KR100603217B1 - Apparatus for detecting failure of power converter unit in control rod control system of an nuclear reactor and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치는,원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부(103), 제어봉 구동장치(106) 및 제어봉 제어계통을 총괄적으로 제어하는 주제어부(125)와 각각 전기적으로 연결되도록 설치되어 전력변환부(103)의 고장 여부를 검출하는 장치에 있어서:The failure detection device of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor according to the present invention, the main control unit 125 for controlling the power conversion unit 103, the control rod drive device 106 and the control rod control system of the control rod control system to the reactor. In the apparatus for detecting whether or not the power converter 103 is installed to be electrically connected to each of:

원자로의 제어봉 구동장치(106)의 각 코일(107,108,109)의 직류 전압을 입력받아 저주파 필터링 스케일 조정을 하는 신호처리부(118); 상기 신호처리부(118)로부터 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터(119); 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 데이터를 입력받아 웨이블릿(wavelet) 변환을 이용한 고장 검출 방법으로 상기 전력변환부(103)의 상고장을 검출하는 한편 상기 주제어부(125)로부터의 제어봉 구동장치(106) 동작관련 제어명령을 수신받아 제어봉 구동장치(106)가 원하는 동작을 하도록 공급전력을 제어하는 중앙처리장치(120); 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 신호를 입력받아 상기 전력변환부(103)의 상고장 검출과 관련된 디지털 논리 구현을 위한 FPGA(Field-Programmable Gate Array)(121); 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 컨버터(122); 상기 중앙처리장치(120)에서의 신호처리 및 FPGA(121)에서의 디지털 논리구현과 관련된 소프트웨어 프로그램 및 각종 데이터의 저장을 위한 메모리(123); 및 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 중앙처리장치(120)로부터의 공급전력 제어관련 명령신호를 소정의 시간 간격으로 카운팅하여 출력하는 타이머 카운터(124)를 포함하여 구성된다.A signal processor 118 that receives DC voltages of the coils 107, 108, and 109 of the control rod drive device 106 of the nuclear reactor and performs low frequency filtering scale adjustment; An analog-digital converter 119 which receives an analog signal output from the signal processor 118 and converts the analog signal into a digital signal and outputs the digital signal; The failure of the power converter 103 is detected by a failure detection method using wavelet conversion by receiving the digital data output from the analog-digital converter 119 and driving the control rod from the main controller 125. A central processing unit (120) for receiving a control command related to the operation of the device (106) to control the power supply for the control rod drive device (106) to perform a desired operation; A field-programmable gate array (FPGA) 121 for receiving a digital signal output from the analog-digital converter 119 and implementing digital logic related to the detection of failure of the power converter 103; A digital-analog converter 122 which receives the digital signal output through the FPGA 121 and converts the digital signal into an analog signal and outputs the analog signal; A memory 123 for storing a variety of data and software programs related to signal processing in the central processing unit 120 and digital logic implementation in the FPGA 121; And a timer counter 124 that counts and outputs a supply power control related command signal from the central processing unit 120 output through the FPGA 121 at predetermined time intervals.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전력변환부의 상고장을 상시 감시함으로써 발전소의 불시정지 예방 및 원전가동률을 한층 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, by monitoring the failure of the power conversion unit at all times, it is possible to further prevent the uninterruption of the power plant and further improve the nuclear power plant operating rate.

Description

원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출 장치 및 그 방법{Apparatus for detecting failure of power converter unit in control rod control system of an nuclear reactor and method thereof} Apparatus for detecting failure of power converter unit in control rod control system of an nuclear reactor and method             

도 1은 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치의 구성을 보여주는 도면.1 is a view showing the configuration of a failure detection device of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출방법의 실행과정을 보여주는 흐름도.Figure 2 is a flow chart showing the execution process of the failure detection method of the power converter of the control rod control system of the reactor according to the present invention.

도 3은 본 발명의 고장 검출장치가 채용되는 원자로의 제어봉 제어계통에 있어서의 제어봉이 1스텝 이동할 때의 정지 집게 코일의 전압 및 전류 파형을 보여주는 도면.3 is a view showing voltage and current waveforms of a stop clamp coil when a control rod moves by one step in a control rod control system of a nuclear reactor employing the failure detection device of the present invention.

도 4는 본 발명의 고장 검출장치가 채용되는 원자로의 제어봉 제어계통에 있어서의 전력변환부에 상고장이 발생하였을 경우의 코일 전압 파형을 보여주는 도면.4 is a diagram showing coil voltage waveforms when an abnormality occurs in a power conversion unit in a control rod control system of a nuclear reactor employing the failure detection device of the present invention.

도 5는 제어봉 이동 중의 최대 양(+) 강제 시에 상 빠뜨림 고장이 발생하였을 경우의 코일 전압의 맥동 및 웨이블릿 변환계수의 변동을 보여주는 도면. FIG. 5 is a diagram showing fluctuations in coil voltage and wavelet transform coefficients when a phase skip failure occurs during a maximum positive force during control rod movement. FIG.

도 6은 제어봉 이동 중의 최대 음(-) 강제 시에 다이오드 동작 고장이 발생 하였을 경우의 코일 전압의 맥동 및 웨이블릿 변환계수의 변동을 보여주는 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating fluctuations in coil voltage and wavelet transform coefficients when a diode operation failure occurs during a maximum negative force during control rod movement. FIG.

도 7은 제어봉 정지 상태에서 정지 집게 코일용 삼상반파변환기에 상 빠뜨림 고장이 발생하였을 경우의 코일 전압의 맥동 및 웨이블릿 변환계수의 변동을 보여주는 도면.Fig. 7 is a view showing fluctuations in coil voltage and wavelet transform coefficients when a phase-fall failure occurs in a three-phase half-wave converter for a stop clamping coil in a stopped state of a control rod.

도 8은 제어봉 정지 상태에서 정지 집게 코일용 삼상반파변환기에 다이오드 동작 고장이 발생하였을 경우의 코일 전압의 맥동 및 웨이블릿 변환계수의 변동을 보여주는 도면. 8 is a view showing fluctuations in coil voltage and wavelet transform coefficients when a diode operation failure occurs in a three-phase half-wave converter for a stop tong coil in a control rod stop state.

도 9는 입력 전원의 주파수 변동이 있을 때의 제어봉 정지 상태에서 다이오드 동작 고장이 발생하였을 경우의 코일 전압의 맥동 및 웨이블릿 변환계수의 변동을 보여주는 도면. 9 is a diagram showing fluctuations in coil voltage and wavelet conversion coefficients when a diode operation failure occurs in a control rod stop state when there is a frequency variation of an input power source.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101...입력 전원 102...3상 반파변환기101 ... Input power 102 ... 3-phase half-wave converter

103...전력변환부 104...사이리스터103 Power converter 104 ... Thyristor

105...게이트 드라이브 106...제어봉 구동장치105 ... gate drive 106 ... control rod drive

107...올림 코일 108...이동 집게 코일107 raising coil 108 ... moving tong coil

109...정지 집게 코일 110...올림 자극109.Stop clamp coil 110

111...올림 전기자 112...이동 집게111.Arrange armature 112.Moving tongs

113...정지 집게 114...구동축113.Stop clamp 114 Drive shaft

115...변압기 116...변류기115 Transformers 116 Transformers

117...(본발명)고장 검출장치 118...신호처리부117 Fault detection device 118 Signal processing unit

119...아날로그-디지털 컨버터 120...중앙처리장치119 Analog-to-digital converter 120 Central processing unit

121...FPGA 122...디지털-아날로그 컨버터121 ... FPGA 122 ... Digital-to-Analog Converter

123...메모리 124...타이머 카운터123 Memory 124 Timer Counter

125...주제어부125.Main control unit

본 발명은 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 상시적으로 제어봉 제어계통 전력변환부의 고장을 감시하여 맥동 검출기의 한시적 고장 검출의 기능적 제약을 개선하고, 종래의 전력변환기 고장 검출 방법보다 간단하고 명확하게 고장을 검출해 낼 수 있는 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a failure detection device and method of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor, in particular to constantly monitor the failure of the control rod control system power conversion unit to improve the functional constraints of the temporary failure detection of the pulsation detector, The present invention relates to a failure detection device and a method of a power conversion unit of a control rod control system of a reactor capable of detecting failures more simply and clearly than a power converter failure detection method of the present invention.

