Brevet FR3082989A1 — publié le 20191227

Procédé de surveillance et de protection d'une centrale nucléaire à eau sous pression, et centrale nucléaire associée La présente invention concerne un procédé de surveillance et de protection d'une centrale nucléaire à eau sous pression. Une centrale nucléaire à eau sous pression possède un circuit d'eau primaire et un circuit d'eau secondaire séparés, un réacteur nucléaire pour chauffer l'eau circulant dans le circuit primaire, un ou plusieurs générateur(s) de vapeur couplant thermiquement le circuit primaire et le circuit secondaire pour transférer la chaleur du circuit primaire au circuit secondaire et produire de la vapeur dans le circuit secondaire, et une turbine à vapeur intégrée dans le circuit secondaire pour générer de l'énergie mécanique à partir de la vapeur. Cette énergie mécanique peut ensuite être convertie en énergie électrique à l'aide d'un générateur électrique couplé à la turbine à vapeur. Un des buts de l'invention est de proposer un procédé de surveillance et de protection d'une centrale nucléaire à eau sous pression permettant de maintenir la centrale nucléaire dans un domaine de fonctionnement satisfaisant, utilisable de préférence dans une large plage de puissance du réacteur nucléaire. A cet effet, l'invention propose un procédé de surveillance et de protection d'une centrale nucléaire à eau sous pression, la centrale nucléaire comprenant un circuit d'eau primaire et un circuit d'eau secondaire couplés thermiquement par l'intermédiaire de N générateur(s) de vapeur, N étant un nombre entier égal ou supérieur à 1, chaque générateur de vapeur étant configuré pour transférer de l'énergie thermique du circuit primaire au circuit secondaire, le circuit primaire intégrant un réacteur nucléaire pour chauffer l'eau du circuit primaire et le circuit d'eau secondaire intégrant une turbine pour produire de l'énergie mécanique à partir de la vapeur générée dans le générateur de vapeur, le procédé comprenant : - la mesure de paramètres de fonctionnement du circuit primaire et/ou du circuit secondaire ; - à partir des mesures des paramètres de fonctionnement, le calcul, respectivement pour chaque générateur de vapeur, d'une puissance primaire représentative de la puissance thermique générée par le réacteur nucléaire et envoyée vers le générateur de vapeur via le circuit primaire, et d'une puissance secondaire représentative de la puissance thermique extraite du générateur de vapeur par le circuit secondaire, - le calcul de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, d'une dérivée filtrée de la différence entre la puissance primaire et la puissance 2 secondaire et/ou d'une énergie accumulée par intégration de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire; et - la surveillance et la protection de la centrale nucléaire en fonction de la dérivée filtrée de différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, en fonction 5 de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire et/ou en fonction de l'énergie accumulée calculée(s) pour chaque générateur de vapeur. Le calcul de la dérivée de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire et/ou d'une énergie accumulée calculée par intégration de la différence entre la puissance 10 primaire et la puissance secondaire, permet de détecter un éventuel déséquilibre entre la puissance primaire et la puissance secondaire, qui peut être le signe d'une surproduction ou d'une sous-production d'énergie primaire anormale, d'un dysfonctionnement dans le transfert de l'énergie thermique entre le circuit primaire et le circuit secondaire et/ou d'un dysfonctionnement du circuit secondaire. 15 La détection d'un tel déséquilibre permet de prendre les mesures nécessaires pour, par exemple, limiter la puissance produite, en particulier en descendant des grappes de commande pour diminuer la réactivité du réacteur nucléaire et/ou arrêter le réacteur nucléaire. Selon des modes de mise en oeuvre particuliers, le procédé de surveillance et de 20 protection comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - il comprend le calcul de la puissance thermique générée par l'ensemble du coeur du réacteur nucléaire et/ou par les régions du coeur situées en face des boucles primaires en fonction d'une mesure du flux neutronique dans lesdites régions du coeur du réacteur 25 nucléaire ; - la mesure d'un flux neutronique est réalisée à l'aide de détecteurs de neutrons, chaque détecteur de neutrons étant situé à