KR100314972B1 - 원자력 발전소용의 연료재장전 시스템 - Google Patents

원자력 발전소용의 연료재장전 시스템 Download PDF

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에이치. 덴트 토마스
에이. 하웰 데이비드
에이치. 리 리차드
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Abstract

전체 연료 운반 프로세스의 자동 제어 및 향상된 감시(automatic control and enhanced monitoring)를 제공하는 데이타 네트워크를 이용하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템(refueling system for a nuclear power plant)이 개시된다. 연료 재장전 시스템은 격납봉기 빌딩내의 연료 재장전 머신의 통합 제어, 연료 저장 빌딩내의 소모 연료 처리 머신(spent fuel handling machine), 및 빌딩들간의 연료 운반 시스템(fuel transfer system)을 제공한다. 시스템은 원격 제어 스테이션(remote control station)을 통해 전체 시스템의 감독 제어를 제공하고, 네트워크 고장의 경우에 시스템의 각 요소의 국부적인 온 라인 제어(on-line control)를 위한 능력을 동시에 가지며, 광 스캐너(optical scanner)에 의해 개별적인 연료 집합체를 자동적으로 식별할 수 있다. 네트워크에 접속된 인 마스트 시퍼(in-mast sipper)는 누출 연료 집합체에 대해 자동적으로 테스트한다. 개정된 코어 로딩 패턴 및 개정된 시퀀스 플랜(revised core load pattern and revised sequence plan)은 누출 연료 집합체를 발견하는 경우 시스템에 의해 계산될 수 있다.

Description

원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템
발명의 배경
본 발명은 원자력 발전소(nuclear power plants) 분야에 관한 것으로, 특히 핵 원자로(nuclear reactor)의 연료 재장전 동안 원자력 발전소내의 연료 집합체의 자동 이동 시스템에 관한 것이다.
경수로를 채용하는 원자력 발전소는 원자로의 연료 재장전 동안 주기적인 운전정지를 필요로 한다. 새로운 연료 집합체는 발전소로 운반되어 원자로로부터 이전에 제거될 수도 있는 사용된 연료 집합체와 함께, 연료 저장 빌딩내에 임시적으로 저장된다. 연료 재장전 정지 동안, 원자로내의 연료 집합체의 일부는 원자로로부터 연료 저장 빌딩으로 이동된다. 연료 집합체의 제 2 부분은 원자로내의 한 코어 지지 위치로부터 원자로내의 다른 코어 지지 위치로 이동된다. 연료 집합체의 제 3 부분은 원자로로부터 연료 저장 빌딩내의 연료 집합체 저장 위치로 이동된다. 새로운 연료 집합체는 연료 저장 빌딩으로부터 원자로로 이동되어 제거된 이들 연료 집합체를 대체한다. 이들 이동은 상세한 시퀀스 플랜에 따라 행해지므로 각 연료 집합체는 원자로 코어 설계자에 의해 마련된 전반적인 연료 재장전 플랜에 따라 특정 위치에 배치된다.
연료 재장전 활동은 원자력 발전소를 발전 동작으로 복귀하는 잉계 경로 상에서 흔히 발생하며, 따라서 발전소 소유자에게 이들 동작의 속도는 중요한 경제적고려사항이다. 더우기, 발전 설비 및 연료 집합체는 고가이고, 연료 집합체 또는 연료 운반 설비의 부적절한 처리로 인한 손상이 초래되지 않도록 조치가 취해져야 한다. 원자로 코어의 안전하고 경제적인 동작은 그의 적절한 위치에 존재하는 각 연료 집합체에 의존하므로, 이들 동작의 정확성도 또한 중요하다. 현재의 연료 재장전 시스템은 인간이 연료 운반 장비를 동작시킴으로 인해, 연료 재장전 수행자의 숙련도 및 조련도에 크게 의존한다. 연료 재장전 동작의 일부를 자동화하기 위한 여러 노력, 예를 들면, 엔. 시. 하워드(N. C, Howard) 등에 의해 공고된 미국 특허 제 4,427,623 호에는 원자로 격납봉기 빌딩내의 위치들간의 연료 집합체 자동 이동을 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허는 연료 저장 빌딩내 또는 연료 저장 빌딩과 원자로 격납봉기 빌딩간의 연료 집합체의 이동을 다루지는 않는다. 더우기, 기존의 시스템은 누출 또는 손상된 연료 집합체의 발견이 수반될 수도 있는 연료 재장전 플랜 또는 시퀀스 플랜내의 예상치 못한 변화를 처리하기 위한 융통성을 제한해 왔다. 이들 플랜은 발전소 운전정지 전에 발생되고, 플랜에 대한 임의의 개정이 보류 상태로 배치되는 연료 셔플링(fuel shuffling) 동작을 필요로 한다. 통상적으로, 현재의 원자력 발전소 연료 재장전 동작은 인간에 의해 주로 제어되며, 스케줄러(schedular), 안전성, 및 경제적 제한요건 모두는 수동 동작과 본질적으로 연관된다