일반적으로, 원자로의 열출력 제어는 중성자 흡수재로 만들어진 제어봉들의 상하 이동에 의한 핵반응의 조절을 통해 이루어진다. 제어봉 구동장치는 전자기 잭(Jack) 형식으로 되어 있어 전류로 여자되는 코일들에 의한 기구들의 시퀀스 동작을 통해 제어봉을 상하로 이동시킨다. 이동 대상 제어봉을 선정하고 선정된 제어봉이 요구대로 이동하도록 해당 제어봉 구동장치의 동작을 제어하는 역할을 하는 것이 제어봉 제어계통이다. 제어봉 제어계통은 운전원의 수동 조작이나 원자로 출력 제어 시스템으로부터 오는 제어봉 이동 관련 제어 명령을 받아서 이동 대상 제어봉들을 선정하고 이동 조건을 결정하여 하부 제어기로 전달하는 주제어부와, 주제어부로부터 오는 제어봉 구동장치 동작관련 제어 명령을 받아서 연계된 제어봉 구동장치가 원하는 동작을 하도록 공급 전력을 제어하고 그 동작을 감시하는 전력제어 및 감시부로 구성되어 있다. 제어봉 구동장치의 각 코일에 전류를 공급하는 전력변환부에 고장이 발생하면 제어봉이 제대로 이동하지 못하거나 추락할 우려가 있고 이는 원자로 출력 제어에 악영향을 주게 된다. 이러한 이유로 전력변환부 고장의 신속하고 정확한 검출이 요구된다. In general, heat output control of a reactor is achieved through the control of nuclear reactions by vertical movement of control rods made of neutron absorbers. The control rod drive is in the form of an electromagnetic jack (Jack) to move the control rod up and down through the sequence operation of the mechanism by the coils that are energized by the current. The control rod control system selects a moving target control rod and controls the operation of the control rod drive device to move the selected control rod as required. The control rod control system receives the control rod movement-related control commands from the operator's manual operation or the reactor output control system, selects the control rods to be moved, determines the moving conditions, and transfers them to the lower controller. It is composed of a power control and monitoring unit that controls the power supply and monitors the operation so that the associated control rod drive device receives the related control command to perform the desired operation. If a failure occurs in the power converter that supplies current to each coil of the control rod drive, the control rod may not move properly or fall, which may adversely affect the reactor output control. For this reason, fast and accurate detection of power converter failure is required.

이상과 같은 전력변환부에서 생길 수 있는 고장들의 종류에는 퓨즈 고장 등으로 인하여 사이리스터가 도통되지 않아서 상이 빠뜨려져 구동되거나, 구동 신호가 연결되지 않아서 사이리스터가 다이오드처럼 동작하는 등의 오동작이 있는데, 이들을 상고장이라고 부르며, 이 상고장을 검출하기 위하여 기존 설비에는 맥동 검출기를 두었다. 맥동 검출기의 구체적인 고장 판단 방법은 다음과 같다. 제어봉이 한 스텝 이동하기 위해서는 제어봉 구동장치에 있는 정지 집게 코일, 이동 집게 코일 그리고 올림 코일을 정해진 시퀀스대로 교대로 여자시켜 각 코일에 의해 구동되는 기구들이 차례로 동작하게 된다. 코일 별로 정해진 시퀀스 동작을 얻기 위해서는 코일 전류 레벨 조정이 필요하고, 이를 위하여 삼상반파변환기의 사이리스터 점호각을 조절한다. 전류 레벨을 상승시키기 위해서는 점호각을 앞으로 당기고 이 과정을 최대 양(+) 강제라고 한다. 전류가 지령값에 가까워지면 점호각을 서서히 늦추고 전류가 지령값에 도달하면 그 상태를 유지한다. 그리고 전류 레벨을 하강시키 기 위해서는 점호각을 최대로 뒤로 늦추며 이 과정을 최대 음(-) 강제라고 한다. 전류가 지령값에 가까워지면 점호각을 서서히 앞당기고 전류가 지령값에 도달하면 그 상태를 유지한다. 최대 양 강제 시에 상 빠뜨림 고장이 발생하였을 때와 최대 음 강제 시에 다이오드 동작 고장이 발생하였을 때 코일 전압 파형에서는 고장 전과 고장 후의 맥동 크기에서 큰 차이를 보인다. 맥동 검출기의 출력 전압값은 현재 코일 전압의 맥동 크기에 비례하고 검출기 출력 전압이 +8.2V를 초과할 때 고장이 발생한 것으로 판단한다. 맥동 검출기는 제너 다이오드를 설치하여 음(-) 클리퍼(clipper)로 사용하고 이를 통해 고장 전과 후의 맥동 크기의 비율을 맞추게 된다. 맥동 크기를 일정 레벨에서 자르고 난 이후에 양 강제 시의 정상 전압 맥동 크기와 상 빠뜨림 고장 맥동 크기의 비율이 1:3 정도로 되며 음 강제 시의 정상 전압 맥동 크기와 다이오드 동작 고장 맥동 크기의 비율이 1:3으로 동일하게 되며 이러한 비율을 정하여 +8.2V가 고장 판별을 위한 임계치가 된다.The types of faults that can occur in the power conversion unit are malfunctions such as thyristors are not driven due to fuse failure, etc., or the thyristors act like diodes because the drive signals are not connected. In order to detect this fault, the existing facility has a pulsation detector. The specific failure determination method of the pulsation detector is as follows. In order for the control rod to move one step, the stationary tong coil, the moving tong coil and the raising coil in the control rod driving device are alternately excited in a predetermined sequence so that the mechanisms driven by the respective coils are operated in turn. In order to obtain a predetermined sequence operation for each coil, it is necessary to adjust the coil current level. For this, the thyristor firing angle of the three-phase half-wave converter is adjusted. To raise the current level, the firing angle is pulled forward and this process is called the maximum positive force. Slowly slows the firing angle when the current approaches the command value and maintains it when the current reaches the command value. In order to lower the current level, the firing angle is slowed back to the maximum and this process is called the maximum negative force. Slowly advances the firing angle when the current approaches the command value and maintains it when the current reaches the command value. There is a big difference in the pulsation magnitudes before and after the failure in the coil voltage waveform when the phase-out failure occurs at the maximum positive force and when the diode operation fault occurs at the maximum negative force. The output voltage value of the pulsation detector is proportional to the pulsation magnitude of the current coil voltage and it is determined that a failure has occurred when the detector output voltage exceeds + 8.2V. The pulsation detector installs a zener diode to be used as a negative clipper, thereby adjusting the ratio of the pulsation magnitude before and after failure. After cutting the pulsation level at a certain level, the ratio of the normal voltage pulsation magnitude and phase missed pulsation magnitude in positive forcing is about 1: 3, and the ratio of the normal voltage pulsation magnitude and diode operating failure pulsation magnitude in negative forcing is This is equal to 1: 3, and by setting this ratio, + 8.2V is the threshold for fault determination.

