protection et fournissant un signal secondaire de chute seulement - 2 - lorsqu'il reçoit au moins deux dits signaux de chute en sortie de deux de ces chatnes, respectivement, de manière à diminuer le risque qu'un tel signal secondaire de chute soit fourni en l'absence de chute d'un dit élément antiréactif, - et des moyens pour limiter la dite réaction nucléaire lorsque ledit signal secondaire de chute est fourni. De manière plus spécifique, on envisage la chute d'une ou plusieurs grappes de barres de contrâle, c'est-à-dire d'éléments antiréactifs, dans le coeur d'un réacteur nucléaire du type dit PWR, c'est-à- dire à eau pressurisée. Une telle chute a pour consé- quence principale de perturber la distribution du flux neutronique dans le coeur. Cette perturbation peut être très importante et risque de provoquer la crise d'ébulllition de l'eau, donc l'endomma- gement des crayons combustibles, si aucune action de protection n'est entreprise. Une telle action de protection consiste notamment en une mise en oeuvre desdits moyens pour limiter la réaction nucléaire. Vis à vis de ce risque et d'autres risques, les organes électri- ques de sauvegarde et de sécurité d'un réacteur nucléaire sont répartis en quatre groupes distincts appelés chaînes de protection. Chacun de ces groupes est indépendant des autres groupes. Ils sont alimentés par des sources distinctes et sont implantés dans les locaux séparés. Les câbles de liaison entre les différents composants d'un même groupe cheminent par des parcours différents et séparés des parcours utilisés pour les autres groupes. La puissance du réacteur est mesurée par des détecteurs de flux neutronique à temps de réponse court installés à l'extérieur du réacteur et cette mesure est utilisée par les organes de sécurité. Pour des raisons d'encombrement et de positionnement il y a un détecteur par point de mesure et non pas quatre sondes comme pour d'autres mesures. Chacun de ces détecteurs est affecté à une chaîne de protection. De manière connue le coeur du réacteur présente la forme d'un réseau à maille carrée inscrit dans un carré circonscrit. Par rapport à ce carré circonscrit, les quatre détecteurs de flux neutronique sont placés sur des axes diagonaux!voir figure 1). - 3 - I1 doit cependant être compris que le système selon l'invention peut s'appliquer tout aussi bien à un réacteur à réseau hexagonal. L'action de protection du réacteur est provoquée lorsque deux des quatre chaînes (logique 2/4) constatent une vitesse de décroissance rapide qui dépasse par valeur négative un seuil de vitesse égal typiquement à 2 à 3 % du flux nominal par seconde. Cette vitesse est la dérivée du flux mesuré, par rapport au temps, cette dérivée étant filtrée en fréquences. Ce dépassement de seuil intervient dans les tout premiers instants de l'incident, lorsque la puissance nucléaire baisse transitoi- rement pendant la chute de la grappe, avant que les systèmes de régulation et les contre-réactions aient un effet sensible. On sait que ces systèmes et contre réactions tendent à rétablir l'équili- bre entre la puissance nucléaire et la puissance demandée par la turbine à vapeur classiquement alimentée à partir du réacteur nucléaire. La protection du coeur doit être assurée même si l'une des quatre chaine de protection est défaillante (critère de défaillance unique). Or la présence normale dans le coeur d'une ou plusieurs grappes absorbantes utilisées pour limiter la puissance nucléaire crée une perturbation radiale, acceptable en elle-même, du flux neutronique. Mais il a été trouvé que, dans le cas d'une chute accidentelle d'une ou plusieurs autres grappes, une telle perturbation pouvait affaiblir fortement le signal de détection de chute issu d'un voire deux détecteurs éloignés de la grappe ou des grappes qui sont tombées accidentellement. Seuls les deux détecteurs les plus proches peuvent donner alors un signal significatif. Or l'un de ces détecteurs peut être défaillant. C'est pourquoi, et dans le cadre du critère de défaillance unique cité plus haut, on doit considérer que des actions de protection rendues nécessaires par certaines chutes de grappes ne