발명의 개요
기존의 원자력 발전소 연료 재장전 설비의 속도, 정확성 및 안전성 제한요건에 비추어 보면, 본 발명의 목적은 연료 집합체의 자동 이동을 제공하는 연료 재장전 시스템을 기술하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 원자로의 안전한 연료 재장전을 성취하기 위해 연료 재장전 동작의 향상된 속도 및 연료 집합체 이동의 정확한 제어를 제공하는 시스템을 기술하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 재로드 플랜(reload plan) 또는 시퀀스 플랜(sequence plan)의 예상치 못한 변화를 처리하는 향상된 융통성을 제공하는 시스템을 기술하는 것이다. 따라서, 원자로 빌딩과 연료 저장 빌딩 사이의 연료 집합체를 이동시킬 수 있는 연료 운반 시스템과, 원자로와 연료 운반 시스템 사이 뿐만 아니라, 원자로내의 코어 지지 위치들간의 연료 집합체를 이동시킬 수 있는 연료 재장전 머신과, 연료 집합체 저장 위치와 연료 운반 시스템 사이 뿐만 아니라, 연료 집합체 저장 위치들간의 연료 집합체를 이동시킬 수 있는 소모 연료 처리 장치와, 조작자 인터페이스 수단을 포함하는 원자력 발전소용 자동 연료 재장전 시스템이 기술된다. 이 시스템은, 데이타 링크에 의해 상호접속된 다수의 노드와. 연료 운반 시스템, 연료 재장전 머신, 소모 연료 처리 머신, 조작자 인터페이스 수단에 접속된 노드를 포함하는 네트워크와, 네트워크의 노드에 접속되고, 연료 집합체 이동이 자동적으로 사전선택된 프로그램에 따라 자동적으로 수행되도록 하기 위해 연료 운반 시스템, 연료 재장전 머신, 소모 연료 처리 머신의 동작을 자동적으로 제어할 수 있는 연료 재장전 시스템을 제어하는 제어 수단과, 연료 로딩 플랜을 성취하기 위해 연료 집합체 이동의 시퀀스 플랜을 계산하며, 네트워크의 노드에 접속되고, 그의 출력이 제어 수단에 대한 입력을 포함하는 시퀀스 플래닝 수단을 특징으로 한다.
제 1 도는 본 발명에 따른 자동 연료 재장전 시스템의 개략도이고,
제 2 도는 제 1 도의 연료 재장전 시스템에 대한 제어 시스템의 일부를 도시하는 개략도이다.
제 1 도에는 원자력 발전소 원자로의 자동 연료 재장전용 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템은 원자로의 연료 재장전 동안 연료 집합체의 신속하고 안전한 이동을 제공하기 위해 원자로 격납봉기 빌딩(reactor containment building)(1) 및 연료 저장 빌딩(fuel storage building)(3)내에 위치된 연료 처리 설비의 제어를 통합한다.
핵 원자로(5)는, 그 원자로(5)의 동작 동안 연료 집합체(11)가 위치되는 다수의 코어 지지 위치(a plurality of core support locations)(9)를 갖는 코어 지지 판(core support plate)(7)을 포함한다. 연료 재장전 머신(refueling machine)(13)은 원자로(5)위에 위치되고, 전형적으로 격납봉기 빌딩 구조체(1)에 부착된 한 쌍의 레일상에 지지된다. 연료 재장전 머신(13)은 연료 집합체(11)를 상승시키고 이동하기 위한 수단을 제공하고, 이 수단은 한 쌍의 레일에 걸쳐서 놓여지고 제 1 수평 방향(first horizontal direction)의 레일을 따라 이동가능한 브리지(bridge)와, 브리지상에 탑재되어 전형적으로 브리지의 이동 방향에 수직인 제 2 수평 방향(second horizontal direction)의 브리지를 따라 이동가능한 트롤리(trolley), 트롤리에 매달려 수직 방향으로 이동가능한 호이스트(hoist), 및 연료 집합체(11)의 상부 노즐(top nozzle)(17)을 결합하는 호이스트 종단부상의 그리퍼(gripper)(15)를 포함할 수 있다. 그리퍼(15)가 원자로 코어 지지 위치(9)로부터 수직으로 상승함에 따라, 그리퍼(15)는 연료 집합체(11)를 에워싸고 보호하는 마스트(mast)(19)내에서 이동할 수도 있다. 연료 재장전 머신(13)은 원자로(5)와 연료 운반 시스템(fuel transfer system)(21) 사이뿐만 아니라, 원자로(5)내의 각종 코어 지지 위치들 간의 연료 집합체(11)를 이동시킬 수 있다. 연료 운반 시스템(21)은 격납봉기 빌딩(1)과 연료 저장 빌딩(3) 사이의 연료 집합체(11)를 운반하는데 사용되는 머신이다. 연료 운반 시스템(21)은 전형적으로 두 빌딩(1, 3) 사이에 수평 연료 운반 튜브(23)를 구비하며, 튜브(tube)(23)의 양 단부의 어팬더(upender)(25)는 수직 위치로부터 수평 위치로 연료 집합체(11)을 회전시킨다.