한편, 기저 부하를 담당하는 원자력 발전소에서 제어봉은 실제로 삽입이나 인출 등의 동작을 자주 행하지 않고 최대로 인출되어 정지 상태로 머물러 있는 경우가 대부분이다. 기존의 맥동 검출기는 제어봉이 이동하는 동안, 즉 제어봉 이동을 위하여 제어봉 구동장치의 일련의 시퀀스 동작이 일어나도록 코일 전류 레벨이 변하는 시점에서만 고장 여부를 판단한다. 제어봉이 정지 상태로 있는 경우, 즉 정지 집게 코일에만 제어봉 유지 전류가 흐르고 있는 경우에는 기존의 맥동 검출기로는 고장검출을 할 수 없다. 만약 제어봉 정지 상태에서 상고장이 발생하게 되면 제어봉이 추락할 우려가 있으므로 제어봉 정지 상태에서도 전력변환부의 이상 여부를 판별하는 상고장 검출이 요구된다. 그리고 맥동 검출기는 아날로그 회로로 구성되어 있어 복잡하고 시간경과에 따라 성능열화가 수반되며 유지 및 보수가 어렵다.On the other hand, in a nuclear power plant in charge of the base load, the control rods are often drawn to the maximum and remain stationary without actually performing operations such as insertion or withdrawal. Conventional pulsation detectors determine failures only while the control rod is moving, ie only when the coil current level changes so that a series of sequence actions of the control rod drive occurs for the control rod movement. When the control rod is in a stopped state, that is, when the control rod holding current flows only in the stop tong coil, failure detection cannot be performed by the existing pulsation detector. If a failure occurs in the control rod stop state, there is a risk that the control rod may fall, and therefore, a failure detection is required to determine whether the power converter is abnormal even in the control rod stop state. In addition, the pulsation detector is composed of analog circuitry, which is complicated, and deteriorates with time, and is difficult to maintain and repair.

전력변환기의 고장검출에 관한 기술 내용으로는 본 출원인과 동일 출원인에 의해 선출원된 출원번호 10-2000-0049352가 있는데, 이 특허출원에서는 위상제어정류기의 출력 전압 파형을 분석하여 그 주파수 정보를 통해 위상제어정류기의 고장 여부를 판단하는 장치 및 방법을 제시하고 있다. 즉, 직류 전압 파형의 주파수 정보를 알기 위하여 푸리에 변환을 수행하고 각 차수 고조파 항을 찾아서 그 차수 고조파를 중심으로 일정 범위 내의 주파수들의 스펙트럼 크기들을 비교하여 최대값을 찾아 놓고, 이렇게 찾은 최대값들을 다시 비교하여 이들 중의 최대값을 찾고 그 최대값에 해당하는 주파수와 이미 결정된 기본파 성분과 비교한다. 이 과정을 통해 최종 최대값 선택으로 결정된 주파수가 이미 결정된 기본파 성분이면 정상 운전으로 판정하고 그렇지 않으면 고장으로 판정한다.The technical content of the failure detection of the power converter is the application number 10-2000-0049352 filed by the same applicant and the same applicant, this patent application analyzes the output voltage waveform of the phase control rectifier and phase through the frequency information An apparatus and method for determining a failure of a control rectifier are presented. In other words, to find the frequency information of the DC voltage waveform, Fourier transform is performed, each harmonic term is found, the spectral magnitudes of the frequencies within a certain range are found, and the maximum values are found. Compare and find the maximum value among them and compare the frequency corresponding to the maximum value with the fundamental wave component already determined. Through this process, if the frequency determined by the selection of the final maximum value is already determined fundamental wave component, it is determined as normal operation, otherwise it is determined as a failure.

그런데, 이상과 같은 상기 선출원(출원번호 10-2000-0049352)은 푸리에 변환을 이용하여 위상제어정류기 고장 여부를 판단하는데 있어서 맥동 전압 파형의 지배주파수가 정확하게 입력 전원 주파수의 6배가 되는지 확인하기 위하여 입력 전원 주파수 변동을 고려해야 하는 등 고장 검출 과정이 다소 번거롭다.However, the above-described prior application (Application No. 10-2000-0049352) is input to confirm that the dominant frequency of the pulsating voltage waveform is exactly six times the input power frequency in determining whether the phase control rectifier has failed by using a Fourier transform. The fault detection process is somewhat cumbersome, including the need to account for power frequency variations.

본 발명은 이상에서와 같은 사항들을 감안하여 창출된 것으로서, 상시적으로 제어봉 제어계통 전력변환부의 고장을 감시하여 맥동 검출기의 한시적 고장 검출의 기능적 제약을 개선하고, 종래의 전력변환기 고장 검출 방법보다 간단하고 명확하게 고장을 검출해 낼 수 있는 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-mentioned matters, and constantly monitors the failure of the control rod control system power converter to improve the functional constraints of the temporary failure detection of the pulsation detector, and is simpler than the conventional power converter failure detection method. It is an object of the present invention to provide a failure detection device and a method of a power converter of a control rod control system of a nuclear reactor capable of clearly detecting a failure.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치는,In order to achieve the above object, the failure detection device of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor according to the present invention,

원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부, 제어봉 구동장치 및 제어봉 제어계통을 총괄적으로 제어하는 주제어부와 각각 전기적으로 연결되도록 설치되어 전력변환부의 고장 여부를 검출하는 장치로서, An apparatus for detecting the failure of the power converter is installed so as to be electrically connected to the power converter of the control rod control system, the control rod drive device and the control rod control system of the reactor as a whole.

변류기를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치의 각 코일의 전류와 변압기를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치의 각 코일의 직류 전압을 입력받아 저주파 필터링 스케일 조정을 하는 신호처리부;A signal processor configured to adjust a low frequency filtering scale by receiving a current of each coil of the control rod driver detected through a current transformer and a DC voltage of each coil of the control rod drive detected through a transformer;

상기 신호처리부로부터 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터;An analog-digital converter for receiving an analog signal output from the signal processor and converting the analog signal into a digital signal and outputting the digital signal;

상기 아날로그-디지털 컨버터로부터 출력되는 디지털 데이터를 입력받아 웨이블릿(wavelet) 변환을 이용한 고장 검출 방법으로 상기 전력변환부의 상고장을 검출하는 한편 상기 주제어부로부터의 제어봉 구동장치 동작관련 제어명령을 수신받아 제어봉 구동장치가 원하는 동작을 하도록 공급전력을 제어하는 중앙처리장치;The fault detection method using wavelet conversion is received by receiving the digital data output from the analog-digital converter, and the fault of the power converter is detected, and the control rod is driven by receiving a control command related to the operation of the control rod drive device from the main controller. A central processing unit for controlling the power supply so that the device performs a desired operation;

