KR100619663B1

KR100619663B1 - 원자력발전소 제어봉 불시낙하 방지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100619663B1
Application number: KR1020030056422A
Authority: KR
Inventors: 홍형표; 김용훈
Original assignee: 한국전력기술 주식회사
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2006-09-08
Also published as: KR20050018507A; AU2003258885A1; WO2005017919A1

Abstract

본 발명은 원자력 발전소에서 제어봉이 불시에 낙하하는 것을 방지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로 제어봉구동장치에 공급되는 전류를 검출하기 위한 제1전류검출수단; 제1전류검출수단으로부터 검출된 전류의 값과 소정의 설정값을 비교하여 검출된 전류의 값이 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값이라고 판단되는 경우 제어봉구동장치에 대체전원의 공급을 요청하는 대체전원요구신호를 출력하는 권선전류감시수단; 및 권선전류감시수단으로부터 대체전원요구신호가 출력되는 경우, 제어봉구동장치에 대체전원을 공급하는 대체전원공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 광범위한 단일 고장 및 인적실수에 대해서도 제어봉의 불시낙하를 예방함으로써 발전소의 안정적인 운전을 보장하고 발전중단으로 인한 비용을 절감하여 원전의 경제성을 향상시킬 수 있다.

원자력발전소, 제어봉, 낙하

Description

원자력발전소 제어봉 불시낙하 방지 장치 및 방법{Apparatus for preventing unwanted control rod dropping in nuclear power plant and Method thereof}

도 1은 종래 4권선형 제어봉 구동장치에 전력을 공급하는 제어봉 제어계통의 전력제어시스템을 예시한 도면

도 2는 본 발명이 적용된 제어봉 구동장치에 전력을 공급하는 제어봉 제어계통의 전력제어시스템을 도시한 도면

도 3은 본 발명의 권선전류감시모듈의 구성을 도시한 블록선도

도 4는 본 발명의 방법을 도시한 흐름도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 제어봉 구동장치 111 상부올림권선

112 상부집게권선 113 하부올림권선

114 하부집게권선 120 부그룹 전력제어회로

121 영점 검출기 122 SCR 점호회로

123 SCR 130 부그룹 논리회로

131 전압제어회로 132 전압선택회로

133 제어봉 제어기 140 유지전원공급장치

141 유지전원 수동 제어반 142 전원공급기

150 시스템 제어기 160 제1전류검출기

170 절체스위치 180 시스템 전원

181, 182 회로차단기 210 권선전류 감시모듈

220 부그룹신호통합모듈 230 제2전류검출기

240 대체전원자동제어기

본 발명은 원자력 발전소에서 제어봉이 불시에 낙하하는 것을 방지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 원자력 발전소에서 원자로의 출력을 조절하기 위해 제어봉의 위치를 제어하는 제어봉 제어계통의 단일고장으로 인하여 제어봉을 잡고 있는 제어봉 구동장치의 집게 권선으로의 전력공급이 중단되어 제어봉이 불시에 낙하하는 것을 방지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 제어봉 제어계통은 발전소 운전 중에 운전원의 수동제어 명령과 원자로출력조절계통의 자동제어 명령에 따라 중성자 흡수체인 제어봉을 삽입 또는 인출하여 원자로의 출력을 제어하는 역할과, 급격한 부하 감발 또는 급수펌프의 고장으로 인하여 초래된 원자로와 터빈발전기 간의 출력 불균형을 해소하기 위해 미리 선정된 특정 제어봉을 원자로 노심 내로 자유낙하시켜 원자로 출력을 급히 감발하는 역할과, 원자로 보호계통의 원자로 정지신호에 따라 모든 제어봉을 원자로 노심 내로 자유낙하시켜 원자로를 안전하게 정지시키는 역할을 수행한다.

가압경수로형(PWR, Pressurized Water Reactor) 원자력발전소에서 제어봉 제어계통은 전기적 신호에 따라 해당 제어봉 구동장치의 집게 및 올림 권선에 미리 정해진 크기의 직류전류를 정해진 순서에 따라 공급하고, 권선에 의해 유기된 자기력을 이용하여 내부의 기계적 구동장치를 작동시켜 제어봉을 유지하거나 삽입 또는 인출하는데 사용된다.

