KR100265321B1 - 가압경수로형원자로보호계통용동적안전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여러 종류의 정지변수를 감시할 수 있는 동적안전시스템을 도입함으로써, 원자력 발전소의 안전성과 경제적 효율성을 향상시킬 수 있는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 24개의 계측신호를 각각 제공받아 필요로 하는 것을 각각 샘플링하는 다수의 제1멀티플렉서와, 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 다수의 AD 컨버터와, 원자로 정지를 판별하는 다수의 트립수단을 포함하는 제1공정시스템(10)과; 상기 다수의 트립수단에서 출력하는 22개의 정지변수를 수신하는 다수의 제2멀티플렉서와, 상기 다수의 트립수단으로부터의 22개의 출력들 중에 하나를 샘플링하여 받아들인 후 정지논리를 수행하는 다수의 보우팅수단과, 실제출력패턴과 예상출력패턴을 비교하는 다수의 패턴 비교 논리수단과, 펄스를 DC로 변환시키는 다수의 DC 컨버터 및, 상기 다수의 DC 컨버터에서 출력되는 신호를 최종적으로 집계하는 최종 정지논리수단을 포함하는 제2공정시스템(20)과; 상기 최종 정지논리수단에서 출력된 신호에 따라 원자로를 정지시키는 원자로 정지 차단기 및; 정지 알고리즘에 따라 각각의 정지변수들에 대한 원자로 정지상태를 만드는 테스트 입력을 생성하는 테스트 입력 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

Description

가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템

본 발명은 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템에 관한 것이며, 특히, 원자력 발전소가 비정상 상태일 때 원자로를 디지털 방식으로 정지시킬 수 있는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 사용되는 원자로는 산업에 매우 유용하지만 잘못으로 인하여 사고가 발생하면 매우 위험하다. 이런 위험성을 미연에 예방하기 위하여 제반적인 사항을 고려하여 원자로의 운전을 정지시키기 위한 원자로 보호시스템이 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 원자로 보호시스템은 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 보이듯이, 대한민국에서 많이 사용되는 웨스팅하우스형 가압경수로의 원자로 보호시스템은 아날로그 회로와 하드웨어 로직을 기반으로 하며 원자로 정지 차단기(reactor trip breaker)를 포함하도록 구성되어 있다.

여기에서, 아날로그 회로는 공정계측계통이고, 하드웨어 로직은 솔리드 스테이트 프로텍션 시스템(SSPS ; solid state protection system 으로, 이하 SSPS라 함)이다. 이런 공정계측계통에는 7300카드가 사용되는데, 온도, 압력, 수위, 그리고 1차, 2차 계통유량과 같은 여러 파라미터들을 계측하고 이를 제어실에서 표시할 수 있도록 구성되고, 또한, 원자로와 그 밖의 구성기기들로부터의 신호가 흐르는 채널들을 형성하는데 신뢰도를 위해 주로 4개의 채널을 갖도록 구성되어 있다.

SSPS는 공정계측계통의 출력을 감시하고 동시논리를 이용하여 최종 원자로 정지신호를 생성한다. 여기에서, 전기적 잡음에 의한 영향을 막기 위해 SSPS의 논리회로에는 고임계값 집적회로(high threshold integrated circuit)가 사용되고, 입출력에는 릴레이가 사용되도록 구성되어 있다. 또한, SSPS의 논리(logic)는 UV카드로 구성되어 있는데, 일정한 수 이상의 입력이 일정한 조건을 만족하면 출력을 생성하게 구성되어 있다. 다시 말해서, SSPS의 논리는 공정계측계통으로부터의 입력에 대해 투표를 하는 셈이다. 이런 SSPS의 논리에는 2/4(2 out of 4 로서, 4개의 입력신호중 2개 이상이 원자로의 정지신호가 "0" 이면 출력으로 원자로 정지신호 "0" 을 내보냄으로써 원자로를 정지시키게 함), 2/3, 1/2, 4/4 와 같은 것이 존재한다.

아래에서, 앞서 설명한 바와 같은 특징을 갖는 구성요소들로 구성된 종래 기술의 원자로 보호시스템의 작동방법을 설명하겠다.