제 1 도의 자동 연료 재장전 시스템은 또한 연료 저장 빌딩(3)내에 위치된 소모 연료 처리 머신(27)을 구비한다. 소모 연료 처리 머신(27)은 각종 연료 집합체 저장 위치(29)들 사이뿐만 아니라, 연료 운반 시스템(21)과 연료 저장 빌딩(3)내의 다수의 연료 집합체 저장 위치(29) 사이의 연료 집합체(11)를 이동하기 위해 사용된다. 소모 연료 처리 머신(27)은 연료 집합체(11)의 상부 노즐(17)을 결합할 수 있고, 세 개의 이동축을 따라 연료 집합체(11)를 이동시킬 수 있다는 점에서 연료 재장전 머신(13)과 유사하다.
연료 재장전 동작은 현재 연료 재장전 머신(13), 연료 운반 시스템(21), 및 소모 연료 처리 머신(17)의 일련의 개별적이며 수동적으로 제어된 동작으로서 수행된다. 연료 재장전 플랜(refueling plan)은 핵 코어의 설계자에 의해 개발된다.
연료 재장전 플랜은 원자로(5) 동작의 다음 주기 동안 각 코어 지지 위치(9)에 연료 집합체(11)가 정확히 위치되도록 규정한다. 그 다음, 연료 재장전 플랜을 성취할 일련의 연료 집합체(11) 이동을 규정하기 위해 시퀀스 플랜(sequence plan)이 전개된다. 시퀀스 플랜은 저장 위치(29)로 또는 저장 위치(29)로부터의 연료 집합체(11)를 이동하는 단계, 및/또는 하나의 코어 지지 위치(9)로부터 다른 코어 지지 위치로 연료 집합체(11)를 이동하는 단계를 포함할 수도 있다. 발전소 연료 재장전 셧다운(shutdown) 동안, 조작자는 각종 연료 처리 머신을 수동적으로 제어하여 시퀀스 플랜을 성취한다.
제 1 도의 자동 연료 재장전 시스템내의 각종 연료 처리 비신의 동작을 조정하기 위해, 시스템은 네트워크를 포함한다. 네트워크는 컴퓨터 및 통신 시스템의 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 하나 이상의 데이타 링크(31)에 의해 접속된 다수의 노드이다. 데이타 링크(31)는 동축 케이블 또는 전화선과 같은 전기적 접속 또는 광 접속일 수도 있다. 제 1 도의 자동 연료 재장전 시스템의 네트워크는 연료 재장전 머신(13), 연료 운반 시스템(21), 및 소모 연료 처리 머신(27)에 접속된 노드를 포함한다. 이들 머신의 동작은 네트워크를 통해 제어기(33)에 의해 제어된다. 제어기(33)는 원하는 시퀀스 플랜(37)애 의해 프로그램될 수 있고, 조작자 인터페이스(35)에서 조작자에 의해 개시되는 경우, 제어기(33)는 내트워크상의 노드로서 접속된 각종 머신을 자동적으로 제어하여 시퀀스 플랜(37)에 따라 연료 집합체를 이동시킬 수 있다. 시스템의 자동 동작은 보다 빠르고, 안전한 연료 재장전 동작을 허용하고, 시스템이 일단 정확히 프로그램되면, 제어기(33)는 원하는 시퀀스플랜(37)으로부터 벗어나지 않고 원하는 이동을 수행할 것이다. 더우기, 조작자를 위해 연료 이동을 간략히 하는데 필요한 안전 조치의 일부는 자동 동작에 대해서는 필요없을 수도 있다. 예를 들면, 브리지와 트롤리의 동시 동작은 안전한 수동 동작을 위해서는 너무 복잡하게 생각되므로, 대부분의 발전소는 연료 집합체(11)가 브리지 또는 트롤리만의 동작에 의해 원자로(5)위로 이동되도록 허용한다. 컴퓨터는 브리지와 트롤리와 함께 이동시키므로써 보다 빠르게 연료 집합체(11)를 안전하게 이동시키도록 프로그램될 수 있다. 다른 일예는 연료 운반 시스템(21)에 대해 허용된 이동 속도일 수 있다. 컴퓨터는 보다 높은 속도를 안전하게 이용하도록 프로그램될 수 있으며, 연료 운반 시스템(21)의 양 단부에서 정지지점 부근에 보다 낮은 속도로 프로그램된다.