제어봉 구동장치는 구조 및 작동방식에 따라 3권선형과 4권선형으로 구분되며, 4권선형은 3권선형에 올림 권선이 1개 더 있는 구조이다.

발전소 출력 운전 중에는 대부분의 제어봉은 정지 여유도를 확보하기 위해 최대한 높게 인출되어 정지된 상태로 유지되며, 이 상태에서 집게권선에는 일정한 크기의 유지전류가 공급된다. 즉, 제어봉이 이동하고 있지 않고 정지된 상태에서는 집게 권선에 일정한 직류전류가 공급되고 해당 제어봉은 정지상태로 유지된다.

제어봉들은 약 18개월에 해당하는 1주기 운전기간 동안 대부분 정지상태로 계속 유지되며, 제어봉 구동장치에 동력을 공급하는 제어회로에서 단일고장이 발생하여 전력공급이 중단되면 해당 제어봉은 현재 위치를 유지하지 못하고 원자로 노심 내로 자유낙하하여 삽입되게 된다.

일 예로 발전소 운전 중에 집게 권선에 전류를 공급하는 전력제어계통의 회로차단기, 보호용 휴즈, 시퀀스 제어 신호에 따라 제어봉 구동장치를 구성하는 각 권선에 직류전압을 공급하는 실리콘 제어정류기(SCR : Silicon Controlled rectifier) 스위칭소자, 다이오드, 커넥터 등의 단일 구성품이 불시에 용단되거나 차단될 수 있으며, SCR을 제어하는 관련 전자회로에도 동작 이상이나 고장이 발생 할 수 있다.

이러한 문제가 발생하면, 제어봉을 잡고 있는 집게권선에 공급되는 유지전류가 순간적으로 차단되고 관련 제어봉(1개 또는 제어봉 4개로 구성된 하나의 부그룹)이 원자로 노심 내에 삽입될 수 있다.

원자력 발전소 정상 출력운전 중에 1개 제어봉 또는 1개 부그룹의 제어봉이 불시에 낙하하여 원자로 노심 내로 삽입되면, 노심 내의 출력분포가 변하게 되고, 제어봉이 낙하된 부분의 출력손실을 보상하기 위해 노심 내의 다른 지역의 원자로 출력이 상승하게 되어 출력 상승 부분의 핵연료 손상을 초래할 수 있다.

이와 같은 비정상적인 결과를 방지하기 위하여 핵계측 장비에 의해 원자로 출력분포가 항상 감시된다. 제어봉의 불시낙하로 인한 원자로의 출력분포의 변화가 원자로의 안전을 저해할 가능성이 감지되면 원자로보호계통에 의해 나머지 제어봉들의 유지동력도 모두 차단되고 제어봉들은 모두 자유낙하하여 노심에 삽입된다. 모든 제어봉이 노심에 삽입되면 원자로는 안전하게 정지되며 터빈발전기도 더 이상 전력을 생산할 수 없게 된다.

따라서, 원자력 발전소 정상 출력운전 중 시스템 일부의 고장으로 인해 불필요한 제어봉 낙하가 발생하게 되면, 전력생산이 중단되어 커다란 경제적 손실을 가져오게 되어 문제가 된다.

이러한 경제적 손실의 발생을 방지하기 위하여 상기와 같은 불필요한 제어봉 낙하를 방지하는 기술 및 장치에 관한 연구가 계속하여 이루어지고 있다.

도 1은 종래 4권선형 제어봉 구동장치에 전력을 공급하는 제어봉 제어계통의 전력제어시스템을 예시한 것으로, 불필요한 제어봉의 낙하를 최소화하고 제어봉 구동권선을 보호하기 위해 고장감지 전자회로를 채용하고, 집게권선의 전류에 이상이 감지되면 다른 집게권선에 유지전류를 공급하고 이상경보를 제공하도록 되어 있다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

시스템전원(180)으로부터 공급되는 3상 240V 교류전압은 SCR 점호펄스를 만들기 위해, 교류전압의 파형에서 전압이 0V인 지점을 검출하는 부그룹(Subgroup) 전력제어회로(120)의 영점검출기(121)를 거쳐서 전압제어회로(131)에 입력된다.

