KR101146951B1 - 중수로의 노심출력 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중수로의 노심출력 예측방법에 관한 것으로, a) 연료교체이력 및 액체영역제어계통의 수위를 노심코드 방정식에 입력하여 포스트 시뮬레이션을 획득하는 단계와, b) 다수의 바나듐 검출기의 출력을 플럭스 매핑하는 단계와, c) 교체할 연료관의 특성을 원자로 설계자가 제공한 노심코드 방정식에 입력하여 프리 시뮬레이션을 획득하는 단계와, d) 상기 c) 단계의 결과와 상기 a) 단계의 결과의 차를 구하고, 그 차의 결과를 상기 b) 단계의 결과에 더하여 예측 출력치를 산출하는 단계를 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 바나듐 검출기의 출력을 읽어 플럭스를 매핑한 결과를 이용하여 보다 정확한 중수로 노심출력을 예측하도록 함으로써, 연료관의 교체시 발전소 출력을 낮추는 감소량을 적정하게 설정할 수 있으며, 따라서 연료관의 교체시 운전중단을 발생시키지 않음과 아울러 발전량을 감소량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

중수로의 노심출력 예측방법{Power distribution prediction method for CANDU}

본 발명은 중수로의 노심출력 예측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중수로의 출력을 정확하게 예측하여 발전량 손실을 방지할 수 있는 중수로의 노심출력 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로, 중수로 노심은 연료구성성분, 연소정도, 출력제어 반응도 제어장치의 상태, 전체적인 중성자속의 모양, 국부적인 중성자속 모양 등 출력에 영향을 미치는 다양한 출력변동요인을 가지고 있다.

이러한 출력변동요인에 의해 380개의 채널출력 및 첨두계수와, 4,560개의 다발출력이 각각 다르며 연료교체마다 수시로 변화하게 된다. 연료의 교체후 3일간은 연료교체 결과가 출력을 결정하게 되므로, 연료교체 후 출력의 변화를 예측하는 것은 매우 중요하다.

원자력발전소의 압력관은 경년열화에 의해 직경방향으로의 팽창이 발생될 수 있다. 이러한 직경방향의 팽창은 연료냉각 우회량을 증대시키고, 우회량의 증가는 낮은 출력에서 연료손상을 유발할 수 있으며, 연료손상과 관련된 중성자고출력 트립설정치를 낮추어 운전하고 있다.

상기 트립설정치는 원자력발전소의 운전중단과 직접적인 관계가 있는 것으로, 트립설정치를 낮추면 원자력발전소의 운전여유도가 낮아지기 때문에 더 이상 트립설정치를 낮출 수 없는 경우, 원자로의 출력 자체를 낮추어 운영해야 한다.

실제로 월성1호기는 원자로 출력을 약 15%까지 낮추어 운영한 사례가 있다.

도 1은 종래 중수로의 노심출력 예측방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면 종래 중수로의 노심출력 예측방법은, 운전자료를 입력하여 시뮬레이션 결과를 획득하는 단계(S11)와, 교체할 연료관을 선택하는 단계(S12)와, 선택된 연료관의 특성을 설계자가 제공한 노심코드 확산방정식에 입력하는 단계(S13)와, 상기 노심코드 확산방정식의 해석결과로서 첨두계수 채널, 다발출력을 산출하고, 모든 연료관에 대하여 산출이 완료되었는지 확인하여 완료되지 않았으면 상기 S12단계로 회귀하는 단계(S14)와, 상기 S14단계의 판단결과 모든 연료관에 대하여 첨두계수 채널 출력 및 다발출력이 산출되었으면, 이를 토대로 원자로출력을 결정하는 단계(S15)와, 상기 예측된 원자로출력에 따라 발전소출력을 조정하는 단계(S16)와, 연료를 교체하는 단계(S17)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성의 종래 중수로의 노심출력 예측방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, S11단계에서는 연료교체이력, 액체영역 제어계통의 수위 등 운전자료를 노심코드(RFSP 2GROUP) 확산방정식에 입력하여 포스트 시뮬레이션(POST-SIMULATION)을 수행한다.

그 다음, S12단계에서는 교체할 연료관을 선정하고, 상기 포스트 시뮬레이션의 결과치와 선택된 연료관의 특성을 S13단계의 설계자가 제공한 노심코드 확산방정식에 입력하여 출력을 예측한다.

상기 설계자가 제공한 노심코드 확산방정식은 각 중수로를 설계할 때의 조건에 부합하는 방정식으로서, 특정한 연료관에 대한 정보를 입력하면 해당 중수로의 출력을 산출할 수 있는 방정식이다.

그 다음, S14단계에서는 상기 특정한 연료관에 대한 첨두계수 채널출력 및 다발출력의 출력값을 얻고, 교체할 모든 연료관에 대하여 첨두계수 채널출력 및 다발출력의 출력값을 얻었는지 확인한다.

상기 확인결과 해석할 연료관이 더 있는 경우 상기 S12단계로 회귀하여 다른 교체할 연료관의 특성을 입력한다.