l'intérieur du coeur ou à l'extérieur de la cuve du réacteur nucléaire ; - il comprend le calcul de la puissance secondaire en fonction du débit de la 30 vapeur sortant du générateur de vapeur, de l'enthalpie massique de la vapeur sortant du générateur de vapeur, du débit de l'eau à l'état liquide entrant dans le générateur de vapeur et de l'enthalpie massique de l'eau à l'état liquide entrant dans le générateur de vapeur ; - la puissance secondaire est calculée en fonction en outre d'un débit d'eau à l'état 35 liquide purgée du générateur de vapeur et de l'enthalpie massique de l'eau à l'état liquide purgée du générateur de vapeur ; 3 - il comprend le calcul de la puissance secondaire en fonction de la pression en sortie du générateur de vapeur, de la température de l'eau du circuit primaire à l'entrée du générateur de vapeur, de la température de l'eau du circuit primaire à la sortie du générateur de vapeur, et du débit de l'eau dans le circuit primaire ; 5 - une puissance secondaire est calculée en fonction d'une puissance transférée du circuit primaire au générateur de vapeur, diminuée d'une puissance de création de vapeur représentative de la puissance nécessaire pour chauffer l'eau contenue dans le générateur de vapeur à la température de saturation du fait d'une variation de la pression dans le générateur de vapeur ; 10 - la puissance de création de vapeur est calculée en fonction de la masse d'eau présente dans le générateur de vapeur, de la capacité calorifique massique de l'eau présente dans le générateur de vapeur, de l'enthalpie latente massique de vaporisation de l'eau à l'état liquide contenue dans le générateur de vapeur, et de l'enthalpie massique de la vapeur en sortie du générateur de vapeur ; 15 - il comprend l'intégration de la dérivée de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire pour obtenir la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, sans erreur de mesure ou de calibration fixe ; - il comprend la diminution de la puissance du réacteur nucléaire lorsque la dérivée filtrée de différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, 20 passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur, la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur, et/ou l'énergie obtenue par intégration de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur ; 25 - un ou chaque seuil est prédéterminé ou paramétrable, par exemple en fonction de l'axial offset et de la puissance du réacteur nucléaire ; - la puissance primaire associée à au moins un générateur de vapeur est calculée comme la puissance thermique générée par le réacteur nucléaire rapportée au nombre N de générateurs de vapeur ; 30 - le nombre N est égal ou supérieur à 2 et chaque générateur de vapeur est situé dans une boucle primaire respective du circuit primaire, chaque boucle primaire étant alimentée par une tubulure d'entrée respective, chaque tubulure d'entrée étant située en regard d'une région respective du coeur, dans lequel la puissance primaire associée à au moins un générateur de vapeur est calculée en fonction de la puissance thermique 35 générée par la région du coeur située en regard de la tubulure d'entrée de la boucle primaire dans laquelle se situe le générateur de vapeur. 4 L'invention concerne également une centrale nucléaire comprenant un circuit primaire intégrant un réacteur nucléaire à eau sous pression pour générer de l'énergie thermique et un circuit secondaire intégrant une turbine pour convertir de l'énergie thermique en énergie mécanique, le circuit primaire et le circuit secondaire étant couplés 5 thermiquement par l'intermédiaire de N générateur(s) de vapeur, N étant un nombre entier égal ou supérieur à 1, chaque générateur de vapeur étant configuré pour transférer de l'énergie thermique du circuit primaire au circuit secondaire, et un système de surveillance et protection configuré pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance et de protection tel que défini ci-dessus. 10 L'invention concerne encore un produit programme d'ordinateur enregistrable sur une mémoire et exécutable par un processeur, le produit programme d'ordinateur contenant des instructions de code logiciel pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance et de protection tel que défini ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description 15 qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique d'une centrale nucléaire à eau sous pression ; - la Figure 2 illustre des étapes d'un procédé de surveillance et de protection de la 20 centrale à eau sous pression de la Figure 1 ; - la Figure 3 est un schéma bloc illustrant une unité de commande configurée pour la mise en oeuvre du procédé de commande de la Figure 2 ; et - la Figure 4 est un schéma bloc illustrant une unité de commande configurée pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon une variante. 