전압제어회로(131)에서는 영점검출기의 입력을 이용하여 제어봉구동장치를 구동하는데 사용되는 고전압과 구동 상태를 유지하는데 사용되는 저전압을 발생시킬 수 있는 SCR 점호펄스를 발생시킨다.

제어봉제어기(133)는 시스템제어기(150)의 제어에 따라 제어봉 구동장치(110)의 4개의 권선 각각에 대하여 구동용 고전압을 제공할 것인지, 유지용 저전압을 제공할 것인지 또는 전원을 차단할 것인지를 결정하는 제어신호를 동작 시간표에 따라 순차적으로 전압선택회로(132)에 출력한다.

전압선택회로(132)는 제어봉제어기(133)의 시퀀스 제어신호에 따라 SCR 점호회로(122)의 공급 전압에 맞는 점호펄스 신호를 결정하여 제공한다.

SCR 점호회로(122)는 전압선택회로(132)로부터 출력된 신호를 이용하여 SCR(123)을 점호하고 SCR(123)은 제어봉 구동장치(110)의 상부올림권선(111), 상부집게권선(112), 하부올림권선(113) 및 하부집게권선(114) 각각에 정해진 직류전류를 공급한다.

만약, 부그룹 전력제어회로(120)에 신호를 전달하는 회로 등에 문제가 발생하여 전압선택회로(132)에서 SCR 점호회로(122)에 신호가 전달되지 않으면, SCR 점호회로(122)는 무조건적으로 SCR(123)에서 상부집게권선으로 고전압이 출력되도록 SCR(123)을 점호하여 제어봉이 낙하하는 것을 방지하고 경보를 발생시킨다.

또한, 제어봉제어기(133)는 제1전류검출기(160)를 통해 제어봉을 유지하고 있는 집게권선(112 또는 114)에 공급되는 전류를 감시하여 비정상상태가 검출되면 다른 집게권선에 전류를 공급하여 제어봉을 잡는 집게를 전환하고 경보를 발생시킨다.

경보가 발생하면 운전원은 비정상적인 부그룹을 확인하고, 계통 캐비닛에 설치된 유지전원공급장치(140)의 유지전원수동제어반(141)을 조작하여 전원공급기(142)와 해당 집게권선을 연결하는 절체스위치(170)를 연결하여 해당 집게권선으로 대체전원이 공급되도록 하고, 비정상적인 부그룹의 전력제어회로(120)의 동작을 정지시킨 후 원인 조사 및 보수를 수행한다. 특정 부그룹이 대체전원으로 전환되어 있는 동안에는 제어봉의 인출, 삽입이 불가능하며, 보수기간 동안 해당 제어봉은 현재 위치에 그대로 유지된다.

그러나, 도 1과 같은 종래의 시스템에 의하면 일부 단일 부품의 고장으로 인하여 제어봉이 불시에 낙하하는 것을 줄이기 위하여 전류감시회로에 의한 집게 절체 및 상부집게권선의 3상 SCR을 모두 고전압으로 점호시킨 후 긴급경보를 제공하도록 되어 있어, 제어봉 낙하를 방지할 수 있는 적용 대상이, 정상적인 다른 집게로 바꿔 잡거나 상부집게 권선의 3상 SCR을 모두 고전압으로 점호시킬 수 있는 일 부 고장만으로 제한되어 있어, 그 밖의 다양한 고장 요인에 대처하여 제어봉의 낙하를 방지할 수 없다.

