Les etudes de capacite de puissance ont montre qu’il etait possible de determiner un domaine de fonctionnement qui presente l’avantage notable de supprimer les contraintes liees au controle strict de la distribution axiale de puissance dans la bande AIref ± 5 % PN.

De plus, les methodes et les outils de calcul utilises dans les etudes de sQrete GARANCE pour le traitement de l’APRP ont montre qu’il etait possible de relever la valeur du Fq, ce qui apporte un gain supplementaire au niveau de la manreuvrabilite. Il s’agit d’une « modernisation » des Specifications techniques d’exploitation inspiree de l’expe — rience du mode G.

Les specifications techniques associees au domaine de fonctionnement sont les sui — vantes (figure 9.13) :

• le AI doit etre maintenu dans le domaine 1 ;

• pour passer au-dela de 90 % Pn, il faut que le AI soit reste dans le domaine 1 au cours des douze dernieres heures.

De maniere prosaVque, un plan de chargement donne simplement la correspondance entre un identificateur d’assemblage et une position geographique dans le creur indiquee en repere bataille navale. Le plan de chargement est dependant pour une large part du type de gestion du creur caracterisee, comme nous l’avons vu au chapitre 1, par:

• la fraction de creur recharge (tiers ou quart);

• le type d’assemblage : UO2, MOX, URE (Uranium de retraitement), …

• la presence eventuelle de poisons consommables comme le gadolinium.

Le plan de chargement est la premiere etape de l’etude de recharge proprement dite dont une part essentielle est l’etude de sQrete de la recharge formalisee par un Dossier specifique devaluation de sQrete de la recharge (DSS) ulterieurement complete par un Dossier specifique d’essais physiques au redemarrage (DSEP) et un Dossier specifique de fonctionnement pilotage (DSFP). Ces dossiers sont presentes au chapitre 6.

Le plan de chargement n’est valide qu’une fois les calculs devaluation de la sQrete effectues. Bien que les procedures d’execution des calculs de sQrete soient entierement automatisees, leur nombre tres important fait qu’il n’est pas possible dans les contraintes de temps imposees par l’exploitation et l’Autorite de sQrete de fournir simultanement le plan de chargement et le DSS. En pratique, le plan de chargement est etabli sur la base d’une irradiation previsionnelle estimee a partir de la date d’arret. L’etude de sQrete est realisee durant l’arret de tranche a partir de l’irradiation de fin de cycle anterieur reelle.

KP : coefficient de production

Figure 3.1. Domaine de notification.

La recherche du plan de chargement debute environ un mois avant l’arret de la tranche, normalement fige deux mois auparavant par le programme national de placement des arrets. Le plan est transmis a la centrale une semaine avant la date d’arret. On appelle burn-up de notification, l’irradiation moyenne du creur a la date previsionnelle d’arret utilisee dans l’etude du plan de chargement. Du fait de l’incertitude sur la date reelle d’arret de la tranche, le plan est valide dans une plage de l’ordre de ±200 MWj/t autour de la valeur previsionnelle de l’energie fournie par la tranche a la fin de la campagne en cours (figure 3.1). Le plan trouve devra alors verifier les criteres de sQrete a l’interieur du domaine de notification et donc pas seulement pour le burn-up de notification. En cas d’indisponibilite fortuite de la tranche, d’aleas sur le combustible ou si la longueur de campagne est en dehors de la plage de validite, le plan previsionnel sera repris.

Avant transmission au site, le plan de repositionnement determine a EDF est evalue par le fournisseur des assemblages combustibles a l’aide de sa propre charne de calcul (SCIENCE pour AREVA-NP par exemple). L’envoi du plan EDF se fait generalement trois a quatre semaines avant l’arret suivant le type de relations entretenues avec le fournisseur. Cette verification peut donner lieu a des iterations entre les differents bureaux d’etudes afin de s’assurer que toutes les parties respectent bien les criteres d’etablissement du plan. En dernier recours, la decision appartient a EDF.

Le planning des activites avant arret, hors aleas, est donne dans le tableau 3.1.