그 다음, S15단계에서는 상기와 같은 과정을 통해 얻어진, 각 연료관에 대한 첨두계수 채널 출력, 다발출력을 토대로 중수로의 출력을 예측하여 결정하게 되며, S16단계와 같이 발전소의 출력을 조정한 후, S17단계와 같이 연료교체작업을 하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 연료의 교체 후에는 새로운 연료의 투입에 의하여 중수로 노심출력이 증가하게 되며, 발전소의 출력이 정상상태인 경우 그 발전소의 출력에 새로운 연료의 투입에 의한 급격한 출력증가량이 가산되어, 원자로의 운전정지에 관계된 트립설정치를 초과하는 출력이 발생할 수 있기 때문에 상기 중수로 노심 출력을 예측한 후, 그 예측치에 따라 발전소의 출력을 낮춘 상태에서 연료를 교체하는 작업을 하게 된다.

상기와 같은 종래 중수로의 노심출력 예측방법은, 설계당시의 연료관의 상태에 적합한 설계자가 제시한 노심코드 방정식을 사용하고 있어, 경년열화에 따른 압력관의 팽창 등의 변수를 반영할 수 없기 때문에 정확한 출력의 예측이 불가능한 문제점이 있었다.

이처럼 출력의 정확한 예측이 불가능하기 때문에 연료의 교체시 발전소의 출력을 감소시키는 감소량을 정확하게 설정할 수 없어, 출력 감소량이 적은 경우 교체된 연료에 의하여 실제 출력치가 트립설정치를 초과하는 경우 원자력발전소의 운전이 중단되는 경우가 발생할 수 있으며, 반대로 출력 감소량을 너무 크게 설정하는 경우에는 발전량이 줄어드는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정확한 출력예측을 통해 연료관을 교체하는 시점에서 원자로의 운전이 중단되거나, 발전량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 중수로의 노심출력 예측방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 중수로의 노심출력 예측방법은, a) 연료교체이력 및 액체영역제어계통의 수위를 노심코드 방정식에 입력하여 포스트 시뮬레이션을 획득하는 단계와, b) 다수의 바나듐 검출기의 출력을 플럭스 매핑하는 단계와, c) 교체할 연료관의 특성을 원자로 설계자가 제공한 노심코드 방정식에 입력하여 프리 시뮬레이션을 획득하는 단계와, d) 상기 c) 단계의 결과와 상기 a) 단계의 결과의 차를 구하고, 그 차의 결과를 상기 b) 단계의 결과에 더하여 예측 출력치를 산출하는 단계를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 중수로의 노심출력 예측방법은, 바나듐 검출기의 출력을 읽어 플럭스를 매핑한 결과를 이용하여 보다 정확한 중수로 노심출력을 예측하도록 함으로써, 연료관의 교체시 발전소 출력을 낮추는 감소량을 적정하게 설정할 수 있으며, 따라서 연료관의 교체시 운전중단을 발생시키지 않음과 아울러 발전량을 감소량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 중수로의 노심출력 예측방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중수로의 노심출력 예측방법의 순서도이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 중수로의 노심출력 예측방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중수로의 노심출력 예측방법의 순서도이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중수로의 노심출력 예측방법은, 운전자료를 입력하여 포스트 시뮬레이션 결과를 획득하는 단계(S21)와, 다수의 바나듐 검출기의 출력을 입력받아 플럭스를 매핑하는 단계(S22)와, 교체할 연료관을 선택하는 단계(S23)와, 선택된 연료관의 특성을 설계자가 제공한 노심코드 확산방정식에 입력하여 프리 시뮬레이션 결과를 획득하는 단계(S24)와, 상기 S24단계, 상기 S21단계 및 S22단계의 시뮬레이션 결과를 연산하여 채널예측출력, 다발 예측출력, 예측 첨두계수를 산출하는 단계(S25)와, 교체할 모든 연료관에 대하여 예측이 완료되었는지 확인하여 완료되지 않았으면 상기 S23단계로 회귀하는 단계(S26)와, 상기 S26단계의 판단결과 모든 연료관에 대하여 예측이 완료되었으면, 상기 채널예측출력, 다발 예측출력 및 예측 첨두계수를 이용하여 원자로출력을 결정하는 단계(S27)와, 상기 예측된 원자료출력과 트립설정치를 고려하여 발전소의 출력을 조정하는 단계(S28)와, 연료를 교체하는 단계(S29)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 중수로의 노심출력 예측방법의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, S21단계에서는 운전자료를 노심코드 확산방정식에 입력하여 포스트 시뮬레이션을 획득한다. 상기 운전자료는 연료교체이력, 액체영역제어계통의 수위이다. 이때 포스트 시뮬레이션은 현재상태의 채널출력, 다발출력, 첨두계수를 확인할 수 있다.