비록 제 1 도의 연료 재장전 시스템이 자동이라고 하더라도, 조작자 인터페이스(35)는 여전한 중요한 고려조건이다, 조작자는 시스템 구성, 이용가능한 연료 집합체(11) 및 시퀀스 플랜(37)에 관한 정보를 입력할 수 있어야 한다. 조작자는 자동 동작 프로세스를 개시하고, 예를 들면, 연료 집합체(11)의 이동을 인에이블하기 전에 진행하는 것이 안전하거나 바람직하다는 것을 조작자 자신이 확인하는 것이 바람직한 경우, 프롬프트(prompt) 또는 조작자 검증 인터록(operator verification interlock)(39)에 응답할 수 있다. 네트워크를 통해 시스템에 접속된 조작자 인터페이스(35) 수단을 갖는 중요한 장점은 방사능 제어 영역내 및 이들 영역 바깥의 각종 위치에서 조작자 인터페이스(35)를 제공할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 인간이 원자로(5)내로의 연료 집합체(11)를 삽입하는 중요한 과정을 감시할수 있도록 원자로 빌딩(1)내에 위치된 조작자 인터페이스(35)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 마찬가지로, 그 빌딩내의 활동상태를 감시하기 위해 연료 저장 빌딩(3)내에 위치된 조작자 인터페이스(35)를 갖는 것이 바함직할 수 있다. 원격 조작자 인터페이스는 발전소 제어실, 발전소 사무실, 또는 연료 재장전 동작과 관련된 판매로의 오프 사이트 위치에 또한 위치될 수도 있다. 조작자 인터페이스는 전형적으로 퍼스널 컴퓨터 또는 특수 설계된 터치 스크린 패널(specially designed touch screen panel)로 구성되는 조작자 디스플레이일 수 있다. 모든 조작자 인터페이스 패널이 동일한 능력을 가질 필요는 없다. 예를 들면, 원자로 빌딩내에 위치된 조작자 인터페이스는 완전한 제어와 감시 기능을 가질 수 있는 반면, 발전소 관리자의 사무실에 위치된 조작자 인터페이스는 감시 기능만을 가질 수 있다. 조작자 인터페이스 수단(35)은 통상적으로 이용된 연료 상태 보드를 교체할 수 있고, 이것은 연료 집합체(11) 및 연료 집합체 삽입물의 위치를 나타내는 수동 디스플레이이다. 원자로 빌딩내의 전형적인 디스플레이는 시퀀스 플랜(37)의 디스플레이 상태와, 각 연료 집합체(31)의 실제 위치뿐만 아니라, 연료 재장전 머신(13), 연료 운반 시스템(21), 및 소모 연료 처리 머신(27)에 관한 위치 상태 정보를 제공할 수도 있다. 디스플레이는 시스템 일부의 비디오 디스플레이를 또한 포함할 수도 있으며, 조작자가 다수의 원격 동작가능한 비디오 카메라(39)로부터 선택하도록 제어된다.
네트워크가 보다 복잡해질수록, 몇가지 유형의 시스템의 고장 가능성은 보다 높아진다. 원자력 발전소 연료 재장전 시스템은 통상적으로 1년 넘게 유휴 상태이고, 그 다음 연료 재장전 운전정지 동안, 이들의 동작은 임계 경로 항목이 된다.따라서 본 발명의 집적 시스템의 장점은 시스템 또는 네트워크 고장인 경우에 안전성과 이용가능성이 보장되도록 한다는 점이다. 제 2 도는 이러한 목적을 달성하는 제어 시스템을 도시한다. 제 2 도에서, 연료 재장전 머신(55)은 센서(57)와 제어 기능부(59)를 포함한다. 센서(57)는 아날로그, 디지탈, 또는 이산적인, 예를 들면, 리미트 스위치일 수도 있다. 제어 기능부는 전형적으로 모터, 밸브, 광, 카메라 등일 수도 있다. 연료 재장전 머신(55)은 연료 재장전 머신 조작자 콘솔(refueling machine operator console)(61)에 접속되고, 이것은 제어 및 표시기 장치(63). 그래픽 디스플레이(graphics display)를 구비하는 컴퓨터, 프로그램 가능한 로직 제어기(programmable logic controller ; PLC)(67), 및 모터 드라이브 또는 다른 제어 구성요소(69)를 포함할 수도 있다. 비록 연료 재장전 머신(55)은 네트워크(85)를 통해 보다 큰 연료 재장전 시스템에 접속된다 하더라도, 시스템의 다른 부분에서의 시스템 고장시에도 동작이 계속될 수 있도록 자신의 독자적인 능력을 유지하는 것이 중요하다. 따라서, PLC(67)는 연료 재장전 머신(55)의 동작동안 완전한 온 라인 제어 및 감지 능력을 제공한다. 더우기, 개개의 컴퓨터는 PLC가 제어 및 동작 기능을 방해할 수 있는 그래픽 계산에 의해 로딩되지 않도록 조작자의 그래픽 디스플레이(65)를 발생하도록 제공된다. 그래픽 디스플레이 컴퓨터(65)는 PLC(67)로부터의 입력을 수신하나, PLC(67)에는 독립적으로 기능한다.
이러한 방식으로, 조작자 디스플레이(65)의 고장시에도, 연료 재장전 머신(55)은 안전한 구성으로 유지되어 연료 집합체를 계속 이동시킬 수 있다. PLC(67)는 불안전한 연료 집합체 이동, 예를 들면, 그래픽 컴퓨터(65) 또는 네트워크(85)의 다른 부분과의 상호작용으로부터 분리되는 그리퍼 인터록 및 브리지 운행 제한을 방지하기 위해서 임계 안전 설정점에 의해 프로그램될 수도 있다.