먼저, 각각의 구성기기의 센서(11)들에서 보내온 여러 종류의 신호를 공정계측계통인 7300카드(12)에서 각각 수신한다. 이렇게 여러 종류의 신호가 공급되면, 각각의 7300카드(12)에서 각각의 신호들을 계측하여 이를 제어실(도시생략)에 표시하고, 이런 모든 신호들은 정지 알고리즘에 의해 처리된 후 SSPS(13)에 공급된다. 그러면, SSPS(13)에서는 공정계측계통의 출력을 감시하고 동시논리를 이용하여 최종적인 신호, 즉, 원자로를 정지시킬 것인지 아니면 원자로를 그대로 가동시킬 것인지에 관한 최종신호를 원자로 정지 차단기(14)로 송신한다. 이 때, 어느 한 파라미터라도 비정상 상태이면 원자로는 원자로 정지 차단기(14)에 의해 정지되게 구성되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이 구성된 종래 기술의 원자로 보호시스템은 아날로그를 기반으로 하여 구성되어 있기 때문에 디지털에 비해 복잡하고 현재 원자로 보호시스템에서 중요한 문제점 중의 하나인 계측신호와 제한치(setpoint)의 드리프트(drift)와 같은 문제점이 항상 존재한다.

또한, 이런 원자로 보호시스템의 유지보수를 위해 주기적으로 검사가 수행되는데, 현재 거의 전적으로 인력에 의존하고 있어서 많은 시간과 노력이 소비될 뿐만 아니라, 검사시 불필요한 원자로 정지의 위험성이 항상 내포되어 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디지털 기반의 동적안전시스템을 도입함으로써, 원자력 발전소의 안전성과 경제적 효율성을 향상시킬 수 있는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 원자로 보호시스템의 구성요소들을 설명하기 위한 블록도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템의 블록선도이고,

도 3은 도 1에 도시된 동적안전시스템의 테스트 입력 생성기의 배치관계를 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 도 1에 도시된 동적안전시스템의 온라인 상태의 자가검사 기능에 대한 설명으로 테스트 입력 생성순서를 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 도 1에 도시된 동적안전시스템의 패턴 비교 논리부를 설명하기 위한 도면이며,

도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 동적안전시스템의 시간관련 정지변수를 자가검사하는 방법을 설명하기 위한 도면.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 제1공정시스템 20 : 제2공정시스템

MUX : 멀티플렉서 VAC : 보우팅 알고리즘 컴퓨터

ADC : AD 컨버터 TAC : 트립 알고리즘 컴퓨터

PRL : 패턴 비교 논리부 DCC : DC 컨버터

FVL : 최종 정지논리부

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 원자력 발전소의 구성기기가 보내는 24개의 계측신호를 다수의 독립센서를 통해 24개의 계측신호를 각각 제공받아 필요로 하는 것을 각각 샘플링하는 다수의 제1멀티플렉서와, 상기 다수의 제1멀티플렉서로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 다수의 AD 컨버터와, 가압경수로의 원자로 정지변수에 대한 알고리즘 및 제한치를 내장하고 있으며 상기 제1멀티플렉서에 의해 샘플링된 계측신호를 이용하여 원자로 정지를 판별하는 다수의 트립수단을 포함하는 제1공정시스템(10)과; 상기 다수의 트립수단에서 출력하는 22개의 정지변수를 수신하는 다수의 제2멀티플렉서와, 상기 다수의 제2멀티플렉서를 이용하여 상기 다수의 트립수단으로부터의 22개의 출력들 중에 하나를 샘플링하여 받아들인 후 정지논리를 수행하는 다수의 보우팅수단과, 상기 보우팅수단을 하나의 패턴으로 만들어 실제출력패턴과 예상출력패턴을 비교한 후 패턴 불일치가 있을 경우 원자로 정지신호를 출력하는 다수의 패턴 비교 논리수단과, 상기 다수의 패턴 비교 논리수단에서 출력되는 펄스를 DC로 변환시키는 다수의 DC 컨버터 및, 상기 다수의 DC 컨버터에서 출력되는 신호를 최종적으로 집계하는 최종 정지논리수단을 포함하는 제2공정시스템(20)과; 상기 최종 정지논리수단에서 출력된 신호에 따라 원자로를 정지시키는 원자로 정지 차단기 및; 상기 다수의 보우팅수단과 상기 다수의 제1멀티플렉서를 연결하도록 배치되어 정지 알고리즘에 따라 각각의 정지변수들에 대한 원자로 정지상태를 만드는 테스트 입력을 생성하는 테스트 입력 생성기를 포함하며, 상기 제1공정시스템 및 제2공정시스템에서 시간관련 정지변수 및 온라인 자가검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수의 트립수단은 상기 시간관련 정지변수들이 처리되는 중에 시간지연이 생기지 않도록 시간 분배에 따른 병렬처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제2공정시스템은 상기 시간관련 정지변수들을 딜레이 타임 컨스텐트 타입과, 컨스텐트 타임 인터벌 타입 및, 리드 래그 타입으로 자가검사 할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수의 보우팅수단이 상기 테스트 입력 생성기를 제어하게 되고 상기 다수의 트립수단의 출력을 샘플링하여 상기 보우팅수단의 입력으로 받음으로써 상기 시간관련 정지변수를 처리하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수의 보우팅수단은 가압경수로의 2/4, 2/3, 1/2, 4/4의 정지논리들을 4/6논리로 모두 처리하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템 의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