상기 아날로그-디지털 컨버터로부터 출력되는 디지털 신호를 입력받아 상기 전력변환부의 상고장 검출과 관련된 디지털 논리 구현을 위한 FPGA(Field-Programmable Gate Array);A field-programmable gate array (FPGA) for receiving a digital signal output from the analog-to-digital converter and for implementing digital logic related to detection of failure of the power converter;

상기 FPGA를 거쳐 출력되는 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 컨버터; A digital-analog converter that receives the digital signal output through the FPGA and converts the digital signal into an analog signal;

상기 중앙처리장치에서의 신호처리 및 FPGA에서의 디지털 논리구현과 관련된 소프트웨어 프로그램 및 각종 데이터의 저장을 위한 메모리; 및A memory for storing various data and software programs related to signal processing in the central processing unit and digital logic implementation in the FPGA; And

상기 FPGA를 거쳐 출력되는 중앙처리장치로부터의 공급전력 제어관련 명령신호를 소정의 시간 간격으로 카운팅하여 출력하는 타이머 카운터를 포함하여 구성된다. And a timer counter for counting and outputting a supply power control related command signal outputted from the central processing unit through the FPGA at predetermined time intervals.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출방법은, In addition, in order to achieve the above object, the failure detection method of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor according to the present invention,

a) 원자로의 제어봉 구동장치의 각 코일의 소정 시간 간격으로 샘플링된 다수의 전압 데이터를 저장하여 소정 시간 동안의 전압 데이터를 얻는 단계;a) storing a plurality of voltage data sampled at predetermined time intervals of each coil of the control rod driving apparatus of the reactor to obtain voltage data for a predetermined time;

b) 상기 단계 a)에서 얻은 전압 데이터를 먼저 스케일 인자를 1/180으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm을 취한 대표값(C180)을 저장하는 단계; b) wavelet transforming the voltage data obtained in step a) by setting the scale factor to 1/180, and storing the representative value C 180 having 2-norm as a result of the coefficient values;

c) 상기 단계 a)에서 얻은 전압 데이터를 스케일 인자를 1/60으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm을 취한 대표값(C60)을 저장하는 단계; c) wavelet transforming the voltage data obtained in step a) by setting the scale factor to 1/60, and storing the representative value C 60 of 2-norm as a result of the coefficient values;

d) 상기 단계 b)에서 취한 스케일 인자 1/180에 대한 웨이블릿 변환 계수 대표값(C180)이 상기 단계 c)에서 취한 스케일 인자 1/60에 대한 웨이블릿 변환 계수대표값(C60)보다 큰 지를 판별하는 단계; d) whether the wavelet transform coefficient representative value C 180 for the scale factor 1/180 taken in step b) is greater than the wavelet transform coefficient representative value C 60 for the scale factor 1/60 taken in step c). Determining;

e) 상기 단계 d)에서의 판별결과, C180이 C60보다 크면, 전력변환부가 정상 동작중인 것으로 판단하는 단계; e) determining that the power converter is in normal operation if C 180 is greater than C 60 as a result of the determination in step d);

f) 상기 단계 d)에서의 판별결과, C180이 C60보다 작거나 같으면, 전력변환부에 상고장이 발생한 것으로 판단하는 단계; 및 f) if it is determined in step d) that C 180 is less than or equal to C 60 , determining that a failure has occurred in the power conversion unit; And

g) 각종 표시 장치로 전력변환부에의 고장 발생 사실을 알리는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다. and g) notifying the fact that a failure occurs in the power conversion unit by various display devices.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치의 구성을 보여주는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a failure detection device of the power converter of the control rod control system of the reactor according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치(117)는 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부(103), 제어봉 구동장치(106) 및 제어봉 제어계통을 총괄적으로 제어하는 주제어부(125)와 각각 전기적으로 연결되도록 설치되어 전력변환부(103)의 고장 여부를 검출하는 장치로서, 신호처리부(118), 아날로그-디지털 컨버터(119), 중앙처리장치(120), FPGA (121), 디지털-아날로그 컨버터(122), 메모리(123), 타이머 카운터(124)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, the failure detection device 117 of the power conversion unit of the control rod control system of a nuclear reactor according to the present invention includes a power conversion unit 103, a control rod driving device 106, and a control rod control system of a control rod control system of a nuclear reactor. It is installed so as to be electrically connected to the main control unit 125 to control the overall, and to detect the failure of the power conversion unit 103, the signal processing unit 118, analog-to-digital converter 119, the central processing unit ( 120, FPGA 121, digital-to-analog converter 122, memory 123, and timer counter 124.

상기 신호처리부(118)는 변류기(116)를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치(106)의 각 코일, 즉 올림코일(107), 이동집게코일(108) 및 정지집게코일(109)의 전류와 변압기(115)를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치의 각 코일(107)(108) (109)의 직류 전압을 입력받아 저주파 필터링 스케일 조정을 한다. The signal processor 118 is a transformer and the current of each coil of the control rod drive device 106, that is, the lifting coil 107, the moving tong coil 108 and the stationary tong coil 109 detected through the current transformer 116 The low-frequency filtering scale is adjusted by receiving the DC voltages of the coils 107, 108, and 109 of the control rod driving apparatus detected through 115.

상기 아날로그-디지털 컨버터(119)는 상기 신호처리부(118)로부터 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The analog-digital converter 119 receives an analog signal output from the signal processor 118 and converts the analog signal into a digital signal.

상기 중앙처리장치(120)는 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 데이터를 입력받아 웨이블릿(wavelet) 변환을 이용한 고장 검출 방법으로 상기 전력변환부(103)의 상고장을 검출하는 한편 상기 주제어부(125)로부터의 제어봉 구동장치 동작관련 제어명령을 수신받아 제어봉 구동장치(106)가 원하는 동작을 하도록 공급전력을 제어한다. 이와 같은 중앙처리장치(120)로는 DSP (Digital Signal Processor)가 사용될 수 있다. The central processing unit 120 receives the digital data output from the analog-to-digital converter 119 and detects the failure of the power conversion unit 103 by a failure detection method using wavelet conversion. The control rod driving device 106 receives a control command related to the operation of the control rod driving device from the unit 125 to control the power supply to perform the desired operation. As the central processing unit 120, a DSP (Digital Signal Processor) may be used.

상기 FPGA(121)는 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 신호를 입력받아 상기 전력변환부(103)의 상고장 검출과 관련된 디지털 논리 구현을 위한 것이다. The FPGA 121 receives a digital signal output from the analog-to-digital converter 119 and implements digital logic related to the fault detection of the power converter 103.

상기 디지털-아날로그 컨버터(122)는 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. The digital-analog converter 122 receives a digital signal output through the FPGA 121 and converts the digital signal into an analog signal and outputs the analog signal.

상기 메모리(123)는 상기 중앙처리장치(120)에서의 신호처리 및 FPGA(121)에서의 디지털 논리구현과 관련된 소프트웨어 프로그램 및 각종 데이터를 저장한다.The memory 123 stores software programs and various data related to signal processing in the central processing unit 120 and digital logic implementation in the FPGA 121.

상기 타이머 카운터(124)는 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 중앙처리장치(120)로부터의 공급전력 제어관련 명령신호를 소정의 시간 간격으로 카운팅하여 출력한다. The timer counter 124 counts and outputs a supply power control related command signal from the central processing unit 120 output through the FPGA 121 at predetermined time intervals.

