KR101642083B1 - 중수로의 영역별 축방향 출력편차 감시방법 및 장치 - Google Patents

중수로의 영역별 축방향 출력편차 감시방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

중수로의 영역별 축방향 출력편차 감시방법 및 장치를 제공한다. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법은 원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값과, 상기 제1 영역의 출력값 및 제2 영역의 출력값의 합 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 단계 및 상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

중수로의 영역별 축방향 출력편차 감시방법 및 장치{MONITORING METHOD FOR AXIAL ZONE FLUX TILT OF HEAVY WATER REACTOR AND APPARATUS USING THE MONITORING METHOD}
본 발명의 실시예들은 중수로에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.
중수로 원자력 발전소에는 중성자고출력계통에 대한 트립(trip) 설정치가 중성자속(neutron beam(flux)) 그룹별로 산출되어 있으며, 그룹별 트립 설정치는 중성자고출력계통의 핸드 스위치(hand switch)의 위치에 따라 따로 설정되어 있다. 상기 핸드 스위치는 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치 중 하나로 전환될 수 있으며, 이 중 상기 핸드 스위치가 제2 위치에 있는 경우에 해당되는 중성자속 그룹에는 축방향 출력편차가 12%를 초과하는 노심분포들이 포함되어 있다. 그러나, 현재 원자력 발전소에는 한국공개특허번호 제10-2012-0030844호(공개일 2012년 3월 29일) "액체영역제어계통 중성자속 제어방법"에 개시된 것과 같이 중성자속을 제어할 수 있는 방법은 개발되었으나, 축방향 출력편차가 12%를 초과하는지를 감시할 수 있는 방안이 없다.
노심출력분포는 운영기술지침서에 따라 점검하고, 해당하는 중성자속 그룹에 소속될 경우 핸드 스위치의 위치를 변경하여 항상 모든 중성자속 분포에서 트립 설정치가 유효성이 있도록 해야 하나, 축방향 출력편차가 12%를 초과하는 것에 대해서는 감시할 방안이 없어 안정성이 위배될 수 있다. 이러한 안전성 위배는 중수로 운영에 있어서 치명적인 안전저해 요소이므로, 축방향 출력편차를 실시간으로 감시할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 중수로 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법은 원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 단계 및 상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 축방향 출력편차는 다음의 수학식을 통해 계산될 수 있다.
축방향 출력편차 = (i 번 영역의 출력 - (i 번 + 7 번) 영역의 출력)/2, 여기서 상기 i 는 1 내지 7임.
다른 측면에 따르면, 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인하는 단계 및 상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 초과하고 상기 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 경보를 발생하는 단계는 상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 기 설정된 시간 동안 연속으로 초과하는 경우 상기 경보를 발생하는 단계일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되었는지를 판단하는 단계, 상기 원자로에서 적어도 하나의 제어봉을 포함하는 뱅크(bank)가 두 개 이상 인출되었는지를 판단하는 단계, 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인하는 단계 및 상기 원자로에서 상기 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되고 상기 뱅크가 두 개 이상 인출되고 상기 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 원자로는 중수로(heavy water reactor)일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 장치는 원자로에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 축방향 출력편차 계산부 및 상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 축방향 출력편차 감시부를 포함할 수 있다.
중수로 원자력 발전소에서 실시간으로 중성자속 분포들을 감시할 수 있으며, 경보를 설정하여 중수로 운영에 안전성을 확보할 수 있다.
추후 축방향 출력편차 축소와 확대 제한값을 변경할 수 있는 기틀을 조성함으로써 트립 설정치를 산출하는 방법을 변경할 때 트립 설정치를 상향시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 제한치 도달 시 경보 구현 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 감시 장치를 나타내는 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어(hardware)나 소프트웨어(software) 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 축방향 출력편차 감시 장치는 원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산한다(S110). 여기서, 상기 원자로는 중수로(heavy water reactor)일 수 있다. 일 예로, 본 발명이 적용되는 원자로는 연로로서 천연우라늄을 사용하고 감속재로서 중수를 사용하는 가압중수형 원자로(PHWR: Pressurized Heavy Water Reactor)인 캐나다형 중수로(CANDU(CANadian Deuterium Uranium) Reactor)일 수 있다.
