KR100600971B1

KR100600971B1 - 노심보호연산기계통

Info

Publication number: KR100600971B1
Application number: KR1020040114886A
Authority: KR
Inventors: 조창호; 백승엽; 배종식
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20060076466A

Abstract

본 발명은 원자로심의 상태를 감시하고 이상 발생시 원자로를 정지시키는 기능을 수행하는 노심보호연산기계통(CPCS;Core Protection Calculator System)에 관한 것으로, 채널당 두 대의 신호변환연산기와 한 대의 노심보호연산기 및 한 대의 제어봉집합체연산기를 구비하여 이루어지되, 각각의 채널에 구비되는 상기 두 대의 신호변환연산기는 동일한 제어봉위치검출기 신호와 패널티상수 값을 취합하여 신호를 다중화하고, 각 노심보호연산기는 상기 신호변환연산기를 통해 각 제어봉집합체연산기로부터 전송받은 패널티상수 값 중에서 큰 값을 선택하여 핵비등이탈율과 국부출력밀도 계산에 사용하며, 채널 A, B에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-1의 신호를, 채널 C, D에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-2의 신호를 각각 처리하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

노심보호연산기, 신호변환연산기, 제어봉집합체연산기

Description

노심보호연산기계통{CORE PROTECTION CALCULATOR SYSTEM}

도 1은 종래 Legacy 노심보호연산기계통(CPCS)의 구성을 개략적으로 보인 도면.

도 2는 노심의 CEA 배치 형상 및 CPC 목표 CEA를 보인 도면.

도 3은 종래 Common-Q 노심보호연산기계통(CPCS)의 구성을 개략적으로 보인 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심보호연산기계통(CPCS)의 구성을 개략적으로 보인 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

411, 421, 431, 441. 노심보호연산기,

412, 422, 432, 442. 제어봉집합체연산기,

413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444. 신호변환연산기,

415, 425, 435, 445. 아날로그입력카드

본 발명은 원자로심의 상태를 감시하고 이상 발생시 원자로를 정지시키는 기능을 수행하는 노심보호연산기계통(CPCS;Core Protection Calculator System)에 관한 것이다.

노심보호연산기계통(CPCS)은 발전소 보호 계통의 일부로서 4개의 독립된 채널로 구성되어 있으며, 주기능은 예상운전사고(AOO;Anticipated Operational Occurrence)에 대하여 핵비등이탈율(DNBR;Departure Nuclear Boiling Ratio)과 국부출력밀도(LPD;Local Power Density)가 제한된 값을 초과하지 않도록 자동적으로 발전소 보호에 대한 안전 기능을 수행한다. 또한, 사고에 대하여 결과를 최소화하기 위한 공학적안전설비(ESFAS) 계통을 지원하는 기능을 수행한다.

전술한 바와 같은, 노심보호연산기계통(CPCS)은 기능적으로 노심보호연산기(CPC;Core Protection Calculator), 제어봉집합체연산기(CEACs;Control Element Assembly Calculators), 제어봉위치연산기(CPP;CEA Position Processor), 유지보수시험반(MTP;Maintenance and Test Panel)로 구성되며, 그 외에 주제어반에 위치하는 운전 모듈(OM;Operator Module)과 CEA 위치 지시계(CEAPD;CEA Position Display)를 구비하여 이루어진다.

도 1은 국내 표준형원전(KSNP)의 노심보호연산기계통(이하, 'Legacy CPCS'라 칭함)의 구성을 개략적으로 보인 도로, Legacy CPCS는 제어봉집합체연산기(101, 102)가 두 채널(채널 B, C)에만 구성되어 있어서, 어느 하나의 제어봉집합체연산기 에 고장이 발생하는 경우에는 원자로 정지를 유발할 가능성이 매우 높다.

즉, 일반적으로 제어봉은 4개가 한 개의 제어봉그룹을 이루며, 4 개의 CPC 채널에 전송되는 각각의 제어봉 신호를 목표제어봉(Target CEA) 신호라 하는 데, 노심보호연산기계통은 앞서 설명한 바와 같이 필요시 원자로를 정지시켜야 하는 안전 시스템이므로, 독립적인 4 개의 다중 채널로 구성되며, 이중 2개 채널 이상에서 원자로정지신호가 발생하는 경우 2/4 논리에 의해 원자로를 정지시키게 된다(도 2 참조).