도 1에서 참조번호 101은 입력전원, 102는 3상 반파변환기, 104는 사이리스터, 105는 게이트 드라이브, 110은 올림자극, 111은 올림전기자, 112는 이동집게, 113은 정지집게, 114는 구동축을 각각 나타낸다. In Fig. 1, reference numeral 101 is an input power source, 102 is a three-phase half-wave converter, 104 is a thyristor, 105 is a gate drive, 110 is a lifting stimulus, 111 is a lifting armature, 112 is a moving clip, 113 is a stop clamp, 114 is a drive shaft Represent each.

그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치의 동작 및 그에 의한 고장 검출방법에 대하여 설명해 보기로 한다.Then, the operation of the failure detection device of the power conversion unit of the control rod control system of the reactor having the above configuration and the failure detection method thereof will be described.

도 2는 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출방법의 실행과정을 보여주는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of detecting a failure of a power converter of a control rod control system of a nuclear reactor according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출방법에 따라, 먼저 원자로의 제어봉 구동장치의 각 코일(107)(108)(109)의 소정 시간 간격(예컨대, 0.56msec)으로 샘플링된 다수의(예를 들면, 30개의) 전압 데이터를 저장하여 소정 시간(1/60초, 약 16.67msec) 동안의 전압 데이터를 얻는다( 단계 S201).Referring to FIG. 2, according to a method of detecting a failure of a power conversion unit of a control rod control system of a nuclear reactor according to the present invention, first, a predetermined time interval of each coil 107, 108, 109 of a control rod driving apparatus of a nuclear reactor (eg, A plurality of (for example, 30) voltage data sampled at 0.56 msec) are stored to obtain voltage data for a predetermined time (1/60 second, about 16.67 msec) (step S201).

그런 후, 그 얻은 30개의 전압 데이터를 먼저 스케일 인자(웨이블릿 파형의 높이와 폭을 조절하는 인자)를 1/180으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm(여기서, "2-norm"이란 Euclidean norm이라고도 하며 일정 부분 계수값들 모임의 대표 크기를 결정하기 위하여 각 계수값을 제곱하고 이를 모두 더한 후 그 결과를 제곱근 취한 것이다.)을 취한 대표값(C180)을 저장한다(단계 S202). 그리고, 상기 단계 S201에서 얻은 전압 데이터를 스케일 인자를 1/60으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm을 취한 대표값(C60)을 저장한다(단계 S203). The 30 voltage data obtained are then wavelet transformed by first setting the scale factor (a factor that controls the height and width of the wavelet waveform) to 1/180, and as a result, 2-norm (where " 2-norm "is also called Euclidean norm and stores the representative value (C 180 ) that takes each coefficient squared, adds them together, and takes the square root of the result to determine the representative size of a subset of coefficients. (Step S202). Then, the voltage data obtained in step S201 is wavelet transformed by setting the scale factor to 1/60, and as a result, the representative value C 60 obtained by taking 2-norm with respect to the coefficient values is stored (step S203).

이후, 상기 단계 S202에서 취한 스케일 인자 1/180에 대한 웨이블릿 변환 계수 대표값(C180)이 상기 단계 S203에서 취한 스케일 인자 1/60에 대한 웨이블릿 변환 계수 대표값(C60)보다 큰 지를 판별한다(단계 S204). 이 판별결과, C180이 C60 보다 크면, 전력변환부(103)가 정상 동작중인 것으로 판단한다(단계 S205). 그리고, 상기 판별결과, C180이 C60보다 작거나 같으면, 전력변환부(103)에 상고장이 발생한 것으로 판단하고(단계 S206), 각종 표시 장치로 전력변환부(103)에의 고장 발생 사실을 알린다(단계 S207).Thereafter, it is determined whether the wavelet transform coefficient representative value C 180 for the scale factor 1/180 taken in step S202 is larger than the wavelet transform coefficient representative value C 60 for the scale factor 1/60 taken in step S203. (Step S204). As a result of this determination, when C 180 is larger than C 60 , it is determined that the power converter 103 is in normal operation (step S205). When C 180 is less than or equal to C 60 as a result of the determination, it is determined that a failure has occurred in the power conversion section 103 (step S206), and various display devices are notified of the failure occurrence in the power conversion section 103. (Step S207).

이하에서는 상기와 같은 일련의 과정에 있어서의 상기 웨이블릿 변환 및 상고장 발생, 그리고 기타 전력변환부(103)에서의 각종 고장발생과 관련하여 설명을 부연해 보기로 한다.Hereinafter, the description will be made in detail with respect to the wavelet conversion and fault occurrence in the series of processes as described above, and various failures occurring in the power conversion unit 103.

3상반파변환기(102) 입력인 AC 전원의 주파수가 f라면 3상반파변환기(102)에 의해 출력되는 DC 전압의 맥동 주파수는 3f가 된다. 따라서 입력 전원 주파수가 60Hz라면 3상반파변환기(102)의 출력 DC 전압의 맥동 주파수는 정상 변환 시에 60Hz의 3배인 180 Hz가 된다. 그러나 변환이 제대로 이루어지지 못했을 때는 180Hz 보다 적은 맥동 주파수를 가지게 되고, 이러한 사실에 착안하여 맥동 주파수를 읽어서 전력변환기의 이상 유무를 판단한다. 맥동 주파수를 알기 위한 맥동 파형 분석에는 웨이블릿 변환 기법을 사용한다. 웨이블릿 변환 기법을 이용한 고장 검출 방법은 다음과 같다. If the frequency of the AC power source input of the three-phase half wave converter 102 is f, the pulsation frequency of the DC voltage output by the three-phase half wave converter 102 is 3f. Therefore, if the input power supply frequency is 60 Hz, the pulsation frequency of the output DC voltage of the three-phase half-wave converter 102 becomes 180 Hz, which is three times 60 Hz during normal conversion. However, when the conversion is not done properly, it has a pulsation frequency of less than 180Hz, paying attention to this fact, it is determined whether the power converter is abnormal by reading the pulsation frequency. The wavelet transform technique is used to analyze the pulsation waveform to determine the pulsation frequency. The fault detection method using the wavelet transform method is as follows.

웨이블릿이란 적분하여 0의 값을 가지는 곡선 신호를 뜻하는데, 여러 가지 모(母) 웨이블릿 중에서 본 발명에서는 모릿(Morlet) 웨이블릿을 웨이블릿 변환에 사용한다. 모릿 웨이블릿 식은 다음의 수식으로 표현할 수 있다. The wavelet refers to a curved signal having an integrated value of 0. Among the various wavelets, the present invention uses a Morlet wavelet for wavelet transformation. The Morrit wavelet equation can be expressed by the following equation.

Figure 112004053855048-pat00001
Figure 112004053855048-pat00001

상기 수학식 1의 웨이블릿에서 유도되는 웨이블릿 그룹식은 다음과 같이 표현할 수 있다.The wavelet group formula derived from the wavelet of Equation 1 may be expressed as follows.

Figure 112004053855048-pat00002
Figure 112004053855048-pat00002

여기서, a는 웨이블릿 파형의 높이와 폭을 조절하는 스케일 인자이고, b는 웨이블릿 파형을 수평으로 이동시키는 위치 인자이다. 임의의 신호 s(t)에 대하여 상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 연속으로 웨이블릿 변환하는 식은 다음의 수식과 같다.Here, a is a scale factor for adjusting the height and width of the wavelet waveform, and b is a position factor for horizontally moving the wavelet waveform. The wavelet transform is continuously performed on the arbitrary signal s (t) using Equation 1 and Equation 2 as follows.

