KR100450002B1 - 원자력발전소의 임계전 노외계측기 선형부채널 교정을 위한 교정상수 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력발전소의 노심출력감시에 사용되는 노외계측기의 교정을 위한 교정상수 결정방법에 관한 것으로서, 매 운전주기초에 수행되는 노외계측기 교정자료 생산 정확도를 종래 개발한 노외계측기의 교정방법에 비해 크게 향상시키고 교정자료를 해당주기 운전시작 이전에 미리 결정함으로써, 종래의 노외계측기 교정방법을 적용하는 경우에 비하여 재장전 주기초 기동운전시 저출력 운전시간 단축에 의한 발전소 이용률 향상을 통해 경제적 이득뿐만 아니라, 기술적으로도 각종 기기의 운전교란요인 제거를 통한 안정적인 출력운전으로 노심 안전성 확보는 물론 기기 건전성 제고의 이득을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Description

원자력발전소의 임계전 노외계측기 선형부채널 교정을 위한 교정상수 결정방법{Precritical Excore Detector Subchannel Calibration Method of Nuclear Power Plant}

본 발명은 원자력발전소의 노심출력감시에 사용되는 노외계측기(Excore Detector)의 교정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로의 매 운전주기초에 수행되는 노외계측기 교정자료생산 정확도를 크게 향상시키고 교정자료를 해당주기 운전시작 이전에 미리 결정함으로써, 저출력 운전시간 단축으로 발전소의 이용률을 향상시키며 각종 기기의 운전교란요인의 제거를 통한 안정적인 출력운전으로 노심 안전성 확보는 물론, 기기 건전성이 향상되는, 원자력발전소의 임계전 노외계측기 선형부채널 교정을 위한 교정상수 결정방법에 관한 것이다.

일반적으로 원자력발전소를 운영함에 있어서 안전운전이 최우선 되는 바, 이에따라서 안전운전의 최소요구조건인 핵연료 건전성 유지를 위한 노심출력분포 측정계통의 일부인 노외계측기의 교정이 중요하다.

원자로 설계시 설계자는 핵연료가 견딜 수 있는 최대 허용출력을 미리 계산하여 정보를 제공하고 운전원은 최대 허용출력을 넘지 않도록 운전함으로써 핵연료의 건전성을 유지하도록 되어 있다.

통상 원자로의 노심내 출력분포는 반경방향의 출력분포와 축방향의 출력분포로 구성되는데, 여기서 전자인 반경방향의 출력 분포는 가연성 흡수봉(Burnable Absorber)의 적절한 분포를 포함하는 핵연료 집합체 장전모양에 따라 설계단계에서 결정되지만, 후자인 축방향의 출력분포는 제논천이현상 등에 따른 제어의 어려움이 있어서 원자력발전소에서는 핵연료의 건전성이 유지될 수 있도록 이 축방향의 출력분포에 대해 운전허용영역을 설정해 두고 있다.

즉, 축방향의 출력편차범위로 운전허용영역을 제한함에 따라 노외계측기의 정확도가 매우 중요하므로 측정신뢰도를 유지하기 위해 매 주기로 노외계측의 교정과정은 노심의 출력분포가 20%도달 후 출력분포의 변화가 안정된 다음, 교정자료를 취득하는 형태로 진행된다.

한편, 한국표준형 원자력발전소에는 안전채널 (Safety Channel), 제어채널(Control Channel) 및 기동채널(Startup Channel)등 세종류의 노외계측기가 원자로 용기 외부에 설치되어 있다.

이들 중 안전채널 노외계측기(Safety Channel Excore Detector) 시스템은 4개의 독자적인 채널로 구성되며, 각 채널은 상(Top), 중(Mid), 하(Bot) 3개의 부채널(Subchannel)로 이루어져 있는데, 이 안전채널 노외계측기 신호는 노심보호계통인 노심보호연산기(Core Protection Calculator; CPC)의 입력으로 사용되어 노심의 출력 및 출력분포를 결정하기 위한 것이기 때문에 관련절차에 따라서 주기적으로 교정하도록 되어 있다.

