FR2623654A1 - Procede de reglage de la pression de vapeur dans une centrale nucleaire, et circuit de regulation permettant la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de réglage de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire et un dispositif de régulation permettant la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif comportant un régulateur recevant un signal d'écart entre une valeur de consigne 20 et une valeur mesurée 30 de la pression de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'anticipation 200 délivrant un signal 281 qui s'ajoute, dans un sommateur 300, au signal délivré par le régulateur, ce circuit d'anticipation comportant un premier sommateur 270 qui compare une valeur calculée représentative de la puissance totale demandée au réacteur et une valeur mesurée de la puissance fournie par ce réacteur. Application aux centrales nucléaires.

Description

Procédé de réglage de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire
t et c irc u it de régulation permettant la mise en oeuvre du procédé.

La présente invention concerne un procédé. de réglage de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire.

Elle concerne également un dispositif de régulation permettant la mise en oeuvre de ce procédé.

Dans les centrales nucléaires de production d'électricité, certains cas de fonctionnement particuliers conduisent à une augmentation de la pression de vapeur de la turbine et, pour limiter cette pression, on prévoit un circuit de contournement vapeur.

Ces cas de fonctionnement particuliers peuvent être, par exemple, le rejet de charge partiel, l'ilotage appelé aussi rejet de charge total, l'arrêt momentané de la turbine, l'arrêt d'urgence ou encore le pilotage en mode opérateur au cours des phases de démarrage ou d'arrêt de la centrale.

Ce circuit de contournement est muni de vannes et, d'une manière connue et habituelle dans les centrales, ces vannes sont commandées par un dispositif de régulation comportant un régulateur du type à action proportionnelle et dérivée, qui agit en fonction de l'écart existant entre une valeur de consigne de pression de vapeur et la valeur mesurée de cette pression. La valeur de consigne est élaborée à partir de la pression mesurée à la première roue de la turbine et de paramètres prédéterminés en fonction des cas de fonctionnement particuliers enumérés précédemment.

Dans le cas particulier de l'arrêt d'urgence, la puissance demandée par la turbine diminue très rapidement, mais la puissance fournie par le réacteur diminue aussi très rapidement car toutes les barres de contrôle chutent dans le coeur du réacteur en 2 à 3 secondes.

Le dispositif de régulation muni seulement d'un régulateur est, dans ce cas, suffisant pour éviter des perturbations dans le circuit vapeur lors de l'ouverture ou de la fermeture des vannes de contournement, mais en revanche, dans les autres cas particuliers, le dispositif de régulation ne permet pas d'éliminer les perturbations qui apparaissent dans le circuit vapeur lors des phases transitoires d'ouverture ou de fermeture des vannes du circuit de contournement.

La présente invention permet de réaliser une régulation sans à-coups lors de la mise en service, ou hors service, du circuit de contournement vapeur, en ajoutant, dans le dispositif de régulation, un circuit assurant'une anticipation de l'ouverture ou de la fermeture des vannes.

La présente invention a pour objet un procédé de réglage de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire, consistant à régler l'ouverture ou la fermeture des vannes du circuit de contournement vapeur en fonction de l'écart existant entre une valeur de consigne de pression de vapeur et la valeur mesurée de cette pression, caractérisée en ce que l'on anticipe l'ouverture ou la fermeture des vannes, cette anticipation étant proportionnelle à l'écart existant entre la puissance demandée au réacteur nucléaire et la puissance fournie par celui-ci exprimée sous forme d'un flux nucléaire.

Elle a également pour objet un dispositif de régulation de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire, comportant un régulateur de la commande des vannes de contournement, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit permettant une action d'anticipation d'ouverture ou de fermeture des vannes de contournement.

Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, un procédé selon l'invention et son dispositif de régulation associé.

- La figure 1 représente, de manière schématique, une centrale nucléaire.

- La figure 2 représente un dispositif de régulation selon l'invention.

Dans la figure 1 sont représentées une chaudière nucléaire A à eau pressurisée et une partie conventionnelle B, ces deux parties étant séparées par une enceinte C.

Une chaudière nucléaire A comprend un réacteur nucléaire 1 composé d'un coeur nucléaire 2 et de barres de contrôle 2A, et un ou plusieurs circuits primaires. Chaque circuit primaire (un seul étant représenté) comporte un générateur de vapeur 3, une pompe de circulation du fluide primaire, et les tuyauteries associées 5, o, 7. Un pressuriseur 8, installé sur l'un des circuits primaires, permet de maintenir la pression du fluide primaire constante.

La partie conventionnelle B comprend un circuit secondaire alimentant une turbine à vapeur 17 qui entrain un générateur électrique 12. Ce circuit secondaire est constitué du générateur de vapeur 3, d'un condenseur 13 installé en aval de la turbine, d'une pompe secondaire 15, des tuyauteries associées 15, 16, 9, 10, et d'un circuit de contournement vapeur 17 de la turbine.

La tuyauterie 9 comporte une vanne d'admission 18 de la vapeur dans la turbine, et le circuit de contournement comporte une vanne de contournement 19.