그러나, Legacy CPCS는 독립적인 4개의 채널로 구성되어 있지만, 각 제어봉에 제어봉위치검출기(RSPT;Reed Switch Position Transmitter)의 설치가 2개로 제한되므로 제어봉집합체연산기(101, 102)는 2개의 채널(채널 B, C)에만 구성되어 있다. 즉, 2개 채널의 제어봉집합체연산기(101, 102)에서 각각의 개별 제어봉위치검출기 신호를 처리하여 제어봉위치 편차에 따른 정보를 4개 채널의 노심보호연산기(109, 110, 111, 112)에 모두 전달한다.

이에 따라, 제어봉집합체연산기 1개 채널의 정보가 신호연결시스템의 불량으로 인한 거짓 신호이거나 사용 불능일 경우에는 4개 채널의 노심보호연산기(109, 110, 111, 112)가 모두 영향을 받아 불필요한 원자로 정지 신호가 발생할 가능성이 높다.

전술한 바와 같이, Legacy CPCS는 4개 채널의 노심보호연산기(109, 110, 111, 112)와 2개 채널의 제어봉집합체연산기(101, 102)로 구성되어 제어봉집합체연산기 1개 채널의 고장은 4개 채널의 모든 노심보호연산기(109, 110, 111, 112)에 영향을 주어 불필요한 원자로 정지를 발생시키게 되는 문제점이 있다.

또한, Legacy CPCS는 제어봉집합체연산기에 대한 주기적인 점검 시험을 필요로 하며, 점검중에는 1개 채널만이 운전 가능한 상태이므로 제어봉집합체연산기 시스템의 단일 고장(Single Failure)이 원자로 정지를 유발할 가능성이 높다.

그리고, Legacy CPCS는 제어봉위치검출기(RSPT;Reed Switch Position Transmitter) 신호를 채널 A와 B, 채널 C와 D가 공유하고 있으므로, 각 채널에는 광격리장치(CPOIA;CEA Position Optical Isolation Assembly)(105, 106, 107, 108)가 설치되어 있다.

이에 따라, 광격리장치들 중에서 어느 하나에 고장이 발생하게 되면, 제어봉위치검출기 신호의 공유로 인하여 원자로 정지를 유발하는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있다.

그리고, Legacy CPCS는 2개 채널의 제어봉집합체연산기(101, 102)와 4 개 채널의 노심보호연산기(109, 110, 111, 112)를 연결하기 위해 각 계통 채널당 2개의 신호 격리 장치를 필요로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 Legacy CPCS의 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것이, PLC(Programmable Logic Controller)기반의 Common-Q CPCS로, Common-Q CPCS는 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 채널에 2대의 제어봉집합체연산기(CEAC;301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308)가 설치되고, 별도의 프로세서인 제어봉위치검출기신호처리기(CPP;311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318)를 사용하여 제어봉위치검출기 신호의 채널 격리를 한다.

또한, 각 노심보호연산기/제어봉집합체연산기/제어봉위치연산기의 전원 공급을 이중화하여 전원 장치에 대한 고장 허용율을 증가시켰다.

그러나, 전술한 Common-Q CPCS에서는 제어봉집합체연산기가 2개에서 8개로 증가하고, 제어봉위치검출기신호처리 프로세서인 CPP가 8개 추가되어 하드웨어 구성이 복잡해졌으며, 이로 인해 하드웨어의 고장 발생 가능성이 높아지고 정기 점검 및 유지 보수의 부담이 증가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 채널당 2개의 신호변환연산기(SCP;Signal Conversion Processor)를 두고, 각 신호변환연산기를 통해 제어봉위치검출기 신호 및 패널티상수(PF;Penalty Factor)를 각 채널이 공유하도록 함으로써, 각종 단일모드고장으로 인한 원자로정지 가능성을 줄여 가용도를 높일 수 있도록 하는 노심보호연산기계통을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 채널당 1개의 제어봉집합체연산기를 두어 구성의 복잡성을 제거하면서도 채널간 다중화를 이용해 계통의 안전성과 운전 및 유지보수성을 높일 수 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 노심보호연산기계통은, 채널당 두 대의 신호변환연산기와 한 대의 노심보호연산기 및 한 대의 제어 봉집합체연산기를 구비하여 이루어지되, 각각의 채널에 구비되는 상기 두 대의 신호변환연산기는 동일한 제어봉위치검출기 신호와 패널티상수 값을 취합하여 신호를 다중화하고, 각 노심보호연산기는 상기 신호변환연산기를 통해 각 제어봉집합체연산기로부터 전송받은 패널티상수 값 중에서 큰 값을 선택하여 핵비등이탈율과 국부출력밀도 계산에 사용하며, 채널 A, B에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-1의 신호를, 채널 C, D에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-2의 신호를 각각 처리하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 채널 A의 신호변환연산기는 RSPT-1A의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 B의 신호변환연산기는 RSPT-1B/C/D의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 C의 신호변환연산기는 RSPT-2A/B/C의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 D의 신호변환연산기는 RSPT-2D의 제어봉위치검출기 신호를 각 채널의 아날로그입력카드를 통해 각각 입력받아 채널 A와 B, 채널 C와 D가 각각 제어봉위치검출기 신호를 공유하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 채널 A, B에 각각 구비된 제어봉집합체연산기는 각 채널에 구비된 신호변환연산기를 통해 패널티상수 PF-1을 상기 채널 C, D에 각각 구비된 노심보호연산기로 전송하고, 상기 채널 C, D에 각각 구비된 제어봉집합체연산기는 각 채널에 구비된 신호변환연산기를 통해 패널티상수 PF-2를 상기 채널 A, B에 각각 구비된 노심보호연산기로 전송하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노심 보호연산기계통에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노심보호연산기계통의 구성을 개략적으로 보인 도로, 각 채널은 2대의 독립적인 신호변환연산기 SCP-1(413, 423, 433, 443), SCP-2(414, 424, 434, 444)와, 1대의 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)와, 1대의 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)를 구비하여 이루어진다.