3.1. Les contraintes

La recherche d’un plan de chargement est soumise a un certain nombre de contraintes, de nature a la fois technique et economique. D’un point de vue technique, on peut ci — ter les contraintes resultant du modele de gestion du creur, de considerations physiques (symetrie, tilt), du respect des criteres de sQrete (Fxy, marges d’antireactivite, limitation du CTM) et de conception du combustible (irradiation maximale, nombre maximal de cycles, positionnement sous grappes) et des limitations de la fluence cuve. D’un point de vue

Tableau 3.1. Planning des activites avant arret.

*UNIE/GECC : Unite nationale de l’ingenierie d’exploitation / Groupe exploitation creur combustible; DCN : Division combustible nucleaire.

economique, il faut integrer les contraintes liees au placement des arrets (objectif de lon­gueur de campagne), a l’importance des marges pour la souplesse d’exploitation et a la gestion optimale des reserves.

Introduction

Le respect des criteres de sQrete et de conception des centrales nucleaires impose une surveillance permanente de l’etat de I’installation. Cette surveillance est operee grace a I’instrumentation des creurs REP composee de deux volets, nucleaire et non nucleaire. On aborde le principe de l’etalonnage des mesures issues de l’instrumentation externe du creur sur des mesures de reference obtenues par des mesures internes du flux neutronique et de la puissance thermique au secondaire.

4.1. Instrumentation nucleaire

L’instrumentation nucleaire permet la mesure du flux neutronique et de la reactivite. Elle peut etre classee en :

• Une instrumentation d’exploitation permanente :

— mesure du flux par des chambres externes (systeme RPN, Reacteur puissance nucleaire);

— mesure de la concentration en bore a l’aide d’un boremetre;

— mesure de la position des grappes de controle.

Elle est utilisee pour le pilotage et la surveillance de la tranche ainsi que pour la deter­mination des marges de fonctionnement.

• Une instrumentation d’essai periodique :

— mesure du flux par des detecteurs internes (systeme RIC, Reacteur instrumenta­tion creur);

— mesure de la concentration en bore effectuee manuellement par titrimetrie (do­sage acide-base).

Elle est utilisee comme reference pour l’etalonnage des mesures de l’instrumentation permanente.

On peut y ajouter le reactimetre qui permet la mesure de la reactivite du creur lors des essais de redemarrage de la tranche.

6.1.5.3.1. 1. Concentration en bore

Il s’agit de la mesure de reference pour evaluer precisement le potentiel reactif du creur. Celui-ci est dans sa configuration la plus reactive pour toute la campagne a venir. En effet, les grappes sont extraites, le reacteur est a puissance nulle sans Xenon aux conditions de temperature et de pression de l’attente a chaud a partir desquelles il peut etre rendu critique en exploitation normale. L’essai permet de verifier:

• la qualite des resultats experimentaux par trois dosages chimiques coherents avec prelevements sur la boucle et au pressuriseur qui doivent etre realises tous les quarts d’heure pour controler la bonne homogeneisation de la concentration en bore du circuit primaire et confirmer la mesure;

• les calculs previsionnels de la campagne : il s’agit en effet d’une configuration « propre » sans grappes en regime isotherme aisement reproductible a chaque cam­pagne et tout a fait adaptee a la comparaison calcul-mesure.

La concentration experimental en bore Toutes barres hautes s’ecrit:

CB(exp, TBH) = CB(manu, TBH) + ApR/eb(the, TBH)

+ aiSo(the, TBH) * (Tmoy — TREF)/eb(the, TBH)

avec :

• CB (manu, TBH) la moyenne de trois CB manuelles de la boucle;

• ApR le step de reactivite lie au passage du groupe R de sa position courante a la position haute du creur;

• eb(the, TBH) l’efficacite du bore configuration TBH;

• aiso(the, TBH) le coefficient de temperature isotherme TBH ;

• TREF la temperature de reference utilisee pour les calculs.