25 La centrale nucléaire 2 illustrée sur la Figure 1 est une centrale nucléaire à eau sous pression. La centrale nucléaire 2 comprend un circuit d'eau primaire 4 (ou « circuit primaire >) et un circuit d'eau secondaire 6 (ou « circuit secondaire ») couplé thermiquement par l'intermédiaire de N générateur(s) de vapeur 8, N étant un nombre 30 entier égal ou supérieur à 1, chaque générateur de vapeur 8 étant disposé entre le circuit primaire 4 et le circuit secondaire 6 et configuré pour un échange de chaleur entre l'eau du circuit primaire 4 et l'eau du circuit secondaire 6. En fonctionnement, chaque générateur de vapeur 8 permet de générer de la vapeur dans le circuit secondaire 6. Chaque générateur de vapeur 8 est alimenté en 35 entrée avec de l'eau à l'état liquide et fournit en sortie de l'eau à l'état gazeux, i.e. de la vapeur d'eau. 5 Le circuit primaire 4 intègre un réacteur nucléaire 10 pour chauffer l'eau circulant dans le circuit primaire 4. Le circuit primaire 4 comprend N boucle(s) primaire(s) 11 fluidiques, chaque boucle primaire 11 reliant fluidiquement le réacteur nucléaire 10 à un générateur de 5 vapeur 8 respectif. Un seul générateur de vapeur et une seule boucle primaire 11 sont représentés sur la Figure 1. En variante, le circuit primaire 4 comprend plusieurs boucles primaires 11, par exemple quatre boucles primaires 11. Le réacteur nucléaire 10 possède une cuve 12 pour la circulation de l'eau du circuit primaire 4, à l'intérieur de laquelle se situe le coeur 10 14 du réacteur nucléaire 10. Chaque boucle relie la cuve 12 à un générateur de vapeur 8 respectif. Le coeur 14 est formé d'une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire 16 disposés côte-à-côte dans une cuve 15 du réacteur nucléaire 10. Chaque boucle primaire 11 est reliée à la cuve 15 par une tubulure d'entrée 11A et une tubulure de sortie 11B. 15 Le réacteur nucléaire 10 comprend des grappes de commande 18 pouvant être descendues et insérées dans le coeur 14 pour contrôler la réactivité du réacteur nucléaire 10. Les grappes de commande 18 comprennent par exemple des grappes de contrôle pouvant être insérées dans le coeur 14 pour diminuer la réactivité ou extraites du coeur 14 20 pour augmenter la réactivité, et des grappes d'arrêt pouvant être lâchées dans le coeur 14 pour provoquer un arrêt automatique du réacteur nucléaire 10. Chaque boucle primaire 11 comprend une pompe primaire 20 respective pour forcer la circulation de l'eau à l'intérieur de cette boucle primaire 11. Le circuit primaire 4 comprend un pressuriseur 22 configuré pour maintenir, dans 25 le circuit primaire 4, une pression suffisante pour que l'eau circulant dans le circuit primaire 4 reste à l'état liquide. Le pressuriseur 22 est relié fluidiquement à une branche chaude d'une boucle primaire 11, i.e. une branche dans laquelle le fluide circule du réacteur nucléaire 10 vers le générateur de vapeur 8 de cette boucle primaire 11. 30 Lorsque le circuit primaire 4 comprend plusieurs boucles primaires 11, le circuit primaire 4 comprend par exemple un seul pressuriseur 22 relié à la branche chaude d'une parmi les boucles primaires 11. Le circuit secondaire 6 comprend par exemple une seule boucle secondaire 23 alimentée en vapeur provenant du générateur de vapeur 8 de chaque boucle primaire 11. 6 En variante, le circuit secondaire 6 comprend une boucle secondaire 23 respective associée à chaque boucle primaire 11 et alimentée en vapeur provenant du générateur de vapeur 8 de cette boucle primaire 11. Le circuit secondaire 6 comprend au moins une turbine 24 configurée pour 5 convertir l'énergie thermique contenue dans la vapeur circulant dans le circuit secondaire 6 en énergie mécanique. Le circuit secondaire 6 comprend une ou plusieurs pompe(s) secondaire(s) 26 pour forcer la circulation de l'eau à l'intérieur du circuit secondaire 6. Le circuit secondaire 6 comprend un condenseur 28 disposé en aval de la turbine 10 24 pour refroidir la vapeur sortant de la turbine et la ramener à l'état liquide. Le condenseur 28 est par exemple disposé entre le circuit secondaire 6 et un circuit de refroidissement 30, le condenseur 28 étant configuré pour un échange de chaleur entre l'eau du circuit secondaire 6 et de l'eau circulant dans le circuit de refroidissement 30. La centrale nucléaire 2 comprend une génératrice électrique 32 couplée à la 15 turbine 24 de manière à générer de l'énergie électrique à partir de l'énergie mécanique générée par la turbine 24. L'énergie électrique est par exemple fournie à un réseau électrique. La centrale nucléaire 2 comprend un système de surveillance et de protection 40 permettant de surveiller et protéger la centrale nucléaire 2. 