특히, 전원 및 권선 전력선 연결핀 소손, 다이오드 및 휴즈 소손, SCR 제어카드 커넥터핀 접촉불량, SCR 위상제어카드 고장, 전류센서 이상 등과 같은 고장이 발생하는 경우에는 제어봉의 낙하를 방지할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 상부집게권선의 3상 SCR을 모두 고전압으로 점호시키는 방법은 운전원의 조치가 지연되어 장시간 고전압 상황에 노출될 경우 권선의 물리적인 손상을 초래할 수 있고, 궁극적으로 권선의 물리적인 손상으로 인해 유지전류의 공급이 중단되어 제어봉이 낙하할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 제어봉구동장치의 권선이 손상되면 제어봉의 구동이 불가능하므로 정상적인 권선으로 교체하여야 하며, 작업자의 방사선 피폭이 불가피하고 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 원자력 발전소에서 원자로의 출력을 조절하기 위해 제어봉의 위치를 제어하는 제어봉제어계통을 개선하여 보다 광범위한 단일고장에 대해서도 제어봉이 불시에 낙하하는 것을 방지하여 발전소의 안정적인 운전을 보장하고 불시 운전 중단으로 인한 비용을 절감하여 원전의 경제성을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 상기한 시스템을 구동하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 원자력 발전소에서 소정의 전력제어회로를 이용하여 제어봉구동장치에 전류를 공급하는 제어봉 제어시스템에서 사용되는 제어봉 불시낙하 방지 장치에 있어서, 상기 제어봉구동장치에 공급되는 전류를 검출하기 위한 제1전류검출수단; 상기 제1전류검출수단으로부터 검출된 전류의 값과 소정의 설정값을 비교하여 상기 검출된 전류의 값이 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값이라고 판단되는 경우 상기 제어봉구동장치에 대체전원의 공급을 요청하는 대체전원요구신호를 출력하는 권선전류감시수단; 및 상기 권선전류감시수단으로부터 대체전원요구신호가 출력되는 경우, 상기 제어봉구동장치에 대체전원을 공급하는 대체전원공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치를 제공한다.

여기서, 상기 대체전원공급수단은 대체전원을 공급하는 대체전원공급기; 상기 대체전원공급기와 상기 제어봉구동장치의 연결을 스위칭시키는 스위칭수단; 및 상기 권선전류감시수단으로부터 대체전원요구신호가 출력되는 경우 상기 스위칭수단을 제어하는 대체전원자동제어수단;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어봉 불시낙하 방지 장치는 상기 스위칭수단과 상기 제어봉구동장치 사이에 흐르는 전류를 검출하여 상기 대체전원자동제어수단에 전달하는 제2전류센서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 대체전원공급수단은 대체전원이 공급되고 있는 제어봉구동장치와 연결된 권선전류감시수단으로부터 다시 대체전원요구신호가 수신되더라도 이에 반 응하여 동작하지 않으며, 상기 대체전원공급수단은 원자로의 출력이 급감함을 나타내는 원자로출력급감발신호가 수신되는 경우, 상기 대체전원요구신호가 수신되더라도 대체전원을 공급하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 대체전원공급수단은 관리자에 의해 수동모드로 전환될 수 있으며, 상기 제어봉구동장치에 대체전원이 공급되고 있는 중에 수동모드로 전환되는 경우에도 상기 제어봉구동장치에 계속하여 전원을 공급하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 원자력 발전소에서 소정의 전력제어회로를 이용하여 제어봉구동장치에 전류를 공급하는 제어봉 제어시스템에서 제어봉의 불시낙하를 방지하는 방법에 있어서, (a) 상기 제어봉구동장치에 공급되는 전류를 검출하는 단계; (b) 상기 검출된 전류의 값과 소정의 설정값을 비교하여 상기 검출된 전류의 값이 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값인지 판단하는 단계; 및 (c) 상기 검출된 전류의 값이 상기 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값이라고 판단되는 경우 상기 제어봉의 구동장치에 대체전원을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 방법을 제공한다.

여기서, 상기 (c) 단계는 상기 제어봉 구동장치에 대체전원을 공급하고 있는 것으로 확인되는 경우와 미리 선정된 제어봉들을 낙하시켜 원자로의 출력을 급격히 줄이기 위한 원자로출력급감발신호가 수신되는 경우에는 수행되지 않는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 시스템의 구성을 도시한 블록선도이다.

