Les technologies informatiques d’acquisition rapide et de stockage des données permettent aujourd’hui de mettre en œuvre la surveillance en ligne avec des solutions nécessitant peu de développement et à des coûts raisonnables. Mais la réponse à l’implémentation de cette stratégie n’est pas uniquement technologique. La maintenance conditionnelle requiert également la disponibilité de personnels compé­tents pour :

• Identifier les causes d’anomalies et la prédiction de leur évolution.
• Modifier les conditions d’exploitation des équipements ou optimiser la gestion de la maintenance.

Caractéristiques du système

Surveillance d’équipement critique

Le PSAD est utilisé aujourd’hui par EDF pour surveiller en continu les conditions d’exploitation des équipements cri­tiques sur les centrales nucléaires. Pour certains équipe­ments, il est possible d’utiliser des solutions mobiles per­mettant l’acquisition ponctuelle de données, et l’analyse hors-ligne.

Le PSAD permet aujourd’hui de détecter, par exemple, les défauts suivants sur les équipements critiques :

• Circuit de refroidissement primaire :

- Pompes primaires : balourd, instabilité de palier, défaut d’alignement des paliers, fissure transverse de ligne d’arbre, frottements, défaut de fixation palier.

- Détection de corps errants : détection, localisation, iden­tification d’intensité d’impact.

- Structures internes du réacteur : oscillation de la cuve du réacteur, vibrations des barres du cœur, rupture du sup­port du bouclier thermique.

• Circuit secondaire :

- Turbine : frottements, balourd, distorsion thermique, défaut d’alignement, fissures.

- Alternateur : ventilation du rotor, vibrations, court-circuit, défaut du système de refroidissement du stator.

- Organes d’admission de vapeur sur la turbine : grippage des vannes, temps d’ouverture et de fermeture.

Acquisition et mesure

La fonction première du PSAD est d’acquérir les données qui caractérisent les conditions opérationnelles et le com­portement de l’équipement. À partir de ces données acquises sont calculées des données plus complexes, qui sont ensuite comparées à des données de référence, et interpré­tées par des experts à l’aide de la base de connaissance.

En fonction des types d’équipement et des types de phéno­mènes à interpréter, le système ouvre l’analyse aux gran­deurs suivantes :

• Signaux vibratoires : des capteurs de vibration (accéléro­mètres, capteurs de déplacement/vitesse) sont placés sur des machines tournantes telles que les pompes, turbines, alternateurs. Les signaux reconstitués font l’objet d’analyse spectrale, analyse synchrone, et de calculs de valeurs efficaces et crêtes, ce qui permet l’identification d’anomalies telles que fissure, instabilité palier, défaut d’alignement.
• Signaux acoustiques : des accéléromètres sont installés sur le circuit primaire, notamment sur la cuve du réacteur et les générateurs de vapeur, et permettent de détecter et de localiser les éventuels corps errants. Le principe est d’identifier des signaux de choc et de les isoler des bruits de fond. Une détection de seuil déclenche alors un enregis­trement des signaux (fichiers MP3) qui est envoyé au poste d’analyse pour stockage et analyse par des experts.
• Flux des neutrons : la variation du flux des neutrons, mesurée à des points spécifiques de la cuve du réacteur permet de détecter des mouvements d’oscillation de la cuve, de vibration des barres ou de vibration des assem­blages de combustible.
• Données du procédé : température, pression, flux, vitesse de rotation, position, état, retard, etc. Dans ces cas, des signaux statiques ou des mesures simples sont comparés avec des valeurs de référence, et permettent de détecter des défauts de tout type.

Enfin, une «fonction Perturbographie» peut être lancée pour échantillonner des données à une fréquence plus élevée sous certaines conditions prédéfinies (pouvant être la com­binaison

Analyse et outil de diagnostic

Pour ce type de systèmes informatiques, les caractéristiques ergonomiques de l’interface utilisateur sont essentielles. Un accent particulier a été mis sur la facilité et l’intuitivité de l’accès à l’information sur le PSAD :

• Un espace d’alerte est réservé en bas de chaque écran d’une station de diagnostic, de manière à ce que les opérateurs aient une vue globale de l’état de l’installation, et un état concis de chacun des équipements. En cas de défaut, un journal de bord d’alarmes est disponible, indiquant les détails et la chronologie des événements.
• La partie «espace de travail et définition du contexte» per­met à l’opérateur de recharger et sauvegarder rapidement un travail d’analyse, avec l’ensemble des données, cap­teurs, périodes de temps associés.
• Chaque donnée déclarée dans le système a une fiche réfé­rençant tous les paramètres et les traitements qui lui sont associés : paramétrage du capteur, configuration de la carte, fonctions de traitement et mécanisme d’alarme, etc. Cette fiche est accessible depuis chaque endroit où la donnée apparaît.

La représentation graphique, en échelles linéaires ou loga­rithmiques, permet à l’opérateur de visualiser des dia­grammes Nyquist, des vues 3-D en perspective, des histo­grammes d’amplitude, de manière à faciliter la prise de décision et la construction du diagnostic.

Le poste de surveillance embarque également des outils spé­cifiques qui facilitent l’analyse des conditions opération­nelles des équipements, telles que :

• affichage de données de perturbographie,
• surveillance des manœuvres des vannes,
• analyse du ralentissement et bilan de comportement des machines tournantes,
• identification des fréquences propres,
• écoute de signal audio pour la détection de corps errants.

L’analyse et le diagnostic peuvent donc être menés locale­ment pour une tranche nucléaire, mais également au niveau d’un site ou d’un parc entier, les postes étant reliés entre eux par le réseau informatique d’EDF. L’analyse globale et à dis­tance permet de comparer le comportement d’équipements similaires dans des conditions différentes, mais également de centraliser l’information pour les experts. Ceux-ci peu­vent alors mener des analyses comparatives à grande échelle, collaborer à la mise en place de bonnes pratiques et accroître la connaissance du réseau d’expertise.

Les bénéfices obtenus par la mise en place du PSAD

Le Poste de Surveillance et d’Aide au Diagnostic se révèle être un outil efficace de capitalisation de l’expérience et d’amélioration des processus de maintenance. Il permet une réduction des coûts de maintenance et de gestion du vieillissement des équipements, un accroissement de la durée de leur fonctionnement ainsi que de leur disponibilité. Utilisé sur un parc de plusieurs sites et de nombreux réac­teurs, le PSAD est un outil important dans la gestion du retour d’expérience.

Les constructeurs proposent parfois des outils fonctionnelle­ment équivalents pour la surveillance d’un équipement donné, ce qui entraîne l’utilisation d’outils différents et hétérogènes par les opérateurs de maintenance pour la sur­veillance de l’ensemble des équipements critiques. Ceci a des conséquences importantes sur la gestion de la formation des équipes de maintenance, son coût, et ne permet pas de dégager des règles globales ni la mise en place de bonnes pratiques à un niveau national.

Les technologies informatiques mises en œuvre sur le PSAD sont évolutives et permettent de configurer le système à tra­vers un poste local, puis de l’étendre graduellement avec des serveurs et des stations distantes, jusqu’à des postes d’expertise centralisés. La démarche de mise en place est donc très progressive, et son évolutivité ouvre le champ à des équipements ou à des méthodologies de diagnostic qui apparaîtront sur les installations nouvelles. ●