Cette mesure doit satisfaire le critere de conception suivant:

CB(exp, TBH) = CB(the, TBH) ± 50 ppm

Le non-respect de ce critere justifie la realisation d’autres mesures de CB et une investiga­tion particuliere. Il indique que le creur effectivement charge est trop peu ou trop reactif par rapport aux calculs previsionnels. Six causes potentielles peuvent etre avancees :

• erreur des mesures,

• erreur des calculs previsionnels de la campagne,

• erreur sur le repositionnement des assemblages,

• erreur sur I’irradiation des assemblages uses,

• erreur sur I’enrichissement des assemblages neufs,

• erreur sur le positionnement des grappes inserees.

Les trois derniers types d’erreur ne sont pas rencontres dans la pratique.

On peut alors envisager les actions suivantes a titre d’exemple :

• reetalonner le dosage acide-bore pour confirmer la mesure,

• visualiser la cartographie du creur,

• confirmer la position des grappes.

En pratique, les cas de depassement de criteres observes jusqu’a present etaient dQs a :

• un leger sur-enrichissement des recharges,

• une incertitude sur l’irradiation des assemblages,

• l’appauvrissement du bore.

Dans tous les cas, on cherchera a retrouver la coherence avec les autres resultats d’es — sais.

En cas de depassement du critere, les services centraux d’EDF reevalueront les acci­dents impactes (accidents de dilution) et les Cb minimales des etats standard d’arret.

Par definition, le facteur de pic radial Fxy(z) est le rapport, a une cote donnee, de la puis­sance lineique maximale d’un crayon a la puissance lineique moyenne de tous les crayons. C’est une grandeur sans dimension. Le facteur de pic radial sert donc a caracteriser la

distribution axiale des points chauds du creur. Sa reactualisation dans le systeme de pro­tection des REP 1300 MWe et N4 constitue un reglage sensible car elle permet de garantir la bonne representative des calculs effectues et ainsi de respecter les criteres de sQrete et d’optimisation des marges en puissance lineique et en REC.

En l’absence de poisons consommables, les facteurs de pic radiaux ont tendance a diminuer avec l’irradiation de la tranche en raison de l’effet de redistribution du flux. En revanche, pour des creurs contenant des assemblages avec poisons consommables comme la gestion GEMMES sur le palier 1300 MWe, les facteurs de pic radiaux ont tendance a remonter en deuxieme moitie du cycle. L’evolution des facteurs de pic radiaux passe par un maximum lors du « pic gadolinium » qui survient typiquement vers 85 % du cycle. Les facteurs de pic radiaux vont alors se situer dans les assemblages gadolinies de premier cycle en milieu de creur dont les crayons sont sous epuises et donc plus reactifs.

Avant implantation dans le systeme de protection, les facteurs de pic radiaux mesures sont penalises en fonction de l’irradiation pour prendre en compte des effets lies au risque IPG et au Fonctionnement prolonge a puissance reduite avec grappes inserees ainsi que l’accroissement eventuel des facteurs de pic radiaux entre deux essais periodiques.

En raison des difficultes de modelisation des processus conduisant a la rupture des crayons combustibles dans le cas de l’accident d’ejection de grappe, on se refere a des criteres empiriques definis experimentalement (« tirs » effectues sur des reacteurs d’essais de type CABRI en France, NSRR au Japon et SPERT aux Etats-Unis). Ces criteres de decouplage permettent de garantir la non-dispersion du combustible dans le refrigerant en cas d’ac — cident d’ejection de grappe. Ceux-ci se declinent en criteres locaux (au point chaud du creur ou pour l’assemblage haut burn-up) et generaux (thermohydraulique creur).

Au point chaud du creur, les criteres sont les suivants :

• l’enthalpie du combustible au point le plus chaud doit etre inferieure a 225 cal/g pour le combustible non irradie (burn-up nul) et a 200 cal/g pour le combustible irradie (burn-up < 47 GWj/t);

• la fusion du combustible est limitee a 10 % en volume du combustible au point chaud, meme si l’enthalpie moyenne de la pastille est inferieure a la valeur du critere precedent;

• la temperature maximale de la gaine au point chaud doit rester inferieure a la tem­perature de fragilisation de la gaine, soit 1482 °C pour des transitoires rapides qui ne donnent lieu qu’a une faible oxydation de la gaine.