도면중 도 1과 도 2는 한국표준형 원자력발전소에서 원자로(101)와 노외계측기(100)의 상태를 나타낸 개략적 도면들로서, 이중 도 2는 원자로(101)에 3채널 노외계측기(101)가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

상기 안전채널 노외계측기의 교정은 각 부채널의 이득상수(Gain)를 개별적으로 조정하는 선형 부채널 교정(Linear Subchannel Calibration, LSC)과 관련계기의 드리프팅(Drifting)효과를 제거하기 위한 부채널 전자교정(Subchannel Electronic Calibration, SEC)으로 구분 되는 바, 여기서 상기 선형 부채널 교정(LSC)은 매 주기초에 수행되며, 상기 부채널 전자교정(SEC)은 노외계측기(100)가 주기초에 교정된 특성을 전주기에 걸쳐서 유지되도록 하기 위해서 약 한달에 한번씩 수행되는데, 상기 선형 부채널 교정(LSC)은 해당주기에 결정된 3x3 행렬인 Shaping Annealing Matrix(이하 SAM 이라 칭함) 결정용 자료취득 이전에 수행되어야 하므로 초기노심인 경우에는 20% 출력과 50% 출력에서, 재장전 노심인 경우에는 20% 출력에서만 수행된다.

그리고 한국표준형 원자력발전소의 노외계측기(100)는 우라늄을 반응물질로 사용하는 핵분열체임버(Fission Chamber) 형태이며, 노심에서 누설된 속중성자는 이 핵분열 체임버에서 핵분열반응을 하고 이로 인해 생성된 전류는 증폭기를 거치면서 전압으로 변환되는데, 이때 노외계측기(100)는 0% - 200%까지의 노심출력을 측정할 수 있어야 하며, 전압 OV는 제로출력, 전압 10V는 200%출력을 지시하도록 설정되어 있다.

한편, 상기 핵분열체임버에 사용되는 우라늄은 시간이 경과할 수록 연소됨에 따라서 사용기간에 따라 생성되는 전류의 크기는 같은 노심조건에 대해서도 변할 수 밖에 없다.

또한 우라늄핵연료의 농축도, 장전모형 등 노심의 특성에 따라 노외계측기(100)의 신호가 영향을 받기도 하는데, 이러한 이유로 이 노외계측기(100)를 이용한 노심출력 측정을 위해서는 주기적인 증폭기의 이득상수(Gain)교정이 필요한 실정이다.

그리고 상기 노외계측기(100)의 선형 부채널 교정(LSC)은 2가지 목적으로 수행된다. 먼저 교정이 이루어지는 시점에서 각 노외계측기가 측정하는 노심출력이 원자력발전소 기준출력과 일치하도록 하는 것인데, 여기서 상기 기준출력(BSCAL)은 발전소의 2차측 출력이다.

다른 목적은 상중하 노외계측기(100)의 출력분포가 노심의 상중하 출력분포와 같도록 하는 것이다. 이경우 노심의 기준 출력분포는 CECOR(노내계측기의 측정자료를 이용하여 정확한 3차원 노심출력분포를 계산하는 코드임)로 계산된 출력분포를 축약하여 구한다.

그리고 상기 노외계측기(100)의 상중하 출력분포를 CECOR의 결과와 일치하도록 교정하는 것은 노심보호연산기의 설정치와 관련되는바, 이 노심보호연산기는 노외계측기 신호를 이용하여 노심의 축방향 출력분포를 합성하고 원자로(101)의 안전변수를 계산하는데, 이때 상기 노외계측기의 신호는 주기초 출력상승 시험기간에 결정된 SAM을 통하여 노심의 상,중,하 출력으로 변환되어 출력분포계산에 이용된다.

즉, 상기 SAM은 노외계측기 출력과 노심출력과의 선형관계를 나타내는데, 종래 미국의 ABB-CE회사에서 제안된 기술내용은 이 SAM을 결정하기 위해서 사용되는 측정자료 취득전에 노외계측기의 상,중,하 출력분포와 CECOR 상,중,하 출력분포를 같도록 해야한다는 제한조건을 설정하였다. 이러한 노외계측기 출력분포 교정의 필요성은 SAM을 결정하는 방법론에 따라서 달라질 수 있으며, 기본적으로 반드시 필요한 조건은 아니다. 이는 노외계측기 출력분포가 CECOR의 분포와 크게 다르지 않다면 최적의 SAM을 결정하는데 문제가 없기 때문이다.

한편 국내에서 적용되는 한국표준형 원자력발전소의 재장전 노심 경우, 이 SAM은 약 20% -80%출력의 출력상승시험과정에서 취득된 측정자료를 이용하여 결정되므로 노외계측기의 선형 부채널 교정(LSC)은 일반적으로 약 20%출력근처에서 수행되며, 이를 위해 발전소는 상당시간동안 안정된 상태로 유지되어야 하고, 노심을 포함한 발전소가 안정된 상태에서 각 노외계측기 신호와 발전소 기준출력(BSCAL)을 기록하게 되며, 그 순간의 노심출력분포를 CECOR를 이용하여 계산하게 되는데, 이와 같은 정보가 주어지게 되면 각 부채널 증폭기의 이득상수 교정은 다음과 같은 식을 이용하여 결정한다.