마찬가지로, 연료 운반 시스템(71) 및 소모 연료 처리 머신(73)은 독립적인 프로그램가능한 로직 제어기(75, 77)에 의해 구성된다. 연료 운반 시스템(71)과 소모 연료 처리 머신(73) 모두는 PLC(75, 77)에 의해 모니터되고 국부적으로 제어될 수 있는 센서 및 제어 기능부를 포함한다. 연료 운반 시스템 PLC(75)는 모터 드라이브의 제어를 위한 격납봉기 빌딩 및 연료 저장 빌딩내에 위치된 다른 제어성분(81)의 외부에 위치될 수 있는 한편, 관계된 PLC 원격 유닛(79)은 내부 격납봉기 기능부(83)의 제어를 위한 격납봉기 빌딩내에 위치될 수도 있다. 시스템 프로그램가능한 로직 제어기(67, 75, 77 및 79)는 네트워크(85)상에 링크되고, 이것은, 예를 들면, 록웰 국제 컴퍼니(Rockwell international company)의 알렌 브래들리(Allen Bradley)에 의해 제공된 바와 같은 데이타 고속도로(data highway)일 수도 있다.
제 2 도에 도시된 연료 재장전 제어 스테이션(87)은 제 1 도의 제어기(33)의 기능, 즉 모든 연료 집합체 이동의 자동, 원격, 감독 제어를 수행한다. 이 감독 제어 능력은 제어 스테이션(87)이 프로그램가능한 제어기(67, 75, 77, 79)를 지시하도록 하여 연료 집합체(11)의 안전한 이동에 대해 적절한 바와 같은 피드백과 인터록 단계를 포함하여, 특정의 기능을 자동적으로 수행한다. 제어 스테이션(87)은 네트워크(65)의 노드를 나타내고, 이것은 디스플레이, 데이타 로깅, 및 제어 기능을 포함할 수 있다. 제어 스테이션(87)은 연료 로딩 플랜, 시퀀스 플랜, 및 연료 집합체 발명 및 위치 정보에 의해 프로그램될 수 있다. 제어 스테이션(87)은 연료 재장전 시스템의 전체 동작을 제어하는 수단을 제공한다. 개개의 조작자 디스플레이(89)는 네트워크(85)를 통해 또한 접속되고, 이것은 제어실 모니터와 같은 감시 역할만으로 사용될 수도 있다. 이러한 모니터는 목록 및 상태 정보를 디스플레이할 수 있으나, 제어 동작에 대해서는 동작가능하지 않을 수 있다. 네트워크(85)는 원자로 코어 설계 시스템 또는 재로드 플래닝 소프트웨어와 같은 원격 엔지니어링 시스템(93)뿐만 아니라, 다른 발전소 데이타 시스템(91), 예를 들면, 반응성 컴류터 또는 소스 범위 검출기에도 또한 접속될 수 있다. 독립적인 PLC(67, 75, 77, 및 79)는 바람직하게 전력 서지(power surges) 또는 전기적인 노이즈로부터 발생하는 PLC의 독립적인 능력에 대한 잠재적인 손상을 제거하기 위해 분리 장치(95)에 의해 제어(87) 및 감시(89) 조작자 디스플레이로부터 분리된다.
제 1 도의 자동 연료 재장전 시스템의 네트워크는 연료 집합체(11)를 실질적으로 이동시키지는 않으나, 연료의 신속하고, 안전한 이동에 중요한 다른 보조 시스템에도 또한 접속될 수 있다. 예를 들면, 손상된 또는 누출하는 연료 집합체에 대해 테스트하는데 사용된 하나의 방법은 인 마스트 시핑(in-mast sipping)으로 칭해진다. 인 마스트 시퍼(41)는 누출하는 또는 손상된 연료 집합체(11)를 벗어날 수 있는 특정의 방사성 가스를 감지하는데 사용되는 한편, 연료 집합체(11)는 연료 재장전 머신 마스트(19)내에 유지된다. 광 또는 자외선 영상 시스템(43)과 같은 다른 형태의 연료 집합체 조사 시스템이 또한 사용될 수 있다. 자동 연료 재장전 시스템 네트워크의 노드에 대한 이들 시스템의 접속은, 이들 서브시스템의 동작이 전체 시퀀스 플랜(37)과 동등하게 제어되도록 한다. 예를 들면, 원자로(5)의 한부분내에 위치되는 특정 연료 집합체(11)를 조사하는 것이 바람직할 수도 있다. 제어기(33)는 이들 연료 집합체(11)가 연료 재장전 머신(13)에 의해 상승되는 경우, 인 마스트 시퍼(41)가 자동적으로 주입되도록 사전프로그램될 수 있다. 제어기(33)는 조사 결과가 연료 집합체(11)가 손상되거나 또는 누출함을 표시할 수 있는 사전결정된 설정점을 초과하는 경우 조작자 프롬프트를 제공하도록 또한 프로그햄될 수도 있다. 조작자는 그리고나서 부가적인 조사를 수행하고/하거나 연료 집합체(11)의 다른 용도에 관한 결정을 한다.