영점검출기(121), SCR점호회로(122) 및 SCR(123)을 포함하는 각 부그룹별 전력제어회로(120)와, 전압제어회로(131), 전압선택회로(132) 및 제어봉제어기(133)를 포함하는 각 부그룹별 논리회로(130)와, 상부올림권선(111), 상부집게권선(112), 하부올림권선(113) 및 하부집게권선(114)의 4개의 권선을 포함하거나 올림(Lift)권선, 이동집게(Moving Latch)권선, 고정집게(Stationary Latch)권선을 포함하는 3개의 권선(미도시)을 포함하는 제어봉구동장치(110)와, 시스템제어기(150) 및 시스템전원(180)에 대한 설명은 이미 종래 기술 분야에서 설명을 하였으므로, 이하에서는 본 발명의 특징적인 부분을 중심으로 설명을 한다.

권선전류 감시모듈(210)은 각 제어봉구동장치(110)마다 하나씩 설치되며, 제1전류검출기(160)로부터 검출된 전류를 판단하여 대체전원자동제어기(240)에 대체전원요구신호를 출력할 것인지를 결정한다.

도면에서는 간략화를 위해서 제1전류검출기(160)를 하나만 도시하였지만, 제1전류검출기(160)는 각 권선마다 하나씩 구비되어 있어서 각 권선에 흐르는 전류를 검출한다. 즉, 도 2에서와 같이 하나의 제어봉구동장치(110)를 구성하는 권선이 4개인 경우에는 하나의 제어봉구동장치(110)에 4개의 제1전류검출기(160)가 구비되고, 권선이 3개인 경우에는 3개의 제1전류검출기(160)가 구비된다.

구체적으로, 제1전류검출기(160)는 각 권선에 흐르는 전류를 검출하여 검출된 전류의 크기에 비례하는 전압신호로 변환하여 이를 권선전류 감시모듈(210)에 제공한다.

권선전류 감시모듈(210)의 구체적인 구성은 도 3에 도시되어 있다.

권선전류 감시모듈(210)은 신호처리회로(211), A/D(Analog to Digital) 변환회로(212), 대체전원요구신호출력회로(213)를 포함하여 구성된다.

제1전류검출기(160)에서 출력된 신호는 권선전류 감시모듈(210)의 신호처리회로(211)에 입력되어 신호에 포함된 오프셋(offset) 전압과 잡음이 제거되고, A/D 변환회로(212)로의 입력에 적합한 크기로 증폭되어 A/D 변환회로(212)에 입력된다.

A/D 변환회로(212)에서 디지털 신호로 변환된 후, 마이크로프로세서를 통하여 구현되는 대체전원요구신호출력회로(213)에 입력된다.

대체전원요구신호출력회로(213)는 입력된 전류측정값을 설정값과 비교하여 공급전류의 이상여부를 판단하고, 전류측정값이 설정값을 벗어나 현재 공급되고 있는 전류가 제어봉을 유지하기 어렵다고 판단되는 경우에는 대체전원요구신호를 출력한다. 이 때, 전류가 비정상적으로 낮은 경우에는 제어봉을 유지하지 못하여 제어봉 낙하를 유발할 수 있고, 전류가 비정상적으로 높은 경우에는 고전압에 의한 권선 손상을 초래하고, 결과적으로 제어봉 낙하를 유발할 수 있기 때문에 전류측정값이 소정의 설정값 범위를 벗어나는 모든 경우에 대체전원요구신호를 출력한다.

대체전원요구신호출력회로(213)는 항시 여자된 계전기(미도시)와 계전기 제어회로(미도시)를 구비하고 있어서, 계전기가 비여자되는 신호를 대체전원요구신호로 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 권선전류 감시모듈(210)에 공급되 는 전원이 차단되어 계전기를 제어할 수 없게 되거나, 계전기 제어회로에 고장이 발생하는 경우에도 자동으로 비여자된 계전기의 출력신호가 대체전원자동제어기(240)에 공급되게 함으로써 혹시 발생할 수 있는 제어봉의 낙하를 미연에 방지하게 된다.

한편, 권선전류 감시모듈(210)은 소정의 주기마다 신호처리회로(211), A/D 변환회로(212), 대체전원요구신호출력회로(213)를 점검하고 그 점검 결과를 LED를 통한 출력이나, 경보 출력 등의 방식으로 상태정보를 제공한다.