Figure 112004053855048-pat00003
Figure 112004053855048-pat00003

실제 시스템에서는 코일 전압이 0.56msec로 샘플링되므로 상기 수학식 3을 이산 식으로 변형하여 사용하며, 이는 코일 전압 신호와 웨이블릿 그룹식을 교차상관(cross correlation)한 결과와 같다. 두 신호의 교차상관을 통한 연속 웨이블릿 변환(Continuous Wavelet Transform:CWT) 식은 다음과 같다.In the actual system, since the coil voltage is sampled at 0.56 msec, Equation 3 is transformed into a discrete equation, which is the same as the cross correlation between the coil voltage signal and the wavelet group equation. Continuous Wavelet Transform (CWT) through cross correlation of two signals is as follows.

Figure 112004053855048-pat00004
Figure 112004053855048-pat00004

위의 수학식 4는 상기 수학식 2에서 위치 인자 b가 0인 웨이블릿 그룹식을 교차상관식에 사용한 것임을 알 수 있다. 이제 임의의 신호에 대한 웨이블릿 변환 결과가 해당 신호의 주파수 정보를 반영하게 되는지 설명해 보기로 한다. In Equation 4, it can be seen that the wavelet group having a positional factor b of 0 in Equation 2 is used in the cross-correlation equation. Now, the wavelet transform result of an arbitrary signal will be described to reflect the frequency information of the corresponding signal.

파형의 라디안 주파수는 스케일 인자 a와 밀접한 관계가 있다. 수학식 2의

Figure 112004053855048-pat00005
의 라디안 주파수는
Figure 112004053855048-pat00006
이고 따라서 스케일 인자 a는
Figure 112004053855048-pat00007
의 주파수에 반비례한다. 수학식 4의 교차상관식의 결과는 두 신호 사이의 상관 관계를 판별하는 것이므로 웨이블릿 그룹식의 스케일 인자 a를 분석 신호 주파수의 역수로 취하면 다른 스케일 인자를 가지는 웨이블릿 그룹식을 통한 교차상관 결과보다 큰 값을 가지게 된다. 따라서, 180Hz의 정상 맥동 주파수를 가지는 전압 파형을 스케일 인자를 1/180으로 설정한 웨이블릿 그룹식과 교차상관하면 어떠한 다른 스케일 인자의 결과보다 크게 나올 것이고, 상고장 발생으로 180Hz보다 작은 맥동 주파수를 가지는 비정상 전압 파형을 만났을 때는 상대적으로 작은 교차상관값을 출력할 것이다. The radian frequency of the waveform is closely related to the scale factor a. Of equation (2)
Figure 112004053855048-pat00005
Radian frequency of
Figure 112004053855048-pat00006
And the scale factor a is
Figure 112004053855048-pat00007
Inversely proportional to the frequency of Since the result of the cross-correlation of Equation 4 is to determine the correlation between the two signals, taking the scale factor a of the wavelet group equation as the inverse of the analysis signal frequency, the cross-correlation result of the wavelet group equation having different scale factors It will have a large value. Therefore, cross-correlating a voltage waveform with a normal pulsation frequency of 180 Hz with the wavelet group equation with the scale factor set to 1/180 will result in greater than the result of any other scale factor, and an abnormal voltage with a pulsation frequency of less than 180 Hz due to malfunction. When a waveform is encountered, it will output a relatively small cross-correlation value.

1/180 스케일 인자 웨이블릿 변환 결과와 1/60 스케일 인자 웨이블릿 변환 결과를 비교하기 위하여 각 결과 계수들을 2-norm 취하여 그 크기를 비교한다. 1/60을 사용하는 이유는 상고장이 발생하였을 경우의 전압 파형에는 60Hz에 해당하는 맥동들이 섞이기 때문이며, 전체적으로 1/60초의 주기로 고장 파형이 반복되기 때문이다. In order to compare the 1/180 scale factor wavelet transform result and the 1/60 scale factor wavelet transform result, each result coefficient is taken 2-norm and the magnitude is compared. The reason for using 1/60 is that the voltage waveform in the event of a fault is mixed with 60 Hz pulsation, and the fault waveform is repeated every 1/60 second.

한편, 도 3은 상기 제어봉 구동장치(106)의 정지 집게 코일(109)의 전압 파형(350) 및 전류 파형(360)을 보여주는 것으로서, 도시된 바와 같이 제어봉 1 스텝 이동시에는 제어봉 구동장치(106)의 각 코일(107)(108)(109)에 주어진 일정한 시퀀스 대로 코일 전류 지령치가 변하고 실제 코일 전류(360)는 이 지령치를 제대로 추종하여야 한다. 이러한 전류 레벨의 변화는 전력변환부(103)의 3상반파변환기(102)에 있는 사이리스터(104)들의 점호각을 제어하여 얻는다. 전류 레벨을 상승시키기 위해서는 점호각을 앞으로 당기고 이 과정을 최대 양(+) 강제(270,310)라고 한다. 전류가 지령값에 올라갈수록 점호각을 서서히 늦추고 전류가 지령값에 도달하면 그 상태를 유지한다(280,320). 그리고, 전류 레벨을 하강시키기 위해서는 점호각을 최대로 뒤로 늦추며 이 과정을 최대 음(-) 강제(290, 330)라고 한다. 전류가 지령값으로 내려갈수록 점호각을 서서히 당기며 전류가 지령값에 도달하면 그 상태를 유지한다(300,340). 제어봉이 정지 시에는 정지 집게 코일(109)에 일정 전류가 흐르도록 점호각(260,340)을 조절하여 제어봉 구동축(114)을 항시 잡고 있도록 한다. Meanwhile, FIG. 3 shows a voltage waveform 350 and a current waveform 360 of the stop tweezer coil 109 of the control rod driving device 106. As shown in FIG. The coil current setpoint changes in a certain sequence given to each coil 107, 108, 109, and the actual coil current 360 must follow this setpoint properly. The change in the current level is obtained by controlling the firing angles of the thyristors 104 in the three-phase half-wave converter 102 of the power converter 103. To raise the current level, pull the firing angle forward and call this process the maximum positive force (270,310). As the current rises to the command value, the firing angle is gradually slowed down and the state is maintained when the current reaches the command value (280 and 320). In order to lower the current level, the firing angle is delayed to the maximum and this process is called the maximum negative force (290, 330). As the current decreases to the command value, the firing angle is gradually pulled out and the state is maintained when the current reaches the command value (300, 340). When the control rod is stopped, the control rod drive shaft 114 is always held by adjusting the firing angles 260 and 340 so that a constant current flows in the stop clamping coil 109.