seront en fait pas entreprises, parce que ces chutes ne seront pas détectées par le système de protection. De tels cas de chute potentiellement non détectée de manière sûre doivent être pris en compte dans le dimensionnement de la chaudière et conduissent à en limiter les performances. -4- La présente invention a notamment pour but d'améliorer les performances d'une chaudière nucléaire en diminuant les contraintes imposées au constructeur par le risque de non détection d'une chute de grappe par le système de protection. Elle a pour objet un système qui comporte de manière connue les dites chaines de protection, - ledit circuit de traitement secondaire, - et lesdits moyens pour limiter la dite réaction nucléaire. Par rapport au système connu précédemment décrit, le système selon l'invention est caractérisé par le fait que chaque dite chaîne de protection comporte au moins deux dits détecteurs de flux neutroni- que décalés angulairement de plus de 90 degrés autour dudit axe, - deux dits circuits de traitement primaires associés respectivement à ces deux détecteurs pour fournir desdits signaux primaires de chute, - et un circuit de traitement intermédiaire pour recevoir ces signaux primaires de chute et fournir un signal intermédiaire de chute lorsqu'il reçoit au moins un signal primaire de chute d'au moins un des deux dits circuits de traitement primaire, - lesdits signaux de chute fournis en sortie desdites chaTnes de protection et reçus par ledit circuit de traitement secondaire étant constitués par ledits signaux intermédiaires de chute, de manière que ledit signal secondaire de chute soit fourni dans le cas d'une dite chute d'élément antiréactif même si la diminution consécutive du flux neutronique reçu par plusieurs desdits détecteurs relativement éloignés dudit évidement recevant cet élément antiréactif ne dépasse pas ledit seuil de vitesse de variation prédéterminé et r.me si en outre une défaillance sur l'une desdites chaines empêche la fourniture d'un dit signal primaire de chute à partir d'un dit détecteur relativement proche de cet évidement. De préférence, dans le cas o le dit coeur du réacteur présente en plan les symétries d'un carré, le nombre desdites chalnes de protection étant quatre, lesdits détecteurs se succèdent angulairement autour dudit axe avec un pas angulaire de 45 degrés. -- 5 - Chaque dite chaîne de protection comporte deux dits détecteurs décalés angulairement de 135 degrés ou de 180 degrés autour dudit axe. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en été donné cidessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence; Il doit être compris que les éléments mentionnés peuvent être remplacés par d'autres éléments assurant les mêms fonctions techniques. La figure 1 représente une vue du système connu précédemment mentionné. La figure 2 représenté une vue d'un premier système selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente une vue d'un deuxième système selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Conformément à la figure 1, un réacteur nucléaire à eau préssu- risée connu comporte un coeur 2 ayant un axe vertical A. Ce coeur présente en plan la forme d'un réseau carré dont les bords constituent partiellement le carré circonscrit précédemment mentionné. Les coins de ce carré sont coupés car ils ne font pas partie du coeur. C'est pourquoi ils ne sont pas représentés. Seule une partie médiane telle que 4 de chacun des côtés de ce carré est représentée car elle constitue une partie du bord du coeur. Ce coeur présente deux axes médians parallèles à deux de ses côtés et deux axes diagonaux parallèles à ses diagonales. Quatre détecteurs de flux neutroniques D1, D2, D3, D4 sont disposés à l'extérieur et à proximité de ce coeur sur les axe diagonaux. C'est- à-dire que, autour de l'axe vertical A et à partir d'un origine angulaire orientée vers le haut de la figure, ils sont placés dans des positions angulaires à 45, 135, 225 et 315 degrés. Quatre chaines de protection identiques comportent chacune l'un de ces détecteurs, - 6 - par exemple le détecteur D1, et un circuit de traitement primaire fonctionnant comme un