먼저, 본 발명에 사용되는 동적안전시스템(dynamic safety system)에 대해 설명하겠다.

이런 동적안전시스템을 이용한 고등기체냉각로(advanced gas-cooled reactor)형의 원자로는 현재 사용되고 있다. 그러나, 이런 고등기체냉각로형의 원자로에 사용되는 동적안전시스템은 가압경수로형 원자로에 비해 감시해야 할 정지변수 및 정지 알고리즘이 단순하다. 여기에서, 정지변수란 원자로를 정지시킬 수 있는 여러 종류의 변수를 의미한다. 즉, 고등기체냉각로형의 원자로의 경우 핵연료다발 출구온도만을 정지변수로 사용하지만, 가압경수로형 원자로의 경우 다양한 종류의 원자로 정지변수를 사용하고 있다. 이로 인해, 가압경수로용 동적안전시스템은 다양한 종류의 정지변수를 처리할 수 있도록 구성되어 있고, 또한 정지 알고리즘도 매우 복잡하다. 즉, 가압경수로형 원자로는 정지 알고리즘에 있어서 시간관련 정지변수들이 존재한다. 예를 들면, 원자로 냉각펌프(reactor coolant pump)의 저 전력, 출력범위 중성자속, 오버온도(over-temperature ΔT - 원자로 정지변수 중의 하나이며, 이하 OTΔT 라 함) 등이 존재한다. 또한, 하나의 정지변수를 위해 여러 개의 계측신호를 필요로 하는 경우도 역시 존재한다. 예를 들어, OTΔT 정지변수의 경우에 있어서, 이를 위해 압력, 중성자 출력, 그리고 온도와 같은 계측신호들이 필요하다. 또한, 하나의 계측신호가 여러 개의 정지변수에 사용되는 경우도 역시 존재한다. 이러한 차이점으로 인해 기존의 고등기체냉각로형 원자로에 적용된 동적안전시스템을 가압경수로에 그대로 적용하는 것은 불가능하다.

그러므로, 앞서 설명한 여러 차이점을 극복할 수 있는 동적안전시스템을 가압경수로에 적용하기 위해서는 다음과 같은 문제점을 해결하여야 한다. 첫째, 가압경수로용 동적안전시스템은 시간관련 정지변수들을 처리할 수 있어야 한다. 기존의 동적안전시스템의 알고리즘만으로 시간관련 정지변수들을 처리하고 연속적인 온라인 자가검사를 하는 것은 불가능하다. 둘째, 가압경수로에 적용될 동적안전시스템은 여러 가지 종류의 정지논리(voting logic)들을 하나의 보우팅 알고리즘(voting algorithm)으로 처리할 수 있는 융통성을 가져야 한다. 셋째, 가압경수로용 동적안전시스템에서는 계측신호와 정지변수 사이의 관계도 고려해야 한다.