Kj = (3Sj ×POWER ) / Djraw, j=1,2,3 --- ① 식

여기서, Kj는 j번째 부채널의 노외계측기 교정상수( Amplifier Gain Multiplier)이고, Sj는 j번째 부채널에 해당하는 CECOR가 계산한 정규화된 노심출력(S₁＋S₂＋ S₃= 1.0)이며, Djraw는 j번째 부채널 노외계측기 출력분율(%), Power 는 발전소 기준출력(%)을 의미한다.

그리고, D₁raw, D₂raw, D₃raw는 각각 상,중,하 노외계측기 출력을 나타내며, 노심보호연삭기 각채널의 출력은 다음과 같은 ②식에 의해 결정된다.

Pcpc = ( D₁raw＋ D₂raw＋ D₃raw)/3 --- ②식

여기서, Pcpc는 노심보호계통이 계산한 출력이다.

한편, 노외계측기의 각각 부채널의 이득상수를 개별적으로 조정하는 선형 부채널 교정(LSC)을 수행하기 전에 상기 ②식을 이용하여 계산된 노심보호연산기 출력은 일반적으로 기준출력과 약간씩 다르며, 출력분포 또한 CECOR의 분포와 다르다. 그러나 ②식에서 구한 교정상수에 따라 각각 부채널의 증폭기 이득상수를 교정하면 이 노심보호연산기 출력은 발전소 기준출력과 일치하면서 노외계측기의 출력분포도 발전소 기준출력분포와 같아진다.

노외계측기의 선형 부채널 교정(LSC)은 정확한 교정을 위하여 모든 제어군이 완전히 인출된 상태에서 수행되어야 하고 노심의 반경방향 출력분포가 가능한 한 대칭이어야 한다.

일반적으로 초기노심의 주기초 축방향 출력분포는 코사인(Cosine) 함수의 모양과 매우 유사하나, 재장전 노심에서는 연소된 핵연료의 축방향 연소도 비균질성 때문에 저출력에서 상부로 크게 치우치는 현상이 나타낸다. 따라서 교정상수 또한 부채널에 따라 달라지는데, 이러한 저출력에서의 출력분포 상부편중은 재장전 주기가 진행되면서 점점 커지며, 평형노심에서 최대가 된다.

노외계측기의 선형 부채널 교정(LSC) 수행을 위해서는 출력이 일정하게 안정된 상태로 유지되어야 하며 각각 부채널을 정해진 절차에 따라서 독립적으로 교정해야 하기 때문에 상당한 시간이 소요된다. 예를 들어 한국표준형 원자력발전소의 경우 주기초 선형 부채널 교정(LSC) 과정에 10시간 이상이 필요하며, 이러한 선형 부채널 교정(LSC) 과정은 발전소 기동과정에서 임계경로( Critical Path)에 해당된다. 또한 20% 정도의 저출력운전을 장시간 수행하는 것은 기기 건전성 확보 관점에서도 바람직하지 않는바, 이에 따라 선형 부채널 교정(LSC)을 원자로 임계전 (Pre-Critical)에 수행하는 방법이 종래 미국 ABB-CE 회사에 의해 개발되었으며, 이를 국내에서 적용하는 한국표준형 원자력발전소의 노외계측기 교정관련 절차서에 반영되어 있었다.

그러나 종래 이 방법은 기존 노심보호계통 설정치 결정방법과의 일관성 문제와 충분하지 못한 교정 정확도로 인하여 실제 이용되지 못하고 있는 실정이다.

종래 미국 ABB-CE회사의 임계전 교정방법에서 가압경수로 재장전 노심은 핵연료 관리방법의 큰 변화가 없는한 저출력에서의 출력분포 또한 매우 유사하며, 특히 평형노심에 가까운 경우에는 재장전 노심과 거의 동일한 특성을 이용한다.

즉 이 미국 ABB-CE회사의 교정방법은 재장전 노심의 계측기 교정을 원자로 임계전, 즉 계획예방정지 기간동안에 수행하는 교정방법을 개발하였는데, 이 임계전 선형 부채널 교정(LSC) 방법은 노외계측기의 신호를 핵연료 집합체 가중인자(Assembly Weighting Factor, AWF)개념으로 비교적 정확하게 예측할 수 있다는 사실을 이용하였다. 이 집합체 가중인자(AWF)는 노심내 각 핵연료집합체가 노외계측기 신호에 기여하는 정도를 나타내는 것으로서 중성자 수송방정식의 수반해 (Adjoint Solution)를 이용하여 쉽게 구할 수 있으며, 노심내 반경방향 출력분포가 주어져 있을때 노외계측기의 신호는 다음식을 이용하여 계산된다.