제 1 도의 자동 연료 재장전 시스템의 다른 능력은, 누출하는 또는 손상된 연료 집합체(11)가 식별되는 경우에 발생할 수 있는 것과 같은, 연료 로딩 플랜(45) 또는 시퀀스 플랜(37)내의 에상치 못한 변화에 신속히 반응하는 능력이다. 종래 기술의 시스템에 의해, 연료 로딩 플랜(45)은 전형적으로 코어 설계자에 의해 사전에 발생된다. 그후, 시퀀스 플랜(37)은 원하는 코어 로딩 플랜(45)을 수행하도록 발생된다. 서비스외의 연료 집합체(11)를 취하는 연료 재장전 운전정지 동안 예상치 못한 결정이 이루어지는 경우, 연료 재장전 동작은 개정된 연료 로딩 플랜(45)과 시퀀스 플랜(37)이 발생될 때까지 정지되거나 또는 지연되어야 하고, 따라서 사이트 절차가 개정된다. 이것은 수반된 특정의 사이트에 따라, 수시간 또는 수일을 요한다. 본 발명의 자동 연료 재장전 시스템은 시스템상의 제어기(33)를 통해 원자로 코어 설계 소프트웨어 및 시퀀스 플래닝 소프트웨어를 액세스하므로써 이 프로세서를 간소화할 수 있다. 서비스로부터 연료 집합체(11)를 제거하는 온 사이트(on-site) 결정이 이루어지는 경우, 이 정보는 재로드 플랜 수단(45)에 전송되고, 이것은 온 사이트 또는 원격 위치에 위치된 코어 설계 소프트웨어가 될 수 있다. 그리고나서 개정된 재로드플랜이 즉시 발생될 수 있다. 일단 새로운 코어 로딩 패턴이 발생되면, 이것은 네트워크를 통해 시퀀스 플래닝 수단(37)에 전송되고, 이것은 제어기에 프로그램된 소프트웨어가 될 수 있거나, 또는 이것은 네트워크에 의해 시스템에 접속된 원격 컴퓨터상에 위치된 소프트웨어가 될 수 있다. 시퀀스 플래닝 수단(37)은 개정된 시퀀스 플랜을 발생할 수 있을뿐만 아니라, 이것은 사이트 동작 절차로서 직접 사용될 수 있는 하드카피(hardcopy) 출력을 제공하도록 프로그램될 수 있다. 이 결과는 연료 집합체(11)가 서비스외에 예상치 못하게 취해지는 시간으로부터 연료 이동이 재차 진행하는 시간까지의 최소 지연이다.
연료 조립체가 원자로(5)로 이동됨에 따라, 임의의 예상치 못한 반응성 중가를 식별하기 위해서는 원자로 코어의 반응성에 있어서의 변화를 감시하는 것이 중요하다. 현재, 대부분의 연료 재장전 팀은 소스 범위 검출자의 출력 및 1/M 플롯으로서 공지된 반응성의 대응하는 반응성 플롯을 감시하기 위해 할당된 한 사람을 포함한다. 본 발명의 자동 연료 재장전 시스템은 원자로(47)의 반응성 측정 수단을 네트워크에 접속하므로써 자동적으로 이 기능을 제공한다. 반응성 측정 수단(47)은 소스 범위 검출자로부터 분리된 출력 또는 반응성 컴퓨터에 대한 접속이 될 수 있다. 시스템 제어기(33)는 측정된 반응성 또는 반응성 변화율이 사전결정된 설정점을 능가할 때마다 조작자(35)에 대해 경보 또는 다른 프롬프트를 제공하도록 프로그램될 수도 있다. 시스템의 안전성은 반응성 측정 수단(47)의 출력이 설정점을 능가할 때마다 반응성을 감소시키는 정정 동작을 취하도록 제어기(33)를 프로그래밍하므로써 더 향상될 수 있다. 이러한 정정 동작은 연료 조립채(11)의 이동을 중지하거나, 또는 연료 조립채(11)의 이동 방향을 반전시키는 동작이 될 수 있다.
자동 연료 재장전 시스템을 위한 중요한 능력은 특정의 연료 집합체를 식별하는 능력이다. 특정의 연료 집합체 식별 수단(49)은 연료 집합체상의 식별 번호 및/또는 숫자를 판독할 수 있는 광학적 판독기와 같은 광학적 장치가 될 수 있거나, 당 분야에서 공지된 바와 같은 바 코드 판독기가 될 수 있다. 제어기(33)는 각각의 온 사이트 연료 집합체(11)의 목록에 의해 사전프로그램될 수 있다. 연료 집합체(11)가 원자로(5)로 낮추어지기 전과 같은 임계 위치 또는 동작에서, 연료 집합체(11)의 식별은 연료 집합체 식별 수단(49)의 동작에 의해 능동적으로 확증된다. 이것은 프로세스가 제어하에 있고 원하는 로딩 패턴이 자동적으로 성취되는 부가의 보장을 제공한다. 시스템은 실질적인 연료 집합체 식별이 프로그램된 시퀀스 플랜(37)과 대응하지 않는 경우, 조작자 프롬프트 또는 다른 안전 동작을 제공할 수 있다.