dérivateur R1 suivi d'un organe de seuil S1. Ce circuit fournit le signal primaire de chute précédemment mentionné, ceci dans le cas o une chute accidentelle d'une grappe de barres de contrôle a lieu au voisinage de ce détecteur ou même, si la distribution antérieurement établie du flux neutronique le permet, à distance de ce détecteur. Un circuit de traitement secondaire 6 reçoit des signaux de chute fournis en sortie de ces quatre chaînes de protection. Ces signaux sont lesdits signaux primaires de chute. Ce circuit secondaire fournit le signal secondaire de chute précédemment mentionné si il reçoit deux signaux de chute en sortie desdites chaines. Ce signal secondaire de chute commande une action de protection du réacteur par des moyens non représentés qui provoquent la chute quasi immédiate de l'ensemble des barres de contrôle. A partir de ce système connu une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation de quatre détecteurs supplémentaires et dans leur couplage avec les quatre détecteurs habituels à l'inté- rieur des chaines de protection. Ces détecteurs supplémentaires ne sont pas nécessairement identiques aux quatre détecteurs habituels. Ils sont situés sur des axes médians, à l'extérieur du coeur. Il est préférable que la répartition des détecteurs soit faite de manière homogène sans que le pas angulaire soit obligatoi- rement de 45 . Les deux système représentés aux figures 2 et 3 assurent qu'en cas de chute accidentelle de grappe un minimum de trois détec- teurs appartenant à trois chaînes de protection différentes seront à proximité de la, ou des grappes, donc donneront un signal de chute important. Le système assure alors la protection en logique 2/4 même en cas de défaillance d'une chaîne. La différence entre ces deux système est la suivante: Le premier système représenté à la figure 2 présente l'avantage de la symétrie des chaînes: chaque chaîne comporte un détecteur diagonal et un détecteur médian. -7- Le deuxième système représenté à la figure 3 est quant à lui optimal vis-à-vis de la probabilité de détection d'une chute accidentelle: quatre détecteurs voisins appartiennent toujours à quatre chaînes différentes. En revanche, les chaînes sont dissymétriques en ce qui concerne les détecteurs: deux chaînes ne comportent que des détecteurs en position diagonales, les deux autres chaînes utilisant les détecteurs en position médiane. Selon les caractéristiques des détecteurs, qui peuvent dépendre de la position médiane ou diagonale, on choisira l'une ou l'autre des solutions, en tenant compte du fait que typiquement les circuits de traitement utilisés selon l'invention sont incorporés dans des unités de traitement qui assurent des fonctions de protection autres que celle qui a été décrite ci-dessus. Plus spécifiquement et conformément à la figure 2, le premier système selon l'invention comporte huit détecteurs: D1A, D4B, D3A, D1B, D2A, D4A et D2B dans les positions angulaires à 45, 90, , 180, 225, 270, 315 et 360 degrés respectivement, une même chaîne, par exemple la première, comportant deux détecteurs D1A et D1B dont les références comportent le même chiffre. Chaque chaîne comporte en outre deux circuits de traitement primaires RIA, S1A et R1B, S1B associés à ces deux détecteurs, respectivement, et un circuit de traitement intermédiaire P1 constitué par une porte OU. Dans le deuxième système selon l'invention représenté à la figure 3 les détecteurs se succèdent aux mêmes positions que dans le premier mais dans l'ordre suivant D1C, D2C, D3C, D4C, D1D, D2D, D3D, et D4D, le chiffre désignant ici encore le numéro de la chaîne à laquelle ils appartiennent. La première chaine, par exemple, comporte des circuits de traitement primaires R1C, S1C et R1D, S1D associés aux détecteurs D1C et D1D, respectivement, et le circuit de traitement secondaire P1. Ce deuxième système est par ailleurs identique au premier. REVENDICATIONS: 1/ Système de protection d'un réacteur nucléaire en cas de chute d'un élément antiréactif, ce système étant applicable à un réacteur dont un coeur est le lieu d'une réaction nucléaire et présente un axe vertical, cette réaction