- - - ③식

여기서 Pi 와 AWFi 는 각각 i번째 핵연료 집합체의 상대출력과 가중인자를 나타내고, DE는 예상되는 계측신호이며, N은 노심내 핵연료 집합체 개수이다.

통상 노외계측기는 주로 노심을 이탈한 속중성자와 반응하므로 노외계측기 관련 핵연료 집합체 가중인자(AWF)는 핵연료의 농축도/연소도에 거의 영향을 받지 않는다. 따라서 이 집합체 가중인자(AWF)는 노심내 축방향 위치에 상관없이 거의 일정하다고 할 수 있으며, 제어군 삽입과 같은 비교적 큰 노심변화는 집합체 가중인자(AWF)에 약간의 변화를 초래할 수 있으나, 한국표준형 원자력발전소의 선형 부채널 교정(LSC)은 모든 제어군이 인출된 상태에서 수행되기 때문에 제어군의 영향은 고려할 필요가 없다.

이러한 핵연료 집합체 가중인자의 특성은 노심의 핵연료 관리에 있어서 매우 큰 변화가 없는 한 초기노심에 대하여 결정된 값이 모든 재장전 노심에 사용될 수 있음을 의미하는데, 도 3은 일예로 한국표준형 원자력발전소의 하나의 안전채널 노외계측기에 대한 핵연료집합체 가중인자 분포를 보여주는데, 도표에 도시된 바와 같이 노외계측기에 가까이 위치한 핵연료집합체 일수록 이 노외계측기 신호에 대한 기여도가 큼을 확인할 수 있다.

일반적으로 노외계측기는 원자로 압력용기를 투과한 중성자만을 계측할 수 있기 때문에 노심내부의 중성자는 노외계측기에 도달한 확률이 거의 없다고 할 수 있다. 즉 노심내부 핵연료 집합체의 가중인자(AWF)값은 거의 제로이다. 그리고 다른 안전채널들에 대한 집합체의 가중인자(AWF)는 각 채널간의 대칭성에 의해서 결정될 수 있다.

한편, 노외계측기의 연소효과를 무시할 수 있다면 재장전 주기의 주기초 노외계측기 교정상수는 이전주기의 핵연료 장전모형과 현 재장전 노심의 장전모형만을 고려하여 결정할 수 있는바, 종래 미국 ABB-CE회사의 교정방법은 이러한 노심특성을 이용하여 노외계측기 교정상수를 다음식과 같이 제안하였다.

, j=1,2,3 - - - ④식여기서, Kj는 j번째 부채널의 노외계측기 교정상수(Amplifier Gain Multiplier)이다.

따라서 종래 미국 ABB-CE회사의 임계전 노외계측기 교정법을 사용할 경우 ④식의 교정상수는 상,중,하부채널 모두에 균일하게 적용된다. 이는 핵연료 집합체 가중인자(AWF)의 특성상 장전모형 변화에 따른 계측기 신호의 변화가 노외계측기의 축방향 위치에 영향을 받지 않기 때문이다.

그리고 ④식을 이용하여 각 채널의 교정상수를 결정할 경우, 노심의 출력분포가 대칭적이라면 모든 채널에 동일한 교정상수를 사용함을 의미하게 된다. 따라서 상기한 임계전 노외계측기 교정방법을 사용할 경우 현주기의 노외계측기 출력분포는 실제 CECOR 출력분포와 다를 수 밖에 없다.

한편, 상술한 바와 같이 재장전 노심의 경우 축방향 출력분포는 ④식에 상관없이 상당히 유사하기 때문에 핵연료나 장전모형에 있어서 큰 변화가 없다면, ④식을 이용하여 구한 교정상수를 모든 부채널에 적용하더라도 노외계측기 출력분포는 CECOR의 출력분포와 크게 다르지 않다는 것을 예측할 수 있다. 즉 재장전 노심의 특성이 크게 바뀌지 않는 3주기 이후부터는 이전주기(임계후)교정이 충분히 정확하게 수행되었다는 전제하에 양호한 결과를 제공한다.

그러나 실제 임계전 교정방법만을 사용할 경우, 이전주기의 교정이 완전하다고 가정할 수 없기 때문에 실제 노심보호연산기 출력오차는 증가하게 된다. 따라서 임계전 교정방법을 성공적으로 적용하기 위해서는 이전주기 교정의 정확도를 반영할 수 있는 방안이 필수적이라는 전제가 필요하다.