아래에서, 앞서 설명한 바와 같은 여러 요건들을 해결할 수 있는 본 발명의 구성요소들에 대해 설명하겠다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템의 블록선도이고, 도 3은 도 1에 도시된 동적안전시스템의 테스트 입력 생성기의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3에 보이듯이, 본 발명의 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템은 크게 제1공정시스템(10)과 제2공정시스템(20)과 테스트 입력 생성기(test signal generator) 및 원자로 정지 차단기(reactor trip breaker)로 구성되어 있다. 여기에서, 제1공정시스템(10)은 제1멀티플렉서(multiplexer, 이하 제1MUX 또는 MUX A, MUX B, MUX C, MUX D라 함)와, AD 컨버터(이하 ADC 또는 ADC A, ADC B, ADC C, ADC D라 함) 및, 트립 알고리즘 컴퓨터(trip algorithm computer)로 구성되어 있다. 또한, 제2공정시스템(20)은 제2멀티플렉서(multiplexer, 이하 제2MUX 또는 MUX E, MUX F, MUX G, MUX H라 함)와, 보우팅 알고리즘 컴퓨터(voting algorithm computer, 이하 VAC 또는 VAC A, VAC B, VAC C, VAC D라 함)와, 패턴 비교 논리부(pattern recognition logic, 이하 PRL 또는 PRL A, PRL B, PRL C, PRL D라 함)와, 펄스를 DC로 전환하는 DC 컨버터(pulse to DC converter, 이하 DCC라 함) 및, 최종 정지논리부(final voting logic, 이하 FVL이라 함)로 구성되어 있다.

이런 구성요소들에 대한 특징 및 작동관계를 아래에서 설명하겠다.

가압경수로에는 22개의 원자로 정수변수들이 존재한다. 이 정지변수들을 위해 계측되는 신호는 24개이고, 이런 24개의 신호는 원자로 및 각각의 구성기기에 대한 신호이다. 이런 24개의 신호는 각 계측신호마다 대부분 4개의 독립적인 센서를 가지고 있다. 도 2에 보이듯이, 이런 독립적인 센서는 1A,1B,1C,1D,2A,2B,2C ……로 표시되어 있으며, 각각의 구성요소가 4개씩으로 구성되어 있는 이유는 신뢰도를 높이기 위해서다.

먼저, 각각의 모듈에 대해 살펴보면, 제1MUX, 제2MUX는 24개의 계측신호 및 22개의 정지신호중 필요로 하는 것을 각각 샘플링하고, ADC는 제1MUX로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키며, TAC는 가압경수로의 원자로 정지변수에 대한 알고리즘 및 제한치(setpoint)를 내장하고 있어서 MUX에 의해서 샘플링된 계측된 신호를 이용해서 원자로 정지를 판별한다. 또한, VAC는 서로 다른 4개의 TAC에서 나온 신호를 가지고 정지논리(voting logic)를 수행한다. 또한, 테스트 입력 생성기는 정지 알고리즘에 따라 각각의 정지변수들에 대해 원자로를 정지상태로 만드는 테스트 입력을 생성하고 VAC와 제1MUX를 연결하도록 배치되어 있으며 각 신호들은 MUX 앞에서 연결되어 있다.

본 발명의 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템의 작동관계를 살펴보면, 먼저 제1공정시스템(10)에 있어서, 실제 계측신호가 테스트 입력과 함께 MUX A, MUX B, MUX C, MUX D에 각각 입력으로 들어간다. 그러면, 각각의 MUX에서 각각의 정지변수에 필요한 계측신호들을 샘플링하고, ADC A, ADC B, ADC C, ADC D에서 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시켜 TAC A, TAC B, TAC C, TAC D의 입력으로 보내준다. 이 때, 신호 채널의 분리를 위해 계측신호들은 서로 다른 MUX에 의해 샘플링되며 서로 다른 TAC에서 처리된다. 그러면, 각각의 TAC는 각각의 정지변수들을 처리, 즉, 각각의 변수에 대한 원자로 정지판별을 한 후에 일정한 주소에 출력값(원자로 정지 또는 정상)을 계속해서 업데이트(update)한다.

앞서 설명한 바와 같은 제1공정시스템(10)이 수행되면, 제2공정시스템(20)의 VAC A, VAC B, VAC C, VAC D는 서로 다른 4개의 MUX E, MUX F, MUX G, MUX H를 이용하여 제1공정시스템(10)의 TAC로부터의 22개의 출력들 중에 하나를 샘플링하여 받아들인 후 정지논리를 수행한다. 가압경수로의 경우에 있어서, 이런 정지논리는 2/4, 2/3, 1/2, 4/4가 있다. 이렇게 각각의 VAC의 출력들은 하나의 패턴으로 만들어지고 PRL A, PRL B, PRL C, PRL D에서 예상출력패턴과 비교된 후 패턴 불일치가 있을 경우 원자로 정지신호가 출력된다. 이 신호는 펄스를 DC로 변환시키는 DCC를 통하고 FVL을 거쳐 원자로 정지 차단기로 전달된다. 그러면, 원자로 정지 차단기의 전원은 차단되고 원자로는 정지된다.