일단 연료 집합체(11)가 임의의 시간 길이 동안 원자로 환경에서 동작하면, 집합체가 다소 굽혀지게 되는 것이 가능하다. 연료 집합체(11)의 임의의 비선형성은 코어 지지 위치(9)로의 연료 집합체(11) 로딩을 보다 어려운 작업으로 만든다. 수동 시스템은 이러한 비규칙성을 설명하기 위해 연료 재장전 머신(13)의 위치에 대해 최소의 조정을 이루는 조작자를 제공한다. 연료 로딩 가이드(51)는 노즐과 코어 지지 위치 사이의 조정불량의 경우에 연료 집합체(11)의 하부 노즐을 정정 코어지지 위치(9)로 가이드하도록 또한 사용될 수도 있다. 연료 로딩 가이드(51)는 단순한 퍼넬 유형 금속 장치, 또는 원자로(5)의 낮은 코어 지지 판을 따라 이동하도록 동작가능한 보다 복잡한 로보트가 될 수 있다. 본 발명의 자동 연료 재장전 시스템은 원자로(5)로의 굽혀진 연료 집합체(11)의 자동 로딩을 용이하게 하는 연료 로딩 가이드(51)를 포함할 수 있다. 연료 재장전 가이드(51)는 바람직하게 자동 연료 재장전 시스템에 의해, 예를 들면, 연료 재장전 머신(13)에 기계적으로 부착됨으로써 자동적으로 위치된다. 로보트 시스템이 사용되는 경우, 연료 재장전 가이드 로보트(51)의 이동이 전체 연료 재장전 프로세스에 의해 자동적으로 통합될 수 있도록 로보트에 대한 제어부가 네트워크의 노드에 접속될 수도 있다.
이와 달리, 자동 최종 위치 능력은 그리퍼(15)의 수직 이동 전에 연료 재장전 머신(13)의 최종 위치의 정확한 조정을 허용하는 광학적 패턴 인식 시스템 또는 근사 탐사 시스템과 같은 시스템으로 통합될 수도 있다.
연료 재장전 동작이 완료된 후, 또는 임의의 원하는 중간 단계에서, 자동 연료 재장전 시스템은 적절한 코어 공산이 얻어지는 것을 검증하도록 사용될 수 있다. 코어 공간 검증 수단(53)은 네트워크의 노드에 접속될 수 있다. 이러한 시스템은 광학적 시스템 또는 기계적 게이지가 될 수 있다. 제어기(33)는 연료 재장전 동작의 임의의 임계 단계에서 적절한 코어 공간이 프로그램되는 것을 검증하도록 사용될 수 있고, 이것은 적절한 것으로 간주되는 바와 같은 조작자 패널에 대해 조작자 프롬프트 또는 다른 출력을 제공할 수도 있다. 이러한 자동 코어 공간 검증 수단(53)은 자동 연료 재장전 동작이 안전하고 제어된 병식으로 진행되는 부가 레벨의 보장을 제공한다.
제 1 도의 자동 연료공급 시스템의 각종 요소는 일련의 업그레이드 단계시에 원자력 발전소에서 설치될 수 있다. 장비가 교체됨에 따라, 또는 안전성 개선이 시간상에서 구현됨에 따라, 본 발명의 요소가 설치될 수도 있다. 본 발명을 구현하는 과정의 방법은 본 발명의 경제적 충격을 감소시키고, 이것은 발전소 소유자가 가장 큰 경제성 및 안전성 개선을 제공하는 이들 요소를 우선 순위를 두도록 한다. 예를 들면, 연료 재장전 수행원의 크기를 감소시키기 위해, 연료 재장전 동작의 안전성을 향상시키는 동시에, 발전소 소유자는 제어기(33)와 함께 원자로(47)의 반응성 측정 수단을 먼저 설치하기를 원한다. 제어기는 그리고나서 사전결정된 설정점에 대한 반응성 변화율을 비교하도록 프로그램될 수 있고, 반응성 변화율이 설정점을 능가하는 경우, 제어기는 연료 재장전 머신(13)의 이동을 방해하도록 동작가능하다. 본 발명의 자동 연료 재장전 시스템의 다른 실시예는 발전소 소유자에 의해 또한 요구될 수 있다. 상기한 실시예는 일예로서 제공되고, 이하 청구되는 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 없다.