또한 종래 미국 ABB-CE회사의 노심보호연산기 관련 중요인자 중의 하나는 기준출력과 노심보호계통 출력간의 차이를 나타내는 KCAL 값이다. 이 KCAL은 기준출력과 노심보호계통 출력의 비로서 다음과 같이 정의된다.

- - - ⑤식

노외계측기 교정의 중요한 목적의 하나는 발전소 기준출력(BSACL)과 노심보호계통출력을 일치시키는 것으로, 즉 정확한 노외계측기 교정은 KCAL을 1,0이 되도록 하는 것이다.

한편 노외계측시 이득상수(GAIN)교정은 저출력에서 한번 수행되기 때문에 일반적으로 KCAL값은 출력 및 연소도와 노심특성이 변함에 따라 교정 당시의 값과 약간씩 달라지는 경향이 있다.

실측 자료에 의하면 노심연소에 따라 KCAL값이 점차 감소함을 알 수 있는데, 이러한 현상은 연소에 따른 반경방향 출력분포변화 때문이다. 원자로 노심의 출력분포는 일반적으로 연소에 따라 소위 롤링(ROLLING)현상을 보인다. 즉 대부분의 경우 장전모형이 중성자의 누설을 최소화하도록 결정되므로 주기초에는 노심외곽 집합체의 출력이 내부영역 집합체에 비하여 상당히 낮게 설계된다. 이후 연소가 진행함에 따라 외곽 집합체의 상대출력은 점차 증가하는 경향을 나타내는 한편, 노외계측기의 신호는 주로 노심외곽 집합체의 출력이 미치는 영향이 크기 때문에 연소가 진행됨에 따라 노심보호계통 출력도 변하게 된다.

그러나 종래 상기와 같은 미국 ABB-CE회사가 개발한 원자력발전소의 임계전노외계측기 교정방법은 다음과 같은 특성 및 문제점 등이 제기되어 있다.

°임계전 교정법은 모든 부채널에 동일한 교정상수를 적용한다. 따라서 노외계측기 출력분포의 교정은 불가능하다.

°임계전 교정법으로 계산된 교정상수의 정확도는 주기에 따라 달라질 수 있다. 따라서 임계전 교정법을 모든 주기에 적용할 수 있기 위해서는 정확도를 향상시킬 필요가 있는데, 특히 이전 주기에 수행된 임계전 교정의 부정확도를 반영할 수 있는 방안이 필요하다.

°일반적으로 전산코드로 계산된 노심의 반경방향 출력분포는 매우 정확한 1/4 노심 대칭성을 가지므로 기존 미국 ABB-CE회사의 방법론을 적용할 경우 노외계측기 4채널에 동일한 교정상수가 적용될 수밖에 없다. 그러나 실제 노외계측기 출력은 노심의 출력이 완전히 대칭적일 지라도 약간씩 다를 수 있다. 이러한 특성을 고려할 수 있는 새로운 교정법이 필요하다.

°노외계측기 연소는 비교적 천천히 진행되지만 연소기간이 충분히 길 때에는 노외계측기의 연소효과를 무시할 수 없다. 그러나 기존 임계전 교정법은 계측기의 연소효과를 고려할 수 없다.

°종래 미국 ABB-CE회사의 임계전 교정법은 전출력에서의 오차를 최소화하기 위한 것이다. 그러나 전출력에서의 오차가 저출력에서보다 커질 수 있는 결과를 보이고 있다. 즉, 방법론의 일관성이 부족하다 할 수 있는데, 이와 같은 현상은 주로 이전 주기에서의 교정 결과를 반영하지 못하기 때문이다.

°임계전 교정법을 적용할 경우 주기에 따라 계측기 출력과 기준출력은 상당한 오차를 가질 수 있다. ABB-CE형 발전소의 노심보호계통의 출력 오차는 주기적으로 KCAL(기준출력과 노심보호계통 출력의 비)이라는 상수를 조절함으로써 해소할 수 있다. 그러나 전출력에서의 노심보호계통 출력이 기준출력에 비해 큰 값을 지시할 경우 다음과 같은 문제를 초래할 수 있다.