앞서 설명한 제1공정시스템(10)에 있어서, 시간관련 변수들의 처리 때문에 생기는 다른 정지변수들을 처리할 때까지의 시간지연[예를 들어, 일정시간 신호를 계측해야 하는 정지변수의 경우 정지변수의 처리를 직렬(serials process)로 한다면 그 다음 정지변수들을 처리할 때까지 시간지연이 생기며, 이로써 정상적인 원자로 보호기능에 문제가 생길 수 있음]을 막기 위해, 각각의 TAC는 각각의 정지변수들을 병렬로 처리하도록 구성되어 있다.

또한, 제2공정시스템(20)에는 동적안전시스템의 온라인 자가검사기능(원자로 작동과 동시에 각각의 정지변수들의 처리에 대한 검사를 수행함)이 포함되어 있으며, 시간관련 정지변수들의 점검에 대한 문제로 인해 역시 병렬처리를 수행하도록 구성되어 있다.

아래에서, 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템의 제2공정시스템(20)에 있어서, 온라인상태의 자가검사기능에 대한 설명으로 테스트 입력생성 순서에 관해 설명하겠다.

도면에서, 도 4는 도 1에 도시된 동적안전시스템의 온라인 상태의 자가검사 기능에 대한 설명으로 테스트 입력 생성순서를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 보이듯이, 예를 들어, 8개의 정지변수들이 있는 경우에 있어서, 도면에서 "1"은 실제 계측된 신호를 받아들여서 정지변수를 처리한다는 것을 의미한다. 즉, 원자력 발전소가 정상상태일 경우 각각의 TAC에서 "1"이 출력된다는 것을 의미한다. 또한, "0"은 출력하도록 위조된 신호를 받아들여서 정지변수를 처리한다는 뜻이다. 이 도면에서, 테스트 세트(test set)는 예상출력패턴과 같고, 정지변수가 8개인 경우 한 테스트 세트의 처리가 끝난 후에 그 다음 정지변수를 테스트하도록, 테스트 세트에서 "0"을 한 칸씩 이동시킨다. 이러한 작업을 반복적으로 하여 모든 정지변수들에 대한 테스트를 수행한다.

아래에서, PRL의 작동방법에 대해 설명하겠다.

도면에서, 도 5는 도 1에 도시된 동적안전시스템의 패턴 비교 논리부를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 보이듯이, 상부의 패턴은 각각의 VAC로부터의 실제출력패턴이고, 하부의 패턴은 도 3에서 나온 테스트 세트와 같은 각각의 VAC의 예상출력패턴이다. PRL은 이 두 패턴이 불일치할 경우 원자로 정지 신호 "0"을 내보낸다. 이렇게 패턴의 불일치가 발생하는 경우는 다음 2가지가 있다. 첫째, 원자력 발전소가 실제로 정상상태가 아니어서 원자로 정지신호를 내는 경우인데, 예상출력패턴에 있어 그 정지변수의 출력값은 "1"이지만 실제출력패턴에서는 "0"인 경우에 정지신호를 내보낸다. 둘째, 동적안전시스템 자체에 이상이 있는 경우 어떤 정지변수를 테스트할 때, 예상출력패턴에서는 그 값이 "0"이 되지만, 동적안전시스템 자체의 이상으로 인해 "1"을 내보내는 경우이다. 이런 2가지의 경우에 원자로 정지신호가 출력된다.

아래에서, 본 발명에 사용되는 시간관련 정지변수의 처리방법과, 여러 종류의 정지논리들의 처리방법 및, 계측신호와 정지변수 사이의 관계를 더욱 구체적으로 설명하겠다.

가. 시간관련 정지변수의 처리방법

- TAC에서의 시간관련 정지변수의 처리방법

시간관련 정지변수의 처리를 위해 먼저 TAC에서는 모든 정지변수들에 대해 병렬처리를 수행한다. 기존의 TAC 알고리즘에서는 하나의 정지변수의 처리가 끝난 후에 그 다음 정지변수를 처리하게 된다. 그러나, 이런 알고리즘에 따르게 되면 시간관련 정지변수들이 처리되는 중에는 다음 정지변수가 처리될 때까지 시간지연이 생기게 되며 그것에 의해 정상적인 원자로 보호기능을 수행하는데 문제가 생긴다. 온라인 자가검사 기능도 영향을 받는 것은 물론이다. 그러므로, 시간관련 정지변수들을 처리하기 위해서는 시간분배에 따른 병렬처리가 먼저 필요하다. 즉, 본 발명에서는 VAC가 테스트 입력 생성기를 제어하게 되고 TAC의 출력을 샘플링해서 VAC의 입력으로 받음으로써 시간관련 정지변수의 처리가 가능하도록 하였다.