s'accompagnant d'un flux neutronique distribué au moins angulairement autour de cet axe, ce coeur présentant des évidements verticaux distribués au moins angulairement autour de cet axe et étant muni d'éléments antiréactifs commandables qui peuvent descendre dans ces évidements pour absorber ledit flux neutronique et ainsi commander ladite réaction nucléaire, de sorte que la chute accidentelle d'un dit élément antiréactif dans un dit évidement absorbe localement ledit flux neutonlque et perturbe sa distribution autour dudit axe et qu'une continuation de ladite réaction nucléaire peut alors endommager ledit coeur, ce système comportant des chaines de protection séparées en nombre supérieur à deux, chacune de ces chaines comportant - un détecteur de flux neutronique (D1) disposé à distance dudit axe (A) pour mesurer un flux neutronique qui subit, en cas d'une dite chute d'un élément antiréactif, une diminution d'autant plus grande que ledit évidement o a lieu cette chute est plus proche de ce détecteur, - et un circuit de traitement primaire (R1, S1) associé à ce détec- teur (D1) pour fournir un signal primaire de chute seulement lorsque le flux neutronique mesuré par ce détecteur subit une diminution qui présente une vitesse de décroissance dépassant un seuil de vitesse prédéterminé, lesdits détecteurs étant distribués angulairement autour dudit axe, - ledit système comportant en outre un circuit de traitement secon- daire (6) recevant des signaux de chute en sortie des dites chaines de protection et fournissant un signal secondaire de chute seulement lorsqu'il reçoit au moins deux dits signaux de chute en sortie de deux de ces chaînes, respectivement, de manière à diminuer le risque qu'un tel signal secondaire de chute soit fourni en l'absence -9 de chute d'un dit élément antiréactif, - et des moyens pour limiter la dite réaction nucléaire lorsque ledit signal secondaire de chute est fourni, - ce système étant caractérisé par le fait que chaque dite chaîne de protection comporte au moins deux dits détecteurs de flux neutroni- que (D1A, D1B) décalés angulairement de plus de 90 degrés autour dudit axe (A) , - deux dits circuits de traitement primaire (RiA, SIA et RlB, S1B) associés respectivement à ces deux détecteurs pour fournir desdits signaux primaires de chute, - et un circuit de traitement intermédiaire (P1) pour recevoir ces signaux primaires de chute et fournir un signal intermédiaire de chute lorsqu'il reçoit au moins un signal primaire de chute d'au moins un des deux dits circuits de traitement primaire, - lesdits signaux de chute fournis en sortie desdites chaînes de protection et reçus par ledit circuit de traitement secondaire (6) étant constitués par ledits signaux intermédiaires de chute, de manière que ledit signal secondaire de chute soit fourni dans le cas d'une dite chute d'élément antiréactif même si la diminution consécutive du flux neutronique reçu par plusieurs desdits détecteurs relativement éloignés dudit évidement recevant cet élément antiréactif ne dépasse pas ledit seuil de vitesse de variation prédéterminé et même si en outre une défaillance sur l'une desdites chaîne empêche la fourniture d'un dit signal primaire de chute à partir d'un dit détecteur relativement proche de cet évidement. 2/ Système selon la revendication 1, ce système étant applicable à un réacteur dont le coeur (2) présente autour dudit axe (A) la même symétrie qu'un carré autour de son centre, - le nombre desdites chaînes de protection (DlA, RIA, S1A, D1B, R1B, S1B, P1) étant quatre, - et lesdits détecteurs (DIA, D4B, D3A, D1B, D2A, D3B, D4A, D2B) se succédant angulairement autour dudit axe avec un pas angulaire proche de 45 degrés. 3/ Système selon la revendication 2 caractérisé par le fait que chaque dite caine de protection (D1A, RIA, S1A, D1B, RIB, SIB, - 10 - P1) comporte deux dits détecteurs (D1A, D1B) décalés angulairement de 135 degrés autour dudit axe (A). 4/ Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque dite chaîne de protection (D1C, R1C, SiC, D1D, 'R1D, S1D, P1) comporte deux dits détecteurs (D1C, D1D) décalés angulairement de 180 degrés autour dudit axe (A).