Claims (15)

  1. 다수의 코어 지지 위치(a plurality of core support locations)(9)를 갖는 원자로(5)를 수용하는 원자로 격납봉기 빌딩(reactor containment building)(1), 다수의 연료 집합체 저장 위치(a plurality of fuel assembly storage locations)(29)를 갖는 연료 저장 빌딩(fuel storage building)(3), 및 다수의 연료 집합체(11)를 구비하는 원자력 발전소(nuclear power plant)를 위한 연료 재장전 시스템(refueling system)에 있어서,
    상기 격납봉기 빌딩(1)과 상기 연료 저장 빌딩(3) 사이의 연료 집합체(11)를 이동시킬 수 있는 연료 운반 시스템(fuel transfer system)(21)과,
    상기 원자로(5)와 상기 연료 운반 시스템(21) 사이 뿐만 아니라, 상기 코어지지 위치들(9)간의 연료 집합체(11)를 이동시킬 수 있는 연료 재장전 머신(refueling machine)(13)과,
    상기 연료 집합체 저장 위치(29)와 상기 연료 운반 시스템(21) 사이 뿐만 아니라, 상기 연료 집합체 저장 위치들(29)간의 연료 집합체(11)를 이동시킬 수 있는 소모 연료 처리 머신(spent fuel handling machine)(27)과,
    조작자 인터페이스 수단(means for operator interface)(35)을 포함하며,
    데이타 링크(data link)(31)에 의해 상호접속된 다수의 노드(a plurality of nodes)와, 상기 연료 운반 시스템(21), 상기 연료 재장전 머신(13), 상기 소모 연료 처리 머신(27), 및 상기 조작자 인터페이스 수단(35)에 접속된 노드를 포함하는네트워크(85),
    상기 네트워크(85)의 노드에 접속되고, 연료 집합체(11) 이동이 자동적으로 사전선택된 프로그램(preselected program)에 따라 자동적으로 수행되도록 하기 위해 상기 연료 운반 시스템(21), 상기 연료 재장전 머신(13), 상기 소모 연료 처리 머신(27)의 동작을 자동적으로 제어할 수 있는 연료 재장전 시스템을 제어하는 제어 수단(33), 및
    연료 로딩 플랜(fuel loading plan)을 성취하기 위해 연료 집합체 이동(11)의 시퀀스 플랜을 계산할 수 있는 시퀀스 플래닝 수단(means for sequence planning)(37)- 상기 시퀀스 플래닝 수단(37)은 상기 네트워크(85)의 노드에 접속되고, 상기 시퀀스 플래닝 수단(37)의 출력은 상기 제어 수단(33)에 대한 입력을 포함한다- 을 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크(85)의 노드에 접속되고, 상기 연료 로딩 플랜을 계산할 수 있는 재로드 플래닝 수단(means for reload planning)(45)을 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크(85)의 노드에 접속되고, 연료 집합체(fuel assemblies)(11)가 상기 시스템에 의해 처리되는 바와 같은 누출하는 상기 연료 집합체(11)를 테스트할 수 있는 누출 연료 집합체 식별 수단(means for identifying leaking fuel assemblies)(41)을 또한 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 누출 연료 집합체 식별 수단(41)은 인 마스트 연료 시퍼(in-mast fuel sipper)(19)를 포함하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크(85)의 노드에 접속되고, 연료 집합체(11)가 상기 시스템에 의해 처리되는 바와 같은 상기 연료 집합체(11)의 식별을 결정할 수 있는 식별 수단(means for identification)(49)을 또한 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 식별 수단(49)은 바 코드 판독기(bar code reader)를 포함하는 원자력발전소용의 연료 재장전 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 식별 수단(49)은 광 스캐너(optical scanner)를 포함하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 원자로의 반응성을 측정하는 수단(means for measuring the reactivity)(47)은 상기 네트워크(85)의 노드에 접속되는 것을 또한 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 수단(38)은 상기 반응성 측정 수단(47)의 출력이 사전결정된 설정 점(predetermined setpoint)를 능가할 때마다 상기 반응성을 감소시키는 동작을 취할 수 있는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단(33)은 연료 조립채(11)의 이동을 인에이블하기 이전에 조작자 응답을 필요로 하는 조작자 검증 인터록(operator verification interblock)(39)을 더 포함하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 지지 위치(core support location)(9)와 상기 연료 집합체(11)의 하부 노즐(bottom nozzle) 사이의 조정불량의 경우에 상기 연료 조립채(11)를 상기 코어 지지 위치(9)로 가이드할 수 있는 연료 로딩 가이드(fuel loading guide)(51)를 더 포함하고, 상기 연료 로딩 가이드(52)는 상기 연료 재장전 시스템에 의해 자동적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료 로딩 가이드(51)는 상기 연료 재장전 머신에 기계적으로 부착되는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료 로딩 가이드(51)는 상기 원자로의 코어 지지 판을 따라 이동시킬 수 있고, 상기 네트워크(85)의 노드에 접속된 로보트(robot)를 포함하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크의 노드에 접속되고, 상기 코어 지지 위치(9)내의 상기 연료집합체(11)들간의 공간을 식별할 수 있는 코어 공간 검증 수단(means for core spacing verification)(53)을 또한 특징으로 하는 원자력 발전소용의 연료 재장전시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 코어 공간 검증 수단(53)은 광 시스템(optical system) 또는 기계적인게이지(mechanical gauge)를 포함하는 원자력 발전소용의 연료 재장전 시스템.
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