- 온라인 자가검사와 테스트 입력생성방법

시간과 관련되지 않은 일반의 정지변수들의 경우는 기존의 동적안전시스템의 알고리즘과 같은 패턴비교방법을 사용하여 자가검사를 수행한다. 그러나, 시간관련 정지변수들의 경우 기존의 획일적인 패턴비교방법으로는 자가검사가 불가능하다. 그러므로, 시간관련 정지변수들은 딜레이 타임 컨스텐트 타입(delay time constant type), 컨스텐트 타임 인터벌 타입(constant time interval type) 및, 리드 래그 타입(lead-lag type)으로 구분된 후 개별적으로 각각에 맞는 검사방법에 의해 자가검사가 수행되어 시간관련 정지변수들에 대한 테스트 입력생성과 온라인 자가검사가 가능토록 하였다.

이런 시간관련 정지변수들에 대한 테스트 입력 생성과 온라인 자가검사방법을 도 6 내지 도 8을 참조로 하여 설명하겠다.

도면에서, 도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 동적안전시스템의 시간관련 정지변수를 자가검사하는 방법을 설명하기 위해 딜레이 타임 컨스텐트 타입과, 컨스텐트 타임 인터벌 타입 및, 리드 래그 타입을 각각 도시한 도면이다.

도 6에 보이듯이, 딜레이 타임 컨스텐트 타입은 발전소 신호가 어느 한계를 넘어서 일정시간 이상 지속되면 원자로가 정지되는 경우이다. 그렇지만, 일정시간안에 정상상태로 돌아오면 원자로는 정지되지 않는다. 이런 타입의 정지변수들을 검사하기 위해 한계를 넘어서는 정도의 스텝신호가 테스트 입력으로 주어지고 딜레이 타임 컨스텐트보다 큰 시간동안 지속된다. 그리고 나서, VAC의 출력을 검사한다. 이 때, VAC의 출력이 원자로 정지상태가 아니면 원자로 정지신호가 생성된다. 만일 검사중이나 검사직전에 실제 계측신호가 한계를 넘어서면 검사는 즉시 중단된다.

또한, 도 7에 보이듯이, 컨스텐트 타임 인터벌 타입은 일정구간 사이의 신호값 차이가 어느 한계를 넘어서면 원자로는 정지된다. 이러한 정지변수는 한계를 넘어설 정도의 충분히 큰 펄스신호가 테스트 입력으로 주어지며, 그 후에 VAC의 출력을 검사한다. 역시 VAC의 출력이 원자로 정지상태가 아닌 경우 정지신호가 생성된다. 여기에 덧붙여 다음의 컨스텐트 타임 인터벌에서의 불필요한 원자로 정지를 막기 위해서, 실제 발전소 신호를 저장하고 있다가 검사가 끝난 후에 테스트 입력값 대신에 실제 신호값으로 복귀시켜 주도록 되어 있다.

또한, 도 8에 보이듯이, 리드 래그 타입은 리드 래그함수를 거친 후의 값이 한계를 넘어서는 경우 원자로는 정지된다. OPΔT, OTΔT정지변수들이 여기에 속한다. 리드 래드의 특성상 스텝 입력은 곧바로 스텝 출력을 생성하지 못하며 오랜 시간이 지난 후에 입력값에 근접한다. 그러므로, 온라인 자가검사를 수행하기 위해서는 먼저 스텝 출력을 내는 테스트 입력을 찾는 것이 선행되어야 한다. 스텝 출력을 내는 테스트 입력은 다음과 같이 계산된다.

상기 수학식 1의 방법을 통해 계산된 테스트 입력을 이용해서 곧바로 스텝 출력을 얻을 수 있고, 온라인 검사가 가능하게 된다. 이 경우에도 불필요한 원자로 정지를 예방하기 위하여 테스트가 끝난 후 리드 래그함수의 입출력 값을 테스트 직전 값으로 복귀시켜 주도록 되어 있다.