Pour les assemblages haut burn-up (taux de combustion superieur a 47 GWj/t et jusqu’a 52 GWj/t), les criteres de decouplage a respecter sont les suivants : [41]

• la largeur a mi-hauteur du pulse de puissance vu par le combustible doit etre supe — rieure а 30 ms;

• la temperature de la gaine ne doit pas depasser 700 °C;

• l’epaisseur de zircone doit rester inferieure a 100 pm.

En outre, on impose un critere de decouplage vis-a-vis d’eventuels rejets radioactifs dans l’environnement:

• sur l’ensemble du creur, le pourcentage de crayons susceptibles d’entrer en crise d’ebullition doit rester inferieur a 10 %.

Enfin, vis-a-vis de la deuxieme barriere, le pic de pression du circuit primaire doit rester inferieur a 190 bar.

On distingue deux niveaux de protections vis-a-vis de l’accident d’ejection de grappe (figures 8.21 et 8.22) :

• a puissance minimale, ou pour une puissance inferieure a 10 % PN, l’arret automa — tique sera provoque par le signal de haut flux nucleaire gamme puissance seuil bas (25 % PN).

• pour une puissance superieure a 25 % PN, l’arret automatique sera provoque par le signal de haut flux seuil haut (109 % PN).

Les arrets automatiques intervenant en deuxieme niveau risquant d’etre tardifs ou ab­sents, il a ete necessaire de dimensionner un second ordre de protection susceptible d’in — tervenir en premier niveau, quel que soit le niveau de puissance nucleaire. Il s’agit de I’ordre d’arret automatique par augmentation rapide de flux nucleaire ^ positif.

Notons toutefois que lorsque I’AAR intervient, le point critique du transitoire est deja depasse puisque l’excursion de puissance est terminee et que le depot d’energie aussi. L’AAR ne sert done « qu’a arreter» le reacteur apres le transitoire neutronique et ther — mique. Le bon comportement du creur est aussi assure par ses caracteristiques neutro — niques intrinseques (efficacite des grappes, coefficient Doppler, …).

9.1. Fonctionnement et pilotage du reacteur

Le pare electronucleaire frangais est constitue de 58 tranches nucleaires de type REP. Elies fournissent environ 80 % de l’electricite consommee quotidiennement en France. Or, la consommation electrique varie non seulement au cours de la journee, mais aussi selon la periode de l’annee et en fonction de l’activite economique. Il est donc demande de faire participer les centrales nucleaires a l’equilibre global production/consommation a l’instar des centrales thermiques et hydrauliques. Il est alors necessaire de disposer du pilotage le plus souple possible pour moduler la puissance fournie par les tranches. On peut ainsi gagner en manreuvrabilite et en disponibilite, tout en maTtrisant la sQrete des installations.

9.1.1. Fonctionnement

La conduite d’une tranche nucleaire vise a satisfaire les deux objectifs suivants :

• sQrete irreprochable : respect des Specifications techniques d’exploitation (STE);

• disponibilite maximale : satisfaction des besoins du client, le reseau.

Le regime R est defini pour un mode de pilotage en base, a une puissance thermique maxi­male de 4250 MWth et un reglage de frequence primaire dans une bande de ±3 % PN.

Le mode de pilotage associe au regime R est le mode A.

Les groupes de controle sont constitues a partir des groupes definis pour le mode X :

• D : X1 + X2 + X3

• C : X4

• B : X5

En dessous de 15 % PN, il a ete choisi de piloter obligatoirement en mode A du fait de la perte de precision de la mesure de l’Axial-Offset et de I’interet moindre de le controler a basse puissance.

9.1.3.4.5.1. RegimeS

Le regime S est defini pour un fonctionnement en suivi de reseau a une puissance ther — mique maximale de 4036 MWth.

Au suivi de charge, pourra se superposer:

• un reglage de frequence primaire dans une bande de ±3 % PN,

• un reglage de frequence secondaire dans une bande de ±5 % PN.

Le mode de pilotage associe au regime S est le mode X.