일반적으로 KCAL 값은 노심연소에 따라서 점차 작아지는 특성이 있으며, KCAL 값이 약 0.60이하가 되면 노심보호계통이 제대로 작동하지 않음이 발견되었다. 이는 KCAL 값이 0.60정도이면, 노외계측기 신호가 더 이상 증폭될 수 없는 조건이기 때문이다. 따라서 임계전 교정법을 사용할 경우 주기초 KCAL 값이 1보다 너무 적으면, 주기말에 심각한 문제가 발생할 수 있으나, ABB-CE회사의 임계전 교정법은 주기초 전출력에서의 KCAL 값이 1.0근처인 것을 보장할 수 없는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 종래 노외계측기 교정방법에 비하여 재장전 주기초 기동운전시 저출력 운전시간 단축에 의한 원자력발전소 이용률 향상을 통해 경제적 이득뿐만 아니라, 기술적으로도 안정적인 출력운전으로 노심안정성확보는 물론 기기 건전성 제고의 이득도 얻을 수 있는, 원자력발전소의 임계전 노외계측기 선형부채널 교정을 위한 교정상수 결정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 한국표준형 원자력발전소의 원자로와 노외계측기를 나타낸 개략 부분 평면도,

도 2는 일반적인 한국표준형 원자력발전소의 원자로와 3채널 노외계측기를 나타낸 개략 구성도,

도 3은 일반적인 원자로 코어에서 핵연료집합체의 가중상수를 나타낸 도표,

도 4는 종래 교정방법에 따른 노외계측기 선형부채널 교정법의 적용결과를 나타낸 도표,

도 5은 본 발명에 따른 노외계측기 선형부채널 교정법의 적용결과를 나타낸 도표이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

100 - 노외계측기 101 - 원자로

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전주기 기준출력과 노심보호계통 출력의 비(KCAL)을 현주기 교정상수계산에 반영하여 전주기 교정의 정확도를 현주기에 반영하는 다음 식에 의하여 교정상수가 결정되는 교정방법이다.

- - - ⑥식여기서, Kj는 j번째 부채널의 노외계측기 교정상수(Amplifier Gain Multiplier)이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 원자력발전소의 노외계측기 교정방법에 있어서, 이 노외계측기(100) 교정에 필요한 발전소 측정자료를 취득하는 과정을 생략하고 전주기 기준출력과 노심보호계통출력의 비(KCAL)을 현주기 교정상수 계산에 반영하여 전주기 교정의 정확도를 현주기에 반영하는 다음식에 의하여 교정상수가 결정되도록 되어 있다.

여기서, Kj는 j번째 부채널의 노외계측기 교정상수(Amplifier Gain Multiplier)이다.

본 발명에 이용된 교정방법은 전주기 KCAL을 현주기 교정상수 계산에 반영하기 때문에 전주기 교정의 정확도를 현주기에 반영하는 개념이다. 이와 같이 하면 이전 주기에서 임계전 교정이 부정확하더라도 그 영향은 현주기 주기초에 제거되는 특징이 있다. 따라서 매주기 임계전 교정을 하더라도 주기초 KCAL 값이 1.0 근처에 있도록 하는 장점이 있다. 결과적으로 주기말 KCAL 값이 매우 작아질 가능성을 사전에 배제할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 교정방법은 노외계측기의 연소효과를 어느 정도 반영하는 특성을 가지고 있다. 일반적으로 종래 미국 ABB-CE회사형 발전소에 사용되는 노외계측기의 연소에 따른 특성변화는 매우 천천히 일어나는 것으로 알려져 있으며 1주기 정도의 연소에 따른 효과는 미미하다고 할 수 있다. 그러나 4-5년에 걸친 장기간 연소에 영향은 무시할 수 없다. 한편 노심보호연산기 출력과 기준출력을 정확히 일치시켜주는 KCAL에는 노외계측기의 연소에 따른 영향도 포함되어 있다. 따라서 만약 ⑥식과 같이 교정상수를 구한다면 1주기 동안의 계측기 연소에 따른 특성 변화가 새로운 교정상수 결정에 반영되어 연소효과가 축적되는 것을 제거하는 특징이 있다.

한편 미국 ABB-CE회사의 기존 임계전 교정방법과 비교하여 본 발명에 이용된 교정방법은 다음과 같은 특성을 가진다.

。 전출력 KCAL이 1.0이 되도록 교정.

이는 종래 ABB-CE회사의 교정법과 같다. 앞에서 기술한 바와 같이 원칙적으로 임계전 교정법은 원하는 출력 준위에서의 교정상수를 예측할 수 있다. 본 발명에 따른 임계전 교정법은 기본적으로 주기초 전출력에서의 KCAL 값이 1.0에 가깝도록 교정하는 것을 원칙으로 한다.