나. 여러 종류의 정지논리들의 처리

가압경수로용 동적안전시스템은 여러 종류의 정지논리들을 처리할 수 있는 융통성이 있어야 한다. 다시 말해 각각의 정지변수에 따른 서로 다른 정지논리들을 하나의 보우팅 알고리즘으로 처리할 수 있어야 함을 의미한다. 가압경수로의 경우 2/4, 2/3, 1/2, 4/4와 같은 정지논리들이 존재한다. 이러한 정지논리들을 하나의 알고리즘으로 처리할 수 있게 하기 위해 본 발명에서는 4/6논리를 사용하였다. 즉, 4/6논리를 실제입력 그리고 위조된 입력과 함께 사용함으로써 상기의 정지논리들을 모두 표현할 수가 있다. 예를 들어, 2/4논리의 경우 4/6논리에 4개의 실제입력을 그리고 2개의 원자로 정지 상태의 입력인 "0"을 넣음으로써 구현 가능하다.

다. 계측신호와 정지변수 사이의 관계

가압경수로의 원자로 보호시스템에서 하나의 계측신호가 여러 개의 정지변수에 사용되는 경우가 있다. 이 경우 동일한 계측신호를 사용하는 정지변수중 하나의 정지변수를 검사하기 위한 테스트 입력에 의해 다른 정지변수들도 원자로 정지 출력을 내보내게 되고 이로 인해 불필요한 원자로 정지가 발생할 위험이 있다. 이와 같은 원자로 정지를 예방하기 위해 먼저 새로운 입력주소를 각각의 정지변수에 배당하고 공통의 계측신호 값은 새로운 입력주소를 통해서 정지변수의 알고리즘에 입력되도록 한다. 그리고, 테스트 입력값은 공통의 계측신호의 주소를 통하지 않고 곧바로 새로운 입력 주소를 통해서 들어가도록 한다. 이렇게 해서 불필요한 원자로 정지 예방이 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템의 알고리즘은 프로그램어블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, 이하 PLC라 함)에 적용이 가능하다. 즉, PLC 모듈중 아날로그 모듈인 AVI와 AVO 모듈은 아날로그 신호입력과 아날로그 신호출력을 담당하는데, 이는 계측신호입력과 원자로 정지 차단기의 출력에 사용된다. 또한, DDI 모듈은 디지털 신호입력, DDO 모듈은 디지털 신호출력을 담당한다.

TAC 알고리즘 중 22개의 정지변수 알고리즘은 TAC내부에서 병렬로 처리되며, 입력은 4∼20㎃사이의 RIF신호이고, 출력은 디지털 타입인 0 또는 1 이다. 입력신호인 4∼20㎃사이의 구간은 TAC입력단에서 400∼2000구간으로 변환하여 정수계산을 수행한다. 즉, 소수 둘째 자리까지 연산을 하는 셈이 된다. 이와 같은 논리를 근거로 하여 PLC의 프로그래밍 도구인 MODSOFT를 이용하여 22개의 정지변수 알고리즘을 포함하는 TAC가 설계된다.

역시, PLC 프로그래밍 도구인 MODSOFT를 이용하여 VAC와 검사알고리즘이 다음과 같이 설계된다. 먼저, 4/6논리 구현방법에 대해 설명하면, 6개의 입력신호에서 4개 이상의 동시조건을 만족하는 조합의 수는 모두 22개이므로 4/6논리는 코일 레지스터 22세트의 병렬연결로 설계된다. 여기서, 첫 번째 세트는 채널 1, 2, 3, 4번이 정지신호를 내는 경우이고, 두 번째 세트는 1, 2, 3, 5번이 정지신호를 내는 경우이며, 이런 방법으로 계속해서 제일 마지막인 22번째 세트는 1, 2, 3, 4, 5, 6이 모두 정지신호를 내는 경우를 의미한다. 다음으로 온라인 자가검사 알고리즘의 구현에 있어서, 시간 비관련 정지변수들은 패턴비교방법을 이용해서 검사 알고리즘을 구현하였고 시간관련 정지변수들도 각각의 정지변수에 맞는 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 동적안전시스템은 컴퓨터 기반의 원자로 보호시스템으로서, 고등의 정지 알고리즘을 가능하게 하고, 원자로 보호시스템을 작고 유연성 있게 하며 아날로그의 문제점으로부터 벗어나게 해준다. 또한, 기존의 원자로 보호시스템의 경우 정지 알고리즘을 바꾸기 위해 하드웨어를 바꿔야 하는 반면에 동적안전시스템은 스프트웨어를 다시 프로그래밍하는 것만으로도 쉽게 더 나은 정지 알고리즘으로 바꿀 수 있다.