이와 같은 구성에 있어서, 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)는 기존 계통에서의 CPC와 보조 CPC가 통합되어 이루어지며, 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)와 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)는 연산기의 성능이 허용한다면, 하나로 통합될 수 있다.

한편, 각 채널의 2대의 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)는 제어봉위치검출기(RSPT) 신호 입력을 다중화하여, 한 채널에서 한 대의 신호변환연산기가 고장이 나더라도 다중화되어 있는 나머지 신호변환연산기에 의해 제어봉위치검출기 신호를 확보할 수 있게 되므로, 불필요한 발전소 정지를 줄일 수 있게 된다.

전술한, 각 채널에 2대씩 설치되는 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)는 동일한 제어봉위치검출기(RSPT) 신호를 입력받게 되는 데, 채널 A의 신호변환연산기(413, 414)는 RSPT-1A의 18개 CEA 아날로그 입력 신호를, 채널 B의 신호변환연산기(423, 424)는 RSPT-1B/C/D의 55개 CEA 아날로그 입력 신호를, 채널 C의 신호변환연산기(433, 434)는 RSPT-2A/B/C의 55개 CEA 아날로그 입력 신호를, 채널 D의 신호변환연산기(443, 444)는 RSPT-2D의 18개 CEA 아날로그 입력 신호 를 각 채널의 아날로그입력카드(415, 425, 435, 445)를 통해 각각 입력받아 채널 A와 B, 채널 C와 D가 각각 제어봉위치검출기(RSPT) 신호를 공유한다.

전술한 바와 같이, 제어봉위치검출기(RSPT) 신호를 입력받은 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)는 입력받은 아날로그 제어봉위치검출기 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 제어봉 위치 연산에 사용한다.

한편, 채널 A와 채널 B에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기(CEAC-1)(412, 422)는 RSPT-1의 73개의 신호를, 채널 C와 채널 D에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기(CEAC-2)(432, 442)는 RSPT-2의 73개의 신호를 각각 처리하도록 구성하여, 구조적 복잡성을 탈피하면서 다중성을 확보할 수 있도록 한다.

전술한, 제어봉집합체연산기(CEAC-1)(412, 422)와 제어봉집합체연산기(CEAC-2)(432, 442)는 제어봉집합체 개개의 편차에 관한 정보를 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)에 제공하는 것으로, 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)는 서브그룹에 있는 4개의 제어봉집합체를 감시하여 서브그룹내에서 제어봉집합체 편차가 설정값보다 크게 되면, 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)에 패널티상수 값을 보내는 데, 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)는 73개의 모든 제어봉집합체에 대해 감시 서브그룹내에서의 편차 발생여부를 판단한다.

전술한 바와 같이, 편차 발생여부를 판단한 결과, 편차가 없으면 DNBR과 LPD 패널티상수 값은 1이다. 그러나, 편차가 8인치를 벗어나면 각 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)는 핵비등이탈율과 국부출력밀도 계산에 사용할 패널티상수 값을 계산한다.

각 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)에서 계산된 패널티상수 값은 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)를 통해 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)로 전송되며, 각 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)에서 계산된 패널티상수 값을 전송받은 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)는 둘 중 큰 패널티상수 값을 선택하여 핵비등이탈율과 국부출력밀도 계산에 사용한다.