이는 주기말 KCAL 값이 충분히 크도록 하기 위함이다. 만약 주기초 전출력 KCAL 값이 1.0 근처라는 주기말 KCAL 값의 저하에 따른 문제는 (18개월 장주기 노심에서도) 발생할 확률이 거의 없다고 할 수 있다. 한편 전출력을 기준으로 교정하면 저출력에서의 오차는 상대적으로 약간 증가할 수 있다. 현재와 같은 노심의 출력분포가 20% 출력에서 임계후 교정을 할 경우에는 반대로 전출력에서의 노심보호연산기 출력오차가 약간 커지는 특성이 있다. 그러나 노심 특성상 출력증가에 따른 출력오차는 약 5-6% 정도로서 비교적 작기 때문에 전출력을 기준으로 한 임계전 교정이 가능하다.

일반적으로 핵설계 코드의 정확도와 현장 측정자료의 신뢰도는 저출력보다는 전출력 상태에서 높으므로 전출력을 기준으로 하는 것이 임계전 교정법의 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

。 노심보호계통 부채널 출력분포 미교정.

본 발명에 이용된 임계전 교정법에서도 노심보호연산기 부채널의 출력분포를 CECOR의 출력분포에 일치시키는 과정이 없다. 종래 ABB-CE회사형 발전소는 노외계측기 교정시 부채널의 출력분포도 노심의 출력분포와 같도록 이득상수(GAIN)를 교정하도록 되어 있다. 이러한 부채널 출력분포 교정은 SAM 결정과정과 관련되어 있다. SAM 행렬은 노심의 출력분포와 노외계측기 출력간의 선형적인 관계를 나타낸다. 본질적으로 SAM 행렬의 정확도는 노외계측기 출력분포의 CECOR 출력분포와의 일치정도에는 크게 의존하지 않는다. 실제 노외계측기 부채널 출력분포가 기준출력분포와 크게 다르더라도 SAM 행렬은 노심의 출력분포를 정확하게 재생할 수 있는 특성이 있다. 다만 기존 방법론과 같이 두 출력분포를 저출격에서 일치시키면 SAM 행렬의 특성을 주기에 상관없이 미리 결정할 수 있다.

결국 이는 노외계측기 부채널 출력분포를 교정하지 않는 임계전 교정법을 도입하더라도 노외계측기 부채널과 CECOR 출력분포의 큰 차이가 없다면 SAM 행렬의정확도는 문제가 되지 않는다.

。 각 부채널별 교정상수가 다르다.

상기 ⑥식과 같이 본 발명에 이용된 임계전 교정법에는 KCAL이 사용된다. 따라서 기존의 임계전 교정법과는 달리 각 채널 별로 상이한 교정상수가 계산된다. 일반적으로 KCAL 값은 채널에 따라서 약간씩 다르다. 즉, 새로운 교정법은 채널 별로 전주기의 교정특성이 그대로 반영될 수 있다.

한편, 도 4와, 도 5는 각각 종래 미국 회사의 ABB-CE 임계전 교정방법과 본 발명에 따른 교정방법을 국내 한국표준형 원자력발전소 3호기 2,3주기와 다른 원자력 발전소 3호기 3,4,5주기에 각각 적용하여 나타낸 결과 도표이다.

적용결과, 국내 한국표준형 원자력발전소 모두에서 2주기를 제외하고는 본 발명에 이용된 임계전 교정방법이 종래 ABB-CE 회사의 교정방법보다 정확하고 일관된 결과를 보이고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 두 발전소 모두 2주기에서의 결과 본 발명은 ABB-CE 회사의 교정방법보다 오차가 커짐을 관찰할 수 있다.

2주기에서 본 발명에 이용된 임계전 교정법의 오차가 커진 이유는 KCAL을 고려하지 않더라도 임계전 교정이 노심보호연산기 출력이 기준출력보다 크게 만들뿐만 아니라 1주기 전출력에서의 KCAL이 두 발전소 모두 1.0보다 크기 때문이다.

이 결과는 다음과 같은 1,2주기 노심의 차이점에 기인하는 것으로 판단된다. 먼저 1주기 노심은 모든 연료가 새연료 (FRESH FUEL)이므로 출력분포가 COSINE 함수에 가까운 반면, 2주기의 경우 저출력에서는 상부로 상당히 치우친 출력분포가, 전출력에서도 약간 상부로 편중된 출력분포가 발생한다.

이러한 출력분포의 상이성은 2차원 핵연료 집합체 가중상수를 사용하는 임계전 교정법을 적용할 경우 상대적으로 큰 오차가 발생할 수 있다. 또한 노외계측기가 처음으로 사용되는 1주기의 계측기 연소효과는 후속 주기에서의 연소효과보다 약간 클 것으로 예상할 수 있다.