20 Le système de surveillance et de protection 40 comprend des premiers capteurs pour mesurer des premiers paramètres de fonctionnement, et des deuxièmes capteurs pour mesurer des deuxièmes paramètres de fonctionnement. Les premiers capteurs comprennent par exemple des détecteurs de neutron 42 pour mesurer un flux neutronique dans le réacteur nucléaire 10. 25 Les détecteurs de neutrons 42 comprennent des détecteurs de neutrons internes disposés à l'intérieur du coeur 14 (généralement appelés détecteurs « incore ») et/ou des détecteurs de neutrons externes (non représentés) disposés à l'extérieur de la cuve 15 du réacteur nucléaire dans laquelle est reçu le coeur 14 (généralement appelés détecteurs « excore 30 Les détecteurs de neutrons 42 sont par exemple des détecteurs de neutrons autoalimentés (aussi désigné par l'acronyme SPND pour REVENDICATIONS1.- Procédé de surveillance et de protection d'une centrale nucléaire à eau sous pression, la centrale nucléaire comprenant un circuit d'eau primaire (4) et un circuit d'eau secondaire (6) couplés thermiquement par l'intermédiaire de N générateur(s) de vapeur (8), N étant un nombre entier égal ou supérieur à 1, chaque générateur de vapeur (8) étant configuré pour transférer de l'énergie thermique du circuit primaire (4) au circuit secondaire (6), le circuit primaire (4) intégrant un réacteur nucléaire (10) pour chauffer l'eau du circuit primaire (4) et le circuit d'eau secondaire (6) intégrant une turbine (24) pour produire de l'énergie mécanique à partir de la vapeur générée dans le générateur de vapeur (8), le procédé comprenant : - la mesure de paramètres de fonctionnement du circuit primaire (4) et/ou du circuit secondaire (6) ; - à partir des mesures des paramètres de fonctionnement, le calcul, respectivement pour chaque générateur de vapeur (8), d'une puissance primaire (P1) représentative de la puissance thermique générée par le réacteur nucléaire et envoyée vers le générateur de vapeur (8) via le circuit primaire, et d'une puissance secondaire (P2) représentative de la puissance thermique extraite du générateur de vapeur (8) par le circuit secondaire, - le calcul d'une différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2), d'une dérivée filtrée d'une différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2) et/ou d'une énergie accumulée par intégration d'une différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2); et - la surveillance et la protection de la centrale nucléaire (2) en fonction de la dérivée filtrée de différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2), en fonction de la différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2) et/ou en fonction de l'énergie accumulée calculée(s) pour chaque générateur de vapeur (8). 2.- Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, comprenant le calcul de la puissance primaire générée par l'ensemble du coeur du réacteur nucléaire et/ou par les régions du coeur situées en face des boucles primaires en fonction d'une mesure du flux neutronique dans lesdites régions du coeur du réacteur nucléaire. 3.- Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 2, dans lequel la mesure d'un flux neutronique est réalisée à l'aide de détecteurs de neutrons (42), chaque détecteur de neutrons étant situé à l'intérieur du coeur ou à l'extérieur de la cuve du réacteur nucléaire. 21 4.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le calcul de la puissance secondaire en fonction du débit de la vapeur sortant du générateur de vapeur (8), de l'enthalpie massique de la vapeur sortant du générateur de vapeur (8), du débit de l'eau à l'état liquide entrant dans 5 le générateur de vapeur (8) et de l'enthalpie massique de l'eau à l'état liquide entrant dans le générateur de vapeur (8). 5.- Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 4, dans lequel la puissance secondaire est calculée en fonction en outre d'un débit d'eau à l'état liquide purgée du générateur de vapeur (8) et de l'enthalpie massique de l'eau à l'état liquide 10 purgée du générateur de vapeur (8). 