하나의 부그룹은 일반적으로 4개의 제어봉구동장치(110)로 구성되어 있으며, 각 제어봉구동장치(110)에는 하나의 권선전류 감시모듈(210)이 구비되어 있다. 하나의 부그룹을 구성하는 각 권선전류 감시모듈(210)로부터 출력되는 대체전원요구신호는 부그룹신호통합모듈(220)에서 조합되어 대체전원자동제어기(240)에 입력된다.

부그룹신호통합모듈(220)은 부그룹을 구성하는 4개의 제어봉구동장치(110) 중 어느 하나의 권선전류 감시모듈(210)에서라도 대체전원요구신호가 출력되면, 해당 부그룹에 대한 대체전원요구신호가 대체전원자동제어기(240)에 입력된다. 부그룹별로 대체전원요구신호의 처리를 행하는 것은 각각의 권선전류 감시모듈(210)의 대체요구신호를 전부 별개의 신호로 하여 대체전원자동제어기(240)에 입력되도록 하면 대체전원자동제어기(240)의 용량도 좀 더 커져야 하고, 배선도 복잡해지며, 관리도 불편해지기 때문이며, 각 제어봉구동장치(110)별로 발생하는 대체전원요구신호가 개별적으로 대체전원자동제어기(240)에 입력되도록 하는 것도 가능하다.

다만, 각 제어봉구동장치(110)별로 발생하는 대체전원요구신호가 개별적으로 대체전원자동제어기(240)에 입력되도록 하는 경우와 각 부그룹별로 신호가 통합되어 대체전원자동제어기(240)에 부그룹 대체전원공급신호가 입력되도록 한 경우 모두 유지전원 공급장치(140)에서 공급되는 전원은 개별 제어봉구동장치(110)별이 아닌 각 부그룹별로 전원이 공급되도록 설정되는 것이 바람직하다.

물론, 각 제어봉구동장치(110)별로 발생하는 대체전원요구신호가 개별적으로 대체전원자동제어기(240)에 입력되도록 하는 경우에는 유지전원 공급장치(140)에서 공급되는 전원이 개별 제어봉구동장치(110)별로 전원이 공급되도록 설정하는 것도 가능하다.

대체전원자동제어기(240)는 부그룹대체전원요구신호가 입력되면, 해당 부그룹과 유지전원공급장치(140)의 전원공급기(142)를 연결하는 절체스위치(170)를 작동시켜 해당 부그룹의 각 제어봉구동장치(110)에 대체전원이 공급되도록 한다.

각 부그룹으로 공급되는 대체전원은 각 부그룹을 구성하는 각 제어봉구동장치(110)의 집게 권선 중 상부집게권선(112)에 공급되도록 하는 것이 설계 및 설치시 보다 용이하므로 바람직하다.

이 경우에 상부집게권선(112) 대신 하부집게권선(114)에 대체전원이 공급되도록 할 수도 있고, 상부집게권선(112) 및 하부집게권선(114) 모두에 대체전원이 공급되도록 할 수도 있다.

상기한 구성은 올림(Lift)권선, 이동집게(Moving Latch)권선, 고정집게(Stationary Latch)권선을 포함하는 3개의 권선(미도시)을 포함하는 제어 봉구동장치의 경우에도 동일하게 적용된다.

절체스위치(170)는 대체전원자동제어기(240)가 지정한 부그룹의 제어봉구동장치(110)의 상부집게권선(112)에 유지전원공급장치(140)에 의해 생산된 대체전원을 투입하기 위한 스위칭소자이다. 절체스위치(170)는 대체전원자동제어기(240)의 절체명령에 따라 작동하며, 기계식 계전기 또는 반도체 소자를 사용하여 구성할 수 있다.

절체스위치(170)가 작동하여 집게 권선에 유지전원이 제대로 공급되고 있는지를 확인하기 위하여 대체전원공급장치(140)의 출력 전력선에는 제2전류검출기(230)가 설치되어 검출된 결과가 대체전원자동제어기(240)에 입력된다. 입력된 결과는 별도의 상태표시창을 통하여 관리자가 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

제2전류검출기(230)가 있음으로 인해서 전원공급기(142)로부터 해당 부그룹으로 제대로 대체전원이 공급되고 있는지를 확인할 수 있다.