일 예로, 축방향 출력편차 감시 장치는 다음의 수학식 1을 이용하여 축방향 출력편차를 계산할 수 있다.
Figure 112015000402927-pat00001
수학식 1을 따르면 예를 들어, 축방향 출력편차는 각각 1번 영역의 출력과 8번 영역의 출력 간의 차이값, 2번 영역의 출력과 9번 영역의 출력 간의 차이값, 3번 영역의 출력과 10번 영역의 출력 간의 차이값,...7번 영역의 출력과 14번 영역의 출력 간의 차이값을 기반으로 계산될 수 있다.
또한, 축방향 출력편차 감시 장치는 수학식 1을 기반으로 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시한다(S120). 여기서, 상기 제한치는 12%로 설정될 수 있다. 수학식 1을 통해 계산된 축방향 출력편차는 운전원이 감시할 수 있도록 소정의 스크린을 통해 표시될 수 있다.
원자로 노심 내의 열출력 공간분포(출력분포)는 노심의 연료밀도가 고르면 중심부에서 높고 주변부에서 낮다. 그러나 출력분포가 높은 곳의 출력밀도와 온도에는 제한이 있으므로 여유 있는 운전을 위해서는 출력분포는 항상 평탄한 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 발명에 따른 축방향 출력편차 감시 장치는 실시간으로 축방향 출력편차를 감시할 수 있다.
한편, 축방향 출력편차 감시 장치는 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는 경우, 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치(hand switch)의 위치를 확인할 수 있다(S130).
만일, 축방향 출력편차가 상기 제한치를 초과하고 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 축방향 출력편차 감시 장치는 상기 핸드 스위치가 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생할 수 있다(S140).
축방향 출력편차 감시 장치는 기 설정된 시간마다 주기적으로 축방향 출력편차를 계산하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 축방향 출력편차 감시 장치는 축방향 출력편차가 기 설정된 시간 동안 연속으로 상기 제한치를 초과하는 상황이 발생하는 경우 경보를 발생할 수 있다. 여기서, 기 설정된 시간은 일 예로 15분일 수 있다. 상기 경보는 일 예로, 비정상적인 형태의 출력임을 지시하는 경보일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 제한치 도달 시 경보 구현 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 축방향 출력편차 감시 장치는 노심출력의 감시 및 제어를 위해 원자로 내 중성자 흡수봉의 인입/인출 및 제어봉의 인입/인출을 확인할 수 있다. 그리고, 비정상적인 출력이 확인되는 경우 경보를 발생할 수 있다.
일 예로 본 발명에 따른 축방향 출력편차 감시 장치는 도 2에 도시된 것과 같이, 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉(MCA ROD)이 인입되고 상기 원자로에서 적어도 하나의 제어봉을 포함하는 뱅크(ADJ BANK)가 두 개 이상 인출되고 핸드 스위치의 위치(HSP)가 제1 위치(HSP #1)에 있는 경우, RRS-647 경보를 발생할 수 있다.
또한, 축방향 출력편차(ZDAAi)가 제한치(12%)에 도달하고 핸드 스위치의 위치(HSP)가 제1 위치(HSP #1)에 있는 경우에도 RRS-647 경보를 발생할 수 있다. 축방향 출력편차 ZDAAi에서 i 는 1~7 일 수 있다. RRS-647 경보는 비정상 출력 형태로 인해 핸드 스위치의 위치가 제2 위치로 전환되어야 함을 지시하는 경보(ABN FLUX SHAPE - SET ROP HSP-2)일 수 있다. 상기 경보는 일 예로, 상기 축방향 출력편차가 15분 이상 연속하여 제한치 12%를 초과하면 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축방향 출력편차 감시 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 축방향 출력편차 감시 장치는 축방향 출력편차 계산부(310), 축방향 출력편차 감시부(320), 표시부(330), 스위치 위치 확인부(340), 판단부(350) 및 경보 발생부(360)를 포함할 수 있다.