그 다음, S22단계에서는 상기 S21단계와는 별도로 102개의 바나듐 검출기의 출력을 입력받아 플럭스를 매핑한다. 플럭스 매핑은 파워맵(POWERMAP)이라고도 하며, 현재 중수로의 경년열화가 반영된 정확한 출력값을 얻을 수 있다.

상기 바나듐 검출기는 원자로 조립체내에 위치하여 중성자속을 검출하는 것으로, 검출된 중성자속을 정해진 플럭스(FLUX) 형상을 이용하여 매핑한다.

이때의 중성자속 매핑으로 채널출력, 다발출력, 첨두계수를 얻을 수 있다.

그 다음, S23단계에서는 교체할 연료관을 선택하고, S24단계와 같이 설계자가 제공한 노심코드 확산방정식에 입력하여 프리 시뮬레이션을 획득한다. 이때 프리 시뮬레이션은 연료관을 교체한 후 3일 뒤의 출력값을 예측하는 것으로, 최초 새로운 연료관을 사용에 의해 노심출력은 급격하게 상승하며 약 3일 후부터 원래의 출력값으로 안정화된다.

상기 프리 시뮬레이션은 3일 후의 채널출력, 다발출력 및 첨두계수 정보를 포함하는 것이다.

그 다음, S25단계에서는 상기 프리 시뮬레이션, 포스트 시뮬레이션 및 플럭스 매핑결과를 이용하여 채널출력, 다발출력 및 첨두계수를 예측한다.

상기 예측 채널출력의 연산을 아래의 수학식 1에 나타내었다.

상기와 같이 설계자가 제시한 확산방정식을 이용하여 3일 후의 출력예측치를 구하고, 확산방정식을 이용하여 얻은 현재의 출력치와의 차를 구한 다음, 이를 현재 검출된 중성자속 매핑 결과에 가산하여 예측치를 구하는 것이며, 이는 채널출력뿐만 아니라 다발출력과 첨두계수의 예측에도 동일하게 적용할 수 있다.

아래의 수학식 2는 예측 다발출력, 수학식 3은 예측 첨두계수를 산출하는 수학식이다.

이와 같은 과정을 통하여 경년열화를 고려한 채널출력, 다발출력, 첨두계수를 정확하게 산출할 수 있게 된다.

그 다음, S26단계에서는 교체할 모든 연료관에 대하여 예측이 완료되었는지 확인하여 완료되지 않았으면 상기 S23단계로 회귀하여, 교체할 모든 연료관에 대하여 채널출력, 다발출력, 첨두계수의 예측치를 얻을 수 있게 된다.

그 다음, S27단계에서는 상기 S26단계의 판단결과 모든 연료관에 대하여 예측이 완료되었으면, 상기 예측된 채널출력, 예측된 다발출력 및 예측된 첨두계수를 이용하여 원자로출력을 결정한다.

이때의 원자로출력은 연료관을 교체할 때 예상되는 중수로 노심의 출력으로 설계자가 제공하는 확산방정식만으로 예측하는 종래의 방식에 비하여 더 정확한 예측이 가능하다.

그 다음, S28단계에서는 상기 S27단계의 원자로출력 예측치와 현재 설정된 트립설정치를 고려하여, 발전소 출력을 감소시킨다. 이때의 출력 감소량은 상기 원자로출력 예측치가 보다 정확하게 예측된 것이므로 정확하게 산출할 수 있다.

즉, 출력 감소량을 트립설정치를 초과하지 않는 범위에서 최소의 값으로 설정함으로써, 발전량의 감소를 최소화할 수 있게 된다.

그 다음, S29단계와 같이 연료관을 교체한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

Claims (4)

1. a) 컴퓨터를 통해 연료교체이력 및 액체영역제어계통의 수위를 노심코드 방정식에 입력하여 포스트 시뮬레이션을 획득하는 단계;
   b) 컴퓨터를 통해 다수의 바나듐 검출기 각각에서 검출된 중성자속을 정해진 플럭스 형상과 대비하여 매핑하여, 경년열화의 변수를 포함하는 플럭스 매핑을 획득하는 단계;
   c) 컴퓨터를 통해 교체할 연료관의 특성을 원자로 설계자가 제공한 노심코드 방정식에 입력하여 프리 시뮬레이션을 획득하는 단계; 및
   d) 컴퓨터를 통해 상기 c) 단계의 결과와 상기 a) 단계의 결과의 차를 구하고, 그 차의 결과를 상기 b) 단계의 결과에 더하여 예측 출력치를 산출하는 단계를 포함하는 중수로의 노심출력 예측방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 d) 단계의 예측 출력치는,
   예측 채널출력, 예측 다발출력 및 예측 첨두계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 중수로의 노심출력 예측방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 d) 단계의 예측 출력치를 이용하여 발전소출력을 감소시킨 후, 연료관을 교체하되, 상기 발전소출력의 감소량은 예측 출력치와 감소된 발전소출력의 합이 트립설정치를 초과하지 않는 범위내에서 최소값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 중수로의 노심출력 예측방법.
   
   

Images