도 2에서는 도면 표현의 편이를 위하여 절체스위치(170)를 하나만 도시하였으나, 절체스위치(170)는 부그룹을 구성하는 각 제어봉구동장치(110)의 상부집게권선(112)별로 하나씩 구비되어 있다.

대체전원자동제어기(240)내에 저장된 정보에 의하여 이미 특정 부그룹에 전원이 공급되고 있다고 판단되는 경우에는 대체전원자동제어기(240)는 또 다른 대체전원요구신호가 접수되더라도 대체전원요구신호가 접수되었다는 사실만을 관리자에게 알리고 이에 반응하여 동작하지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.

이는 일반적으로 전원공급기(142)의 용량이 하나의 부그룹에 대체전원을 공급할 수 있을 정도인 경우가 많이 있으므로, 대체전원요구신호가 수신되는 모든 부그룹에 대체전원을 공급하도록 설정하면 과부하가 걸려 제기능을 하지 못하여서 오히려 문제가 될 수 있고, 또한 어느 하나의 부그룹으로만 대체전원을 공급하도록 하는 것이 일반적인 설계조건이기 때문이다.

또한, 자동 모드에서 특정 부그룹으로 이미 대체전원이 공급되고 있는 상황에서 관리자가 유지전원수동제어반(141)을 통하여 해당 부그룹으로의 대체전원 공급을 수동으로 설정하더라도 대체전원을 계속 공급하도록 설정되는 것이 바람직하다.

그러나, 이미 관리자가 유지전원수동제어반(141)을 통하여 해당 부그룹으로의 대체전원 공급을 수동으로 설정한 상태에서 대체전원요구신호가 입력되는 경우에는 대체전원자동제어기(240)는 이에 반응하여 동작하지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 시스템제어기(150)를 통하여 미리 선정된 제어봉들을 낙하시켜 원자로의 출력을 급격히 줄이기 위한 원자로출력급감발신호가 대체전원자동제어기(240)에 입력된 경우에도 대체전원요구신호에 반응하여 동작하지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 방법을 도시한 흐름도이다. 구체적인 구성요소의 기능에 대해서는 이미 도 2 및 도 3을 통하여 설명하였으므로 이하에서는 본 발명의 방법을 간략하게 설명한다.

먼저, 제1전류검출기(160)는 시스템전원(180)을 이용하여 제어봉구동장치(110)에 공급되는 전류를 검출하여 이를 전류에 비례하는 전압으로 변경하여 권선전류 감시모듈(210)에 출력한다(401).

권선전류 감시모듈(210)은 제1전류검출기(160)로부터 출력된 신호를 미리 저장된 설정값과 비교하여 공급전류의 이상여부를 판단(402)하고, 현재 공급되고 있는 전류가 제어봉을 유지하기 어렵다고 판단되는 경우에는 대체전원요구신호를 출력한다(403).

대체전원자동제어기(240)는 각 권선전류 감시모듈(210)로부터 또는 각 부그룹신호통합모듈(220)로부터 대체전원요구신호를 수신하면, 대체전원요구신호를 출력한 권선전류 감시모듈(210) 또는 부그룹신호통합모듈(220)에 해당되는 부그룹의 제어봉구동장치(110)의 상부집게권선(112)에 전원공급기(142)로부터 대체전원이 공급되도록 해당되는 절체스위치(170)를 작동시켜 대체전원을 공급한다(404).

이 때, 대체전원자동제어기(240)에 의해 이미 특정 부그룹에 대체전원이 공급되고 있거나, 관리자에 의해서 수동 모드로 전환이 되어 있거나, 시스템제어기(150)로부터 원자로출력급감발심호가 수신된 경우에는 대체전원요구신호가 수신되더라도 이에 반응하여 동작하지 않음은 이미 살펴본 바와 같다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 SCR 제어신호 상실시 상부집게권선의 3상 SCR을 모두 고전압 상태로 점호시키는 종래의 기술과 달리 SCR을 고전압 상태로 점호시키지 않으므로 운전원의 조치가 지연되어 장시간 고전압 상황에 노출 될 경우 권선의 물리적인 손상을 초래할 수 있다는 단점을 해결할 수 있다.