도 4는 상고장이 발생하였을 시의 코일 전압 파형을 보여주는 것으로서, 최대 양 강제 시(370)에 상 빠뜨림 고장(380)이 발생하거나, 최대 음 강제 시(390)에 다이오드 동작 고장(400)이 발생하면 코일 전압의 맥동의 크기가 고장 전, 후에서 큰 차이가 발생한다. 이런 점에 착안하여 기존의 맥동 검출기가 상고장으로 발생하는 전압 맥동 크기 변동을 통해 고장 여부를 판단한다. 그러나, 제어봉이 이동하는 중의 최대 양 강제 시(370)와 최대 음 강제 시(390)에만 전력변환부(103)의 상고장을 감시한다.4 shows a coil voltage waveform when an abnormality occurs, and a phase-fall failure 380 occurs at the maximum positive force 370 or a diode operation failure 400 at the maximum negative force 390. When it occurs, the magnitude of the pulsation of the coil voltage is greatly different before and after the failure. With this in mind, it is determined whether the existing pulsation detector has a failure by changing the voltage pulsation caused by the fault. However, the fault of the power converter 103 is monitored only during the maximum positive force 370 and the maximum negative force 390 during the movement of the control rod.

도 5는 제어봉 이동 중의 최대 양 강제 시(480)에 상 빠뜨림 고장이 한 개 이상의 상들에서 발생하는 경우를 보여주고 있다. 먼저, 어느 한 상에서 상 빠뜨림 고장(490)이 발생하고, 다시 다른 한 상에서 상 빠뜨림 고장(500)이 발생하는데, 양자 모두에서 맥동 주파수가 180Hz를 가지지 못하고 변동이 생기며 C60(530)이 C180(520)보다 커지는 결과로부터 고장 발생을 알 수 있다. FIG. 5 shows a case where a phase omission failure occurs in one or more phases at the maximum force 480 during control rod movement. First, phase-fall fault 490 occurs in one phase, and phase-fall fault 500 occurs in another phase, where both pulsation frequencies do not have 180 Hz and fluctuation occurs and C 60 (530) The occurrence of a fault can be seen from the result of becoming larger than C 180 (520).

도 6은 제어봉 이동 중의 최대 음 강제 시(550)에 다이오드 동작 고장이 한 개 이상의 상들에서 발생하는 경우를 보여 주고 있다. 먼저 어느 한 상에서 다이오드 동작 고장(560)이 발생하고 다시 다른 한 상에서 다이오드 동작 고장(570)이 발생하는데, 양자(580)(590) 모두에서 맥동 주파수가 180Hz를 가지지 못하고 변동이 생기며, C60(610)이 C180(600)보다 커지는 결과로부터 고장 발생을 알 수 있다. FIG. 6 shows a case where diode operation failure occurs in one or more phases during maximum negative force 550 during control rod movement. First, in the diode operation failure 560 occurs on a one and a diode operation failure 570 occurs on the other one again, it does not have both 580, 590. The pulse frequency 180Hz for both saenggimyeo variation, C 60 ( It can be seen from the result that 610 becomes larger than C 180 (600).

도 7은 제어봉 정지 상태(620)에서 정지 집게 코일(109)용 3상반파변환기(102)에 상 빠뜨림 고장이 한 개 이상의 상들에서 발생하는 경우를 보여 주고 있다. 먼저 어느 한 상에서 상 빠뜨림 고장(630)이 발생하고 다시 다른 한 상에서 상 빠뜨림 고장(640)이 발생하는데 양자(650)(660) 모두에서 맥동 주파수가 180Hz를 가지지 못하고 변동이 생기며 C60(680)이 C180(670)보다 커지는 결과로부터 고장 발생을 알 수 있다. FIG. 7 illustrates a case where a phase omission failure occurs in one or more phases in the three-phase half-wave converter 102 for the stop tweezer coil 109 in the control rod stop state 620. First just dropped phases over a certain rim failure 630 occurs and saenggimyeo the oversight fault 640 does not have a pulse frequency 180Hz in both 650, 660 for the generation variation on an other one again C 60 ( The occurrence of a fault can be seen from the result that 680 becomes larger than C 180 670.

도 8은 제어봉 정지 상태(690)에서 정지 집게 코일 용 3상반파변환기(102)에 다이오드 동작 고장이 발생하였을 경우의 결과들을 보여주고 있다. 먼저 어느 한 상에서 다이오드 동작 고장(700)이 발생하고 다시 다른 한 상에서 다이오드 동작 고장(710)이 발생하는데, 양자(720)(730) 모두에서 맥동 주파수가 180Hz를 가지지 못하고 변동이 생기며 C60(750)이 C180(740)보다 커진 결과로부터 고장 발생을 알 수 있다. FIG. 8 shows the results when a diode operation failure occurs in the three-phase half-wave converter 102 for the stop tipper coil in the control rod stop state 690. First, in the diode operation failure 700 occurs on a one and a diode operation failure 710 occurs on the other one again, and both 720, 730, Ie, the variation does not have a pulse frequency 180Hz for both C 60 (750 The failure occurrence can be seen from the result of larger than C 180 (740).

도 9는 입력 전원(101)의 주파수가 정확하게 60Hz가 되지 못하고 변동이 생긴 경우에 제어봉 정지 상태(760)에서 다이오드 동작 고장(770,780)이 발생한 경우를 보여주고 있다. 1/180 스케일 인자를 사용한 웨이블릿(790)이 1/60 스케일 인자를 사용한 웨이블릿(800)보다 정상 파형에 훨씬 더 유사하므로, 정상 동작 중에는 C180(810)이 C60(820)보다 더 크고, 반대로 1/60 스케일 인자를 사용한 웨이블릿(800)이 고장 파형에 더 유사하므로 C60(820)이 C180(810)보다 더 크게 나온다. 따라서, 본 발명에 의한 방법은 입력전원주파수 변동이 있더라도 고장 파형에 대하여 큰 값을 가지는 변환 과정과, 정상 파형에서 큰 값을 가지는 변환 과정의 두 결과들을 서로 단순 비교하므로 고장 검출 성능이 영향을 받지 않게 된다. FIG. 9 illustrates a case in which diode operation failures 770 and 780 occur in the control rod stop state 760 when the frequency of the input power source 101 is not exactly 60 Hz and fluctuates. Since wavelet 790 with 1/180 scale factor is much more similar to normal waveform than wavelet 800 with 1/60 scale factor, C 180 (810) is larger than C 60 (820) during normal operation, Conversely, C 60 (820) is larger than C 180 (810) because wavelet 800 using the 1/60 scale factor is more similar to the fault waveform. Therefore, the method according to the present invention simply compares the two results of the conversion process having a large value with respect to the fault waveform and the conversion process having a large value with respect to the fault waveform even if the input power frequency fluctuates, so that the fault detection performance is not affected. Will not.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출 장치 및 방법은 전력변환부의 고장에 대한 감시 기능을 소프트웨어적으로 구현하여 기존의 아날로그 맥동 검출기에 비해 효율성이나 간편성을 높일 수 있고, 더 우수한 성능을 얻기 위하여 웨이블릿 변환을 이용하여 비교적 간단한 식으로 보다 신속하고 정확하게 고장을 검출할 수 있다. 그리고, 전류 제어의 전 영역에 걸쳐서 전력변환부의 상고장을 상시 감시함으로써 한시적 고장 검출의 제약을 가진 맥동 검출기의 단점을 극복할 수 있으며, 이에 따라 해당 고장에 의한 발전소의 불시 정지를 예방할 수 있고, 그 결과 원전 가동률을 한층 향상시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, the failure detection device and method of the power converter of the control rod control system of the reactor according to the present invention implements the monitoring function for the failure of the power converter in software, compared to the existing analog pulsation detector efficiency or simplicity In order to achieve higher performance and better performance, wavelet transforms can be used to detect faults more quickly and accurately in a relatively simple manner. In addition, by constantly monitoring the fault of the power converter over the entire area of the current control, it is possible to overcome the disadvantage of the pulsation detector with the limitation of the temporary failure detection, thereby preventing the uninterrupted shutdown of the power plant due to the failure, As a result, there is an advantage of further improving the utilization rate of nuclear power plants.