또한, 본 발명에 사용되는 동적안전시스템은 온라인 상태의 자가검사기능을 가지고 있고, 또한 미리 알고있는 패턴에 의해 테스트 입력을 끼워 넣음으로써 출력의 정확성을 기할 수 있다. 또한, 이런 테스트는 자동으로 그리고 연속적으로 원자로 운전과 함께 수행되므로, 검사시 소요되는 인력을 줄일 수 있고 테스트를 위한 주기적인 기간이 더 이상 필요하지 않고 불필요한 원자로 정지의 위험성을 줄일 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템은 고유한 이중안전장치를 갖는 구조와 자가진단 능력을 구비하고 있으므로, 인력과 원자로 정지율을 줄일 수 있다. 또한, 고장으로 인한 비용절감효과를 거둘 수 있을 뿐만 아니라 컴퓨터 기반의 시스템이기 때문에 원전의 정보에 대한 더 효과적인 이용이 가능해지고 이로 인해 안전 한계에 좀 더 가깝게 운전할 수 있으므로 더 나은 경제적 효율성을 기대할 수가 있다.

이상에서 본 발명의 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (5)

1. 원자력 발전소의 구성기기가 보내는 24개의 계측신호(plant signal)를 다수의 독립센서를 통해 24개의 계측신호를 각각 제공받아 필요로 하는 것을 각각 샘플링하는 다수의 제1멀티플렉서(multiplexer)와, 상기 다수의 제1멀티플렉서로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환시키는 다수의 AD 컨버터와, 가압경수로의 원자로 정지변수에 대한 알고리즘 및 제한치(setpoint)를 내장하고 있으며 상기 제1멀티플렉서에 의해 샘플링된 계측신호를 이용하여 원자로 정지를 판별하는 다수의 트립수단(trip means)을 포함하는 제1공정시스템(1O)과; 상기 다수의 트립수단에서 출력하는 22개의 정지변수를 수신하는 다수의 제2멀티플렉서와, 상기 다수의 제2멀티플렉서를 이용하여 상기 다수의 트립수단으로부터의 22개의 출력들 중에 하나를 샘플링하여 받아들인 후 정지논리(voting logic)를 수행하는 다수의 보우팅수단(voting means)과, 상기 보우팅수단을 하나의 패턴으로 만들어 실제출력패턴과 예상출력패턴을 비교한 후 패턴 불일치가 있을 경우 원자로 정지신호를 출력하는 다수의 패턴 비교 논리수단(pattern recognition logic means)과, 상기 다수의 패턴 비교 논리수단에서 출력되는 펄스를 DC로 변환시키는 다수의 DC 컨버터 및, 상기 다수의 DC 컨버터에서 출력되는 신호를 최종적으로 집계하는 최종 정지논리수단(final voting logic means)을 포함하는 제2공정 시스템(20)과; 상기 최종 정지논리수단에서 출력된 신호에 따라 원자로를 정지시키는 원자로 정지 차단기 및; 상기 다수의 보우팅수단과 상기 다수의 제1멀티플렉서를 연결하도록 배치되어 정지 알고리즘(trip algorithm)에 따라 각각의 정지변수들에 대한 원자로 정지상태를 만드는 테스트 입력을 생성하는 테스트 입력 생성기(test signal generator)를 포함하며, 상기 제1공정시스템(10) 및 제2공정시스템(20)에서 시간관련 정지변수 및 온라인 자가검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 트립수단은 상기 시간관련 정지변수들이 처리되는 중에 시간지연이 생기지 않도록 시간 분배에 따른 병렬처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2공정시스템(20)은 상기 시간관련 정지변수들을 딜레이 타임 컨스텐트 타입(delay time constant type)과, 컨스텐트 타임인터벌 타입(constant time interval type) 및, 리드 래그 타입(lead-lag type)으로 자가검사 할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다수의 보우팅수단이 상기 테스트 입력 생성기를 제어하게 되고 상기 다수의 트립수단의 출력을 샘플링하여 상기 보우팅수단의 입력으로 받음으로써 상기 시간관련 정지변수를 처리하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템.
5. (정정) 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다수의 보우팅수단은 가압경수로의 정지논리들을 4/6논리(logic)로 모두 처리하는 것을 특징으로 하는 가압경수로형 원자로 보호계통용 동적안전시스템.

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