또한, 광범위한 단일 고장 및 인적실수에 대해서도 제어봉의 불시낙하를 예방함으로써 발전소의 안정적인 운전을 보장하고 발전중단으로 인한 비용을 절감하여 원전의 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제어봉 제어계통의 단일고장으로 인한 제어봉의 불시낙하를 염려하여 매 정기점검마다 과도하게 수행하는 제어봉제어계통에 대한 예방정비 작업 및 관련비용을 최소화하고 정비담당자의 정신적인 부담을 경감시키는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

원자력 발전소에서 소정의 전력제어회로를 이용하여 제어봉구동장치에 전류를 공급하는 제어봉 제어시스템에서 사용되는 제어봉 불시낙하 방지 장치에 있어서,

상기 제어봉구동장치에 공급되는 전류를 검출하기 위한 제1전류검출수단;

상기 제1전류검출수단으로부터 검출된 전류의 값과 소정의 설정값을 비교하여 상기 검출된 전류의 값이 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값이라고 판단되는 경우 상기 제어봉구동장치에 대체전원의 공급을 요청하는 대체전원요구신호를 출력하는 권선전류감시수단; 및

상기 권선전류감시수단으로부터 대체전원요구신호가 출력되는 경우, 상기 대체전원공급이 요청되는 제어봉구동장치에 대체전원을 공급하는 대체전원공급수단;을 포함하고,

상기 대체전원공급수단은 상기 전력제어회로를 통하지 않고 상기 제어봉구동장치에 상기 대체전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 대체전원공급수단은

대체전원을 공급하는 대체전원공급기;

상기 대체전원공급기와 상기 제어봉구동장치의 연결을 스위칭시키는 스위칭수단; 및

상기 권선전류감시수단으로부터 대체전원요구신호가 출력되는 경우 상기 스위칭수단을 작동시키는 대체전원자동제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어봉 불시낙하 방지 장치는

상기 스위칭수단과 상기 제어봉구동장치 사이에 흐르는 전류를 검출하여 상기 대체전원자동제어수단에 전달하는 제2전류센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 대체전원공급수단은 이미 대체전원을 공급하고 있는 경우, 새로운 대체전원요구신호가 수신되더라도 이에 반응하여 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 대체전원공급수단은 미리 선정된 제어봉들을 낙하시켜 원자로의 출력을 급격히 줄이기 위한 원자로출력급감발신호가 수신되는 경우, 상기 대체전원요구신호가 수신되더라도 대체전원을 공급하지 않는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 대체전원공급수단은 관리자에 의해 수동모드로 전환될 수 있으며, 상기 제어봉구동장치에 대체전원이 공급되고 있는 중에 수동모드로 전환되는 경우에도 상기 제어봉구동장치에 계속하여 전원을 공급하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 장치.
원자력 발전소에서 소정의 전력제어회로를 이용하여 제어봉구동장치에 전류를 공급하는 제어봉 제어시스템에서 제어봉의 불시낙하를 방지하는 방법에 있어서,

(a) 상기 제어봉구동장치에 공급되는 전류를 검출하는 단계;

(b) 상기 검출된 전류의 값과 소정의 설정값을 비교하여 상기 검출된 전류의 값이 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값인지 판단하는 단계; 및

(c) 상기 검출된 전류의 값이 상기 제어봉의 낙하를 방지하기 힘든 값이라고 판단되는 경우 상기 전력제어회로를 통하지 않고 상기 제어봉구동장치에 대체전원을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 방법.
제7항에 있어서, 상기 (c) 단계는

이미 다른 제어봉 구동장치에 대체전원을 공급하고 있는 경우에는 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 방법.
제7항에 있어서, 상기 (c) 단계는 미리 선정된 제어봉들을 낙하시켜 원자로의 출력을 급격히 줄이기 위한 원자로출력급감발신호가 수신되는 경우에는 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 제어봉 불시낙하 방지 방법.