Sur le schéma, une seule vanne 19 a été représentée pour faciliter la compréhension. Le nombre total de vannes varie avec le nombre de générateur de vapeur et la puissance de la turbine utilisée.

La figure 2 représente le dispositif de régulation composé d'une partie conventionnelle 100, d'un circuit d'anticipation 200 et d'un sommateur 300 dont le signal de sortie 301 donne l'ordre d'ouverture ou'due fermeture de la.vanne 19.

La partie conventionnelle 100 se compose d'un sommateur 110 recevant un signal de consigne 20 élaboré en fonction de l'état de la centrale, et un signal 30 de mesure de pression de la vapeur, d'un régulateur à action proportionnelle et dérivée 120 de gain K, et d'un filtre du premier ordre 130.

Le circuit d'anticipation 200 se compose d'un relais 210 qui reçoit d'une part le signal de consigne 20 et d'autre part un signal fixe 40 de valeur élevée, de deux générateurs de gain 220 et 230, d'un sommateur 240, d'un module 250 sélection de minimum, d'un module 260 sélection de maximum, d'un relais d'addition 270 et d'un générateur de fonction 280.

Avant de décrire le procédé de l'invention permettant une action anticipatrice, décrivons la phase conventionnelle du procédé.

Lorsqu'apparaTt une différence entre le signal de consigne 20 et la pression réelle mesurée 30, le signal d'écart 121, sortant du sommateur 110, est appliqué à l'entrée du régulateur à action proportionnelle 120. Le signal de sortie 122 de ce régulateur est appliqué à l'entrée du filtre de premier ordre 130 et enfin, le signal de sortie 123 du filtre est appliqué à une première entrée du sommateur 300 de sorte que le signal de commande 301 de la vanne est équivalent au signal de sortie de la partie conventionnelle 100.

Selon l'invention, on fait entrer dans le sommateur 300, un signal supplémentaire 281 qui modifie le signal 301, donc l'instant d'ouverture ou de fermeture de la vanne 19. Ce signal est proportionnel à la différence existant entre une valeur de puissance totale demandée au réacteur, exprimée sous la forme d'un signal 261, et une valeur de flux électronique mesurée qui est une représentation de la puissance fournie par le réacteur, cette valeur étant exprimée sous la forme d'un signal 60. L'écart 271 entre ces deux valeurs est donc appliqué à l'entrée d'un générateur de fonction 280 dont le signal de sortie 281 est additionné, dans le sommateur 300, au signal de sortie 123 de la partie conventionnelle 100.

Calculons la puissance totale demandée au réacteur
Lorsque la vanne de contournement vapeur est ouverte et régule la pression de la vapeur, la puissance de la chaudière est proportionnelle à la différence entre la température moyenne du circuit primaire et la température du circuit secondaire. La température moyenne du circuit primaire est imposée par la régulation des barres de contrôle. La température du circuit secondaire est égale à la température de saturation de la vapeur, elle est donc imposée par la consigne de pression de la vapeur et la puissance absorbée par la turbine est représentée par la pression à sa première roue. La valeur calculée, représentative de la puissance totale du réacteur, est donc une combinaison linéaire de la pression de consigne Pc et de la pression Pîr à la première roue de la turbine et est de la forme : W tot. = A
B Pc + C Plr - W tot. = valeur calculée de la puissance totale du réacteur (rep. 251) - Pc = consigne de pression calculée (rep. 20) - Pir = pression à la première roue turbine (rep. 50) - A, B, C = coefficients constants déterminés par expérimentation dépendant de paramètres tels que le coefficient d'échange des générateurs de vapeur ou la pression secondaire à puissance nulle.

Le circuit d'anticipation 200 permet d'exprimer cette puissance totale de la manière suivante
Le signal de sortie 211 du relais est appliqué au générateur de gain 220. Le signal de sortie 221 du générateur 220 correspond au terme B Pc de la formule ci-dessus et il est appliqué à une première entrée du sommateur 240. A une deuxième entrée est appliqué le signal 232 issu du générateur de gain 230, qui reçoit la mesure 50 de pression à la première roue de la turbine. Le signal 232, sortant du générateur 230, correspondant au terme C Plr de la formule.

A une troisième entrée est appliqué un signal 231 qui est un coefficient fixe correspondant au terme A de la formule. Le signal de sortie 241 du sommateur 240, qui correspond à la valeur calculée de W tot, est appliqué à une première entrée du module de sélection de minimum 250. A l'autre entrée du module 250 est appliqué un signal fixe 242. Le rôle de ce module 250 est donc d'obtenir un signal de sortie 251 égal au signal 241 mais avec un maximum égal au signal 242. Ce signal de sortie 251 est appliqué à une première entrée d'un module -de sélection de maximum 260. A l'autre entrée de ce module est appliqué le signal 50 de a pression à la première roue de la turbine.

On comprend donc que le module 260 délivre un signal 261 maximal, correspondant soit à la puissance totale demandée W tot soit à la puissance demandée par la turbine exprimée par un signal de mesure de la pression à la première roue. Explicitons ces deux cas
Quand la vanne de contournement 19 est fermée, le relais laisse passer le signal 40 de forte valeur et le signal 221 est, dans ce cas, également de forte valeur. Le signal 241 est alors faible et le signal de sortie 251 est, dans ce cas, de même valeur que le signal 241. Le module 260 choisit le signal le plus élevé, c'est-à-dire le signal 50 de la pression à la première roue.