전술한 바와 같이, 각 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)에서 계산된 패널티상수 값은 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)를 통해 노심보호연산기(411, 421, 431, 441)로 전송되는 데, 제어봉집합체연산기에서 제공받은 각 패널티상수(PF-1, PF-2)는 채널 A, B는 각각 채널 C, D에 PF-1을 제공하고, 채널 C, D는 각각 채널 A, B에 PF-2를 전송한다. 즉, 각 신호변환연산기(413, 423, 433, 443/414, 424, 434, 444)는 제어봉집합체연산기(412, 422, 432, 442)에서 계산된 동일한 패널티상수 값을 입력받아 채널 A의 SCP-1(413)과 SCP-2(414)는 채널 C의 SCP-1(433)과 SCP-2(434)에 각각 PF-1을 제공한다. 이와 동시에 반대로 채널 C의 SCP-1(433)과 SCP-2(434)는 채널 A의 SCP-1(413)과 SCP-2(414)에 각각 PF-2를 제공한다.

전술한 바와 같은 방법으로 채널 B와 채널 D도 패널티상수 값을 각각 공유하게 된다.

전술한 바와 같은 방법으로 패널티상수 값을 공유하게 되면, 한 채널이 고장이거나 시험중이더라도 나머지 채널들은 항상 PF-1과 PF-2를 보유할 수 있게 되므로, 계통은 2/3 논리에 의해 운전 가능하게 되어 안전성과 가용도를 높일 수 있게 된다.

표 1은 종래 CPCS와 본 발명에 따른 CPCS의 설계 비교표로, 본 발명에 따른 CPCS가 종래 CPCS에 비해 하드웨어 구성을 단순화하면서도, 채널간 다중성이 높다.

구분	Legacy CPCS	Common-Q CPCS	본 발명에 따른 CPCS
프로세서 개수	6	24	16
광격리개수 (통신구조)	80	42	32
RSPT 신호 처리 (CEAC)	B : RSPT 1 C : RSPT 2	A, B, C, D : RSPT 1 & RSPT 2	A, B : RSPT 1 C, D : RSPT 2
채널내에서의 RSPT 신호 다중성	X	O	O

본 발명의 노심보호연산기계통은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 노심보호연산기계통에 따르면, 제어봉집합체연산기를 채널당 1대로 구성하여 하드웨어의 구성을 단순화하는 반면에, 채널간 다중성을 이용해 각 모듈의 단일모드고장으로 인한 원자로 정지 가능성을 대폭 줄일 수 있게 된다.

그리고, 신호변환연산기를 통해 패널티상수 값을 최소한으로 공유함으로써, 통신의 부하 및 복잡성을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims

채널당 두 대의 신호변환연산기와 한 대의 노심보호연산기 및 한 대의 제어봉집합체연산기를 구비하여 이루어지되,

각각의 채널에 구비되는 상기 두 대의 신호변환연산기는 동일한 제어봉위치검출기 신호와 패널티상수 값을 취합하여 신호를 다중화하고,

각 노심보호연산기는 상기 신호변환연산기를 통해 각 제어봉집합체연산기로부터 전송받은 패널티상수 값 중에서 큰 값을 선택하여 핵비등이탈율과 국부출력밀도 계산에 사용하며,

채널 A, B에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-1의 신호를, 채널 C, D에 각각 위치하는 제어봉집합체연산기는 RSPT-2의 신호를 각각 처리하도록 이루어지는 노심보호연산기계통.
제 1항에 있어서, 상기 채널 A의 신호변환연산기는 RSPT-1A의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 B의 신호변환연산기는 RSPT-1B/C/D의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 C의 신호변환연산기는 RSPT-2A/B/C의 제어봉위치검출기 신호를, 채널 D의 신호변환연산기는 RSPT-2D의 제어봉위치검출기 신호를 각 채널의 아날로그입력카드를 통해 각각 입력받아 채널 A와 B, 채널 C와 D가 각각 제어봉위치검출기 신호를 공유하는 것을 특징으로 하는 노심보호연산기계통.
제1항에 있어서, 상기 채널 A, B에 각각 구비된 제어봉집합체연산기는 각 채널에 구비된 신호변환연산기를 통해 패널티상수 PF-1을 상기 채널 C, D에 각각 구비된 노심보호연산기로 전송하고, 상기 채널 C, D에 각각 구비된 제어봉집합체연산기는 각 채널에 구비된 신호변환연산기를 통해 패널티상수 PF-2를 상기 채널 A, B에 각각 구비된 노심보호연산기로 전송하는 것을 특징으로 하는 노심보호연산기계통.