9.1.3.4.5. Avantages

Le mode X a fait l’objet d’une campagne d’essais en 1990 et 1991 sur le REP 1300 MWe de Saint-Alban 2. Ces essais ont mis en evidence des gains :

• en manreuvrabilite car le mode X offre a l’exploitant la possibilite de choisir entre la capacite d’un retour en puissance et l’economie d’effluents et ainsi de realiser plus aisement des grands transitoires de fonctionnement,

• en pilotage car le mode X permet le controle de l’axial-offset en eliminant le risque d’une oscillation xenon.

Il n’est plus necessaire de realiser une courbe de calibrage des groupes puisque les recouvrements sont variables et ne dependent pas du niveau de puissance.

L’exploitant en choisissant le mode A peut fonctionner a un niveau de puissance plus eleve au prix d’une reduction des performances en terme de manreuvrabilite.

9.1.3.4.6. Contraintes

Les irradiations des assemblages barres en alternance par le groupe X1 et le sous-groupe gris X3 et leurs voisins immediats sont delicates a evaluer. En effet, la position des groupes qui controlent l’Axial-Offset evolue sans cesse.

Pour les memes raisons, l’extrapolation theorique des irradiations pour la recherche des plans de chargement peut presenter quelques difficultes.

La recherche du plan de chargement est faite selon un processus iteratif d’essais/erreurs dans lequel l’experience et l’intuition de l’ingenieur jouent un role primordial. Apres avoir choisi la position des assemblages, ce dernier lance un encharnement automatise de cal — culs qui simule le comportement du creur dans les conditions requises pour evaluer les differents criteres a respecter. La phase d’optimisation proprement dite reste manuelle avec l’aide d’interfaces graphiques vigilantes qui controlent la legitimite des positionnements d’assemblage demandes par l’utilisateur.

Cette situation s’explique par le nombre eleve de contraintes qui rend l’optimisation complexe. En realite, la marge de manreuvre pour une reelle optimisation, vis-a-vis de la longueur de campagne par exemple, est relativement etroite et elle conduit a des plans assez differencies meme s’ils sont batis sur la meme base. En pratique cependant, on cherche a satisfaire les differentes contraintes fortes dans un compromis sur l’aplatissement de la nappe de puissance, la fluence cuve et les marges de fonctionnement pour augmenter la souplesse d’exploitation tout en respectant les limites de sQrete.

Les plans de chargement selectionnes en debut de cycle doivent aussi etre valides par une evolution du creur jusqu’a la fin du cycle pour s’assurer du respect de la marge d’antireactivite requise. Cette evolution du creur en irradiation est egalement necessaire car les facteurs de pic de puissance peuvent augmenter en fin de cycle a cause de la presence de poisons consommables comme le gadolinium.

La temperature du refrigerant primaire est mesuree a l’aide de sondes a resistance situees sur des lignes de derivation des boucles primaires. Ces sondes sont au nombre de trois par branche :

• une utilisee pour la protection (P);

• une pour le controle (C);

• la derniere en reserve (R).

CD

Figure 5.11. Localisation des differents types d’instrumentation des REP.

L’installation des sondes dans des lignes de derivation plutot que dans les boucles elles — memes resulte d’une part de considerations de maintenance et d’autre part de la necessite de s’affranchir de l’effet de stratification du fluide en branche chaude susceptible de fausser la representative d’une mesure effectuee directement dans la tuyauterie. La prise du fluide par les lignes de derivation est assuree par 3 ecopes situees a 120° dans la tuyauterie qui assurent une homogeneisation du fluide preleve.

Cette etape, realisee sur les tranches CPY du palier 900 MWe et le palier 1300 MWe, permet de faire un bilan enthalpique et de realiser un reglage provisoire des seuils sur les CNP (C2 et AAR) et un reglage definitif des seuils sur les CNI (C1 et AAR).

En cas de detection d’un desequilibre azimutal de puissance important au demarrage a 8 % PN, une carte de flux optionnelle a 50 % PN permet de verifier la decroissance eventuelle du tilt ou l’evolution des puissances assemblages dans le cas d’un non-respect du critere de conception.