6.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le calcul de la puissance secondaire en fonction de la pression en sortie du générateur de vapeur (8), de la température de l'eau du circuit primaire à l'entrée du générateur de vapeur (8), de la température de l'eau du circuit 15 primaire à la sortie du générateur de vapeur (8), et du débit de l'eau dans le circuit primaire (4). 7.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une puissance secondaire est calculée en fonction d'une puissance transférée du circuit primaire (4) au générateur de vapeur (8), 20 diminuée d'une puissance de création de vapeur représentative de la puissance nécessaire pour chauffer l'eau contenue dans le générateur de vapeur à la température de saturation du fait d'une variation de la pression dans le générateur de vapeur. 8.- Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 7, dans lequel la puissance de création de vapeur est calculée en fonction de la masse d'eau présente 25 dans le générateur de vapeur, de la capacité calorifique massique de l'eau présente dans le générateur de vapeur, de l'enthalpie latente massique de vaporisation de l'eau à l'état liquide contenue dans le générateur de vapeur, et de l'enthalpie massique de la vapeur en sortie du générateur de vapeur. 9.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, comprenant l'intégration de la dérivée de la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire pour obtenir la différence entre la puissance primaire et la puissance secondaire, sans erreur de mesure ou de calibration fixe. 10.- Procédé de surveillance et protection selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes, comprenant la diminution de la puissance du réacteur nucléaire (10) lorsque : 22 - la dérivée filtrée de différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2), passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur, - la différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2) 5 passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur, et/ou - l'énergie obtenue par intégration de la différence entre la puissance primaire (P1) et la puissance secondaire (P2) passe au-dessous d'un seuil inférieur et/ou au-dessus d'un seuil supérieur. 11.- Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 10, dans 10 lequel un ou chaque seuil est prédéterminé ou paramétrable, par exemple en fonction de l'axial offset et de la puissance du réacteur nucléaire. 12.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puissance primaire (P1) associée à au moins un générateur de vapeur (8) est calculée comme la puissance thermique générée par le 15 réacteur nucléaire rapportée au nombre N de générateurs de vapeur (8). 13.- Procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre N est égal ou supérieur à 2 et chaque générateur de vapeur (8) est situé dans une boucle primaire (11) respective du circuit primaire (4), chaque boucle primaire (11) étant alimentée par une tubulure d'entrée (11A) 20 respective, chaque tubulure d'entrée étant située en regard d'une région respective du coeur (14), dans lequel la puissance primaire (P1) associée à au moins un générateur de vapeur (8) est calculée en fonction de la puissance thermique générée par la région du coeur (14) située en regard de la tubulure d'entrée (11A) de la boucle primaire (11) dans laquelle se situe le générateur de vapeur (8). 25 14.- Centrale nucléaire comprenant un circuit primaire intégrant un réacteur nucléaire à eau sous pression pour générer de l'énergie thermique et un circuit secondaire intégrant une turbine pour convertir de l'énergie thermique en énergie mécanique, le circuit primaire et le circuit secondaire étant couplés thermiquement par l'intermédiaire de N générateur(s) de vapeur (8), N étant un nombre entier égal ou 30 supérieur à 1, chaque générateur de vapeur (8) étant configuré pour transférer de l'énergie thermique du circuit primaire au circuit secondaire, et un système de surveillance et protection (40) configuré pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15.- Produit programme d'ordinateur enregistrable sur une mémoire et exécutable 35 par un processeur, le produit programme d'ordinateur contenant des instructions de code 23 logiciel pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance et de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.