Quand la vanne 19 est ouverte, le relais 210 laisse passer le signal de consigne 20. Le signal 221 est alors plus faible et le signal 241 est plus élevé, tout en étant inférieur au signal 242 de forte valeur.

Mais, comme la pression à la première roue a chutée le signal 50 est plus faible que le signal 251, de sorte que le module 260 choisit le signal 251.

Ces deux sélecteurs permettent donc d'avoir deux signaux 251 ou 50 très proches, donc un signal 261 qui ne varie pas brutalement, évitant ainsi les à-coups. Ce signal 261, qui peut être aussi utilisé comme valeur de consigne pour le réglage des barres de contrôle du réacteur nucléaire, est comparé dans un relais d'addition 270, avec la mesure de puissance du réacteur exprimée par le signal 60.

Le signal d'écart 271 entre les deux valeurs de puissance du réacteur, demandée et mesurée, est appliquée à l'entrée du générateur de fonction 280.

La caractéristique de celui-ci, qui définit la'courbe du signal de sortie 281, est symétrique par rapport à l'origine et comporte une bande morte qui annule le signal 281 pendant le temps où les barres de contrôle sont suffisantes pour réaliser la variation de puissance souhaitée, soit environ 15 % de la puissance nominale.

Le signal de sortie 281, additionné dans le sommateur 300 au signal de sortie 123 du régulateur, permet d'anticiper, suivant l'état de la charge, l'ouverture ou la fermeture de la vanne de contournement vapeur, et régler de ce fait la puissance disponible à la turbine.

Par exemple, dans le cas d'un rejet de charge soit par déclenchement de la turbine, soit par tlotage, la puissance demandée par la turbine va chuter très rapidement, mais la puissance fournie par le réacteur va diminuer plus lentement, car le temps mis par les barres de contrôle pour s'insérer dans le coeur, est de l'ordre de 2 à 3 minutes.

La différence entre les valeurs de signaux correspondant à la puissance demandée par la turbine et à la puissance du réacteur croit rapidement, et le signal de sortie 281 du générateur de fonction 280 augmente également rapidement. Le signal de sortie 301 du sommateur 300 va donc augmenter de la même façon que le signal 281 et donner un ordre d'ouverture anticipée de la vanne de contournement de la vapeur, de façon à absorber la puissance excédentaire disponible au générateur de vapeur.

A l'inverse, quand la tranche revient vers une situation normale, l'écart entre la puissance demandée par la turbine et la puissance disponible au générateur de vapeur, va diminuer progressivement et le signal 281 va diminuer et ordonner la fermeture de la vanne de contournement 19.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1/ Procédé de réglage de la pression de vapeur dans une centrale nucléaire comportant, dans sa partie chaudière, un réacteur nucléaire composé d'un coeur nucléaire (2) et de barres de contrôle (2A) pénétrant dans ce coeur, un générateur de vapeur (3), et dans sa partie conventionnelle, une turbine à vapeur (11) entraînant un générateur électrique (12), un circuit de contournement (17) de cette turbine muni de vannes de contournement (19), procédé consistant à régler l'ouverture ou la fermeture des vannes du circuit de contournement vapeur en fonction de l'écart existant entre une valeur de consigne de pression de vapeur et la valeur mesurée de cette pression, caractérisée en ce que l'on anticipe l'ouverture ou la fermeture des vannes, cette anticipation étant proportionnelle à l'écart existant entre la puissance demandée au réacteur nucléaire et la puissance fournie par celui-ci exprimée sous forme d'un flux nucléaire.

2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine la puissance demandée au réacteur nucléaire, soit en fonction de la puissance demandée à turbine, exprimée par un signal de mesure de la pression à la première roue lorsque les vannes de contournement sont fermées, soit en fonction d'une puissance calculée lorsque les vannes de contournement sont ouvertes.

3/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on prévoit une bande morte annulant l'anticipation au cours d'une période où les barres de contrôle suffisent pour obtenir la variation de puissance.

4/ Dispositif de régulation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant un régulateur recevant un signal d'écart entre une valeur de consigne (20) et une valeur mesurée (.30) de la pression de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'anticipation (200) délivrant un signal (281) qui s'ajoute, dans un sommateur (300), au signal délivré par le régulateur, ce circuit d'anticipation comportant un premier sommateur (270) qui compare une valeur calculée représentative de la puissance totale demandée au réacteur et une valeur mesurée de la puissance fournie par ce réacteur.

5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit d'anticipation comporte un module sélection de maximum (260) qui choisit entre la pression mesurée à la première roue de la turbine, et la puissance calculée.

6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'anticipation comporte un deuxième sommateur (240) qui délivre un signal représentatif de la puissance calculée.

7/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de fonction (280), installé entre le premier sommateur (270) du circuit d'anticipation (200) et le sommateur (300) commandant la vanne de contournement (19).