Claims (4)

원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부(103), 제어봉 구동장치(106) 및 제어봉 제어계통을 총괄적으로 제어하는 주제어부(125)와 각각 전기적으로 연결되도록 설치되어 전력변환부(103)의 고장 여부를 검출하는 장치에 있어서:The power conversion unit 103 of the control rod control system of the nuclear reactor, the control rod drive device 106 and the main control unit 125 that collectively controls the control rod control system are installed so as to be electrically connected to each other, and whether the power conversion unit 103 is broken. In a device for detecting: 변류기(116)를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치(106)의 각 코일(107,108,109)의 전류와 변압기(115)를 통해 검출된 상기 제어봉 구동장치(106)의 각 코일(107,108,109)의 직류 전압을 입력받아 저주파 필터링 스케일 조정을 하는 신호처리부(118);Input the current of each coil (107, 108, 109) of the control rod drive device 106 detected through the current transformer 116 and the DC voltage of each coil (107, 108, 109) of the control rod drive device 106 detected through the transformer 115. A signal processor 118 that receives and adjusts the low frequency filtering scale; 상기 신호처리부(118)로부터 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터(119);An analog-digital converter 119 which receives an analog signal output from the signal processor 118 and converts the analog signal into a digital signal and outputs the digital signal; 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 데이터를 입력받아 웨이블릿(wavelet) 변환을 이용한 고장 검출 방법으로 상기 전력변환부(103)의 상고장을 검출하는 한편 상기 주제어부(125)로부터의 제어봉 구동장치(106) 동작관련 제어명령을 수신받아 제어봉 구동장치(106)가 원하는 동작을 하도록 공급전력을 제어하는 중앙처리장치(120);The failure of the power converter 103 is detected by a failure detection method using wavelet conversion by receiving the digital data output from the analog-digital converter 119 and driving the control rod from the main controller 125. A central processing unit (120) for receiving a control command related to the operation of the device (106) to control the power supply for the control rod drive device (106) to perform a desired operation; 상기 아날로그-디지털 컨버터(119)로부터 출력되는 디지털 신호를 입력받아 상기 전력변환부(103)의 상고장 검출과 관련된 디지털 논리 구현을 위한 FPGA(Field-Programmable Gate Array)(121);A field-programmable gate array (FPGA) 121 for receiving a digital signal output from the analog-digital converter 119 and implementing digital logic related to the detection of failure of the power converter 103; 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 디지털 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 컨버터(122); A digital-analog converter 122 which receives the digital signal output through the FPGA 121 and converts the digital signal into an analog signal and outputs the analog signal; 상기 중앙처리장치(120)에서의 신호처리 및 FPGA(121)에서의 디지털 논리구현과 관련된 소프트웨어 프로그램 및 각종 데이터의 저장을 위한 메모리(123); 및A memory 123 for storing a variety of data and software programs related to signal processing in the central processing unit 120 and digital logic implementation in the FPGA 121; And 상기 FPGA(121)를 거쳐 출력되는 중앙처리장치(120)로부터의 공급전력 제어관련 명령신호를 소정의 시간 간격으로 카운팅하여 출력하는 타이머 카운터(124)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출장치. Control rod control of the reactor, characterized in that it comprises a timer counter 124 for counting and outputting the power supply control-related command signal from the central processing unit 120 output through the FPGA 121 at a predetermined time interval. Failure detection device of the power conversion unit of the system. 삭제delete a) 원자로의 제어봉 구동장치의 각 코일의 소정 시간 간격으로 샘플링된 다수의 전압 데이터를 저장하여 소정 시간 동안의 전압 데이터를 얻는 단계;a) storing a plurality of voltage data sampled at predetermined time intervals of each coil of the control rod driving apparatus of the reactor to obtain voltage data for a predetermined time; b) 상기 단계 a)에서 얻은 전압 데이터를 먼저 스케일 인자를 1/180으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm을 취한 대표값(C180)을 저장하는 단계; b) wavelet transforming the voltage data obtained in step a) by setting the scale factor to 1/180, and storing the representative value C 180 having 2-norm as a result of the coefficient values; c) 상기 단계 a)에서 얻은 전압 데이터를 스케일 인자를 1/60으로 설정하여 웨이블릿 변환하고, 그 결과 계수값들에 대하여 2-norm을 취한 대표값(C60)을 저장 하는 단계; c) wavelet transforming the voltage data obtained in step a) by setting the scale factor to 1/60, and storing the representative value C 60 having 2-norm as a result of the coefficient values; d) 상기 단계 b)에서 취한 스케일 인자 1/180에 대한 웨이블릿 변환 계수 대표값(C180)이 상기 단계 c)에서 취한 스케일 인자 1/60에 대한 웨이블릿 변환 계수대표값(C60)보다 큰 지를 판별하는 단계; d) whether the wavelet transform coefficient representative value C 180 for the scale factor 1/180 taken in step b) is greater than the wavelet transform coefficient representative value C 60 for the scale factor 1/60 taken in step c). Determining; e) 상기 단계 d)에서의 판별결과, C180이 C60보다 크면, 전력변환부가 정상 동작중인 것으로 판단하는 단계; e) determining that the power converter is in normal operation if C 180 is greater than C 60 as a result of the determination in step d); f) 상기 단계 d)에서의 판별결과, C180이 C60보다 작거나 같으면, 전력변환부에 상고장이 발생한 것으로 판단하는 단계; 및 f) if it is determined in step d) that C 180 is less than or equal to C 60 , determining that a failure has occurred in the power conversion unit; And g) 각종 표시 장치로 전력변환부에의 고장 발생 사실을 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어계통의 전력변환부의 고장 검출방법.g) a method of detecting a failure of the power converter of the control rod control system of a nuclear reactor, the method comprising notifying a failure of the power converter to various display devices. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100980043B1 (en) * 2008-10-22 2010-09-06 한국전력기술 주식회사 System and method of protecting a power plant using FPGA
KR101104875B1 (en) * 2009-08-05 2012-01-17 한국수력원자력 주식회사 Method and computer-readable recording medium for measuring rod drop time
KR101022606B1 (en) * 2010-09-28 2011-03-16 (주) 코아네트 Apparatus and method of electronic control processing of digital signal in nuclear power plant
KR101219888B1 (en) * 2011-05-09 2013-01-09 한국원자력연구원 Floating point calculation logic apparatus and method for comparison logic of reactor protection system using field programmable gate array
KR101379818B1 (en) * 2012-07-12 2014-04-01 한국원자력연구원 Dual control apparatus having self diagnosis function based on field programmable gate array and dual change method
WO2015020317A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-12 주식회사 루비 Power device driving module and power conversion system using same
KR101521720B1 (en) * 2013-11-18 2015-05-19 주식회사 리얼게인 A apparatus for analysis of current of control-rod and a method thereof
CN108254688B (en) * 2018-04-02 2020-05-08 中国矿业大学 Wavelet transformation ratio fault diagnosis method for power converter of switched reluctance motor
KR102116711B1 (en) 2018-10-12 2020-05-29 한국수력원자력 주식회사 Early warning system and method of power plants using multiple prediction model

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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