노심 붕괴열과 기준출력 측정의 정확도에서도 1,2주기의 차이점을 유발한다. 1주기 주기초의 경우 노내 붕괴열은 무시될 정도로 작으나, 2주기의 경우에는 주기초에도 출력의 일부분은 붕괴열이 기여한다. 그러나 노외계측기는 중성자에 의해서만 반응하기 때문에 붕괴열에 의한 노심출력은 측정할 수 없다.

발전소 기준출력은 핵분열에 의한 열과 붕괴열을 동시에 고려하여 측정되기 때문에 1,2주기에 있어서 노심출력과 기준출력의 관계는 약간 다르게 나타날 것이다. 이와 같은 1주기와 2주기 주기초 노심특성 차이점 때문에 2주기에서의 종래 ABB-CE회사의 임계전 교정방법과 본 발명에 이용괸 교정방법이 모두 상당한 오차를 가지는 것으로 판단된다.

2주기를 제외한 모든 후속 주기에서 본 발명에 따른 임계전 교정방법은 보다 정확하고 일관된 결과를 제공함을 확인할 수 있다. 종래 ABB-CE회사의 임계전 교정법과 본 발명에 따른 교정방법은 모두 전출력에서의 노심보호연산기 출력과 기준출력이 일치되도록 교정하는 것이다. 종래 ABB-CE회사의 교정방법은 주기에 따라서 전출력에서의 오차가 저출력에서보다 큰 경우도 있고, 또한 노심보호연산기 부채널에 따른 출력오차가 크게 차이가 나는 경우도 발생하였다.

그러나 본 발명에 따른 교정방법은 전체적으로 전출력에서의 정확도가 저출력에서보다 좋음을 확인할 수 있다. 또한 부채널별 오차의 크기도 유사함을 관찰할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 교정방법에서는 주기초 전출력에서의 KCAL 값이 1.0에 매우 가깝게 유지될 수 있음을 알 수 있다. 물론 20%와 같은 저출력에서도 출력의 상대오차는 매우 적다. 따라서 저출력에서도 KCAL 값은 1.0과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 임계전 교정방법은 종래 ABB-CE회사의 교정방법에 비하여 2주기를 제외하고는 더욱 정확한 교정상수를 제공한다. 특히 이전 주기에서의 교정의 정확도를 나타내는 KCAL을 현주기에 반영함으로써 3주기 이후부터는 모든 재장전 주기에서 충분한 신뢰도를 가지고 임계전 교정상수를 생산한다고 할 수 있다.

비록 본 발명에 이용된 임계전 교정법이 2주기에서는 기존 방법론보다 약간 큰 오차를 제공하지만 노심관리 특성상 3주기 이후 재장전 노심에서는 이러한 차이가 존재할 수 없기 때문에 본 발명에 이용된 임계전 교정법을 안심하고 적용할수 있다.

종래 교정방법과 본 발명에 따른 교정방법 모두 노외계측기 부채널의 출력분포는 교정하지 않는다. 따라서 임계전 교정법을 적용할 경우, 2주기에서는 노심출력과 부채널출력분포는 상당한 차이를 가질 수 있다. 비록 부채널 출력분포의 교정의 필요성은 크지 않으나, 본 발명에 이용된 임계전 교정법은 3주기 이후부터 적용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

먼저, 개선된 노외계측기 교정법인 단순교정법의 채택으로 기존의 노외계측기 교정방법을 적용하는 경우에 비하여 재장전 주기초 기동운전시 저출력 운전시간 단축에 의한 발전소 이용률 향상과 각종 기기의 운전교란요인 제거를 통한 안정적인 출력운전으로 노심 안전성 확보는 물론, 기기 건전성 제고의 이득을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명으로 노외계측기 교정시 노심관리요원의 작업량은 줄어들고 계측제어부서가 수행하는 교정작업절차에도 변화가 없으므로 본 발명의 교정방법을 현장에 적용하는데 따른 기술적인 어려움은 없으며, 교정자료 생산 후 추가조치도 필요 없는 것도 장점이다.

Claims (1)

1. (정정) 원자력발전소의 노외계측기 교정방법에 있어서,

   이 노외계측기(100)의 교정에 필요한 발전소 측정자료를 취득하는 과정을 생략하고, 전주기 기준출력과 노심보호계통출력의 비(KACL)을 현주기 교정상수 계산에 반영하여 전주기 교정의 정확도를 현주기에 반영하는 다음식에 의하여 교정상수가 결정되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 임계전 노외계측기 선형부채널 교정을 위한 교정상수 결정방법.

   여기서, Kj는 j번째 부채널의 노외계측기 교정상수(Amplifier Gain Multiplier)이다.