축방향 출력편차 계산부(310)는 원자로에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산한다. 상기 축방향 출력편차는 상기의 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
축방향 출력편차 감시부(320)는 축방향 출력편차 계산부(310)에서 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시한다. 상기 제한치는 일 예로, 12%일 수 있다.
표시부(330)는 축방향 출력편차 계산부(310)에서 계산된 축방향 출력편차를 운전원이 실시간으로 확인할 수 있도록 표시한다.
스위치 위치 확인부(340)는 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인한다.
판단부(350)는 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되었는지를 판단하고 뱅크에서 흡수봉이 두 개 이상 인출되었는지를 판단한다.
경보 발생부(360)는 축방향 출력편차 계산부(310)에서 계산된 축방향 출력편차가 제한치를 초과하고 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생한다. 일 예로, 경보 발생부(350)는 축방향 출력편차 계산부(310)에서 계산된 축방향 출력편차가 제한치를 기 설정된 시간(예를 들어, 15분) 동안 연속으로 초과하는 경우 상기 경보를 발생할 수 있다.
한편, 경보 발생부(360)는 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되고 제어봉 뱅크가 두 개 이상 인출되고 핸드 스위치의 위치가 제1 위치에 있는 경우, 경보를 발생할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법에 있어서,
    원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 단계를 포함하고,
    상기 축방향 출력편차는,
    다음의 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 축방향 출력편차 감시 방법.
    축방향 출력편차 = (i 번 영역의 출력 - (i 번 + 7 번) 영역의 출력)/2
    여기서, 상기 i 는 1 내지 7임.
  3. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법에 있어서,
    원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 단계;
    상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 단계;
    중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인하는 단계; 및
    상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 초과하고 상기 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경보를 발생하는 단계는,
    상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 기 설정된 시간 동안 연속으로 초과하는 경우 상기 경보를 발생하는 단계인 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 방법.
  5. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 방법에 있어서,
    원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 단계;
    상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 단계;
    상기 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되었는지를 판단하는 단계;
    상기 원자로에서 적어도 하나의 제어봉을 포함하는 뱅크(bank)가 두 개 이상 인출되었는지를 판단하는 단계;
    중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인하는 단계; 및
    상기 원자로에서 상기 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되고 상기 뱅크가 두 개 이상 인출되고 상기 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원자로는,
    중수로(heavy water reactor)인 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 방법.
  7. 삭제
  8. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 장치에 있어서,
    원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 축방향 출력편차 계산부; 및
    상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 축방향 출력편차 감시부를 포함하고,
    상기 축방향 출력편차는,
    다음의 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 축방향 출력편차 감시 장치.
    축방향 출력편차 = (i 번 영역의 출력 - (i 번 + 7 번) 영역의 출력)/2
    여기서, i 는 1 내지 7임.
  9. 원자력 발전소에서 축방향 출력편차를 감시하는 장치에 있어서,
    원자로(nuclear reactor)에서 제1 영역의 출력값 및 상기 제1 영역과 제2 영역의 출력값 간의 차이값을 이용하여 축방향 출력편차를 계산하는 축방향 출력편차 계산부;
    상기 계산된 축방향 출력편차가 기 설정된 제한치를 초과하는지를 감시하는 축방향 출력편차 감시부;
    중성자 고출력 계통의 핸드 스위치의 위치를 확인하는 스위치 위치 확인부; 및
    상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 초과하고 상기 중성자 고출력 계통의 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 경보 발생부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경보 발생부는,
    상기 축방향 출력편차가 상기 제한치를 기 설정된 시간 동안 연속으로 초과하는 경우 상기 경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 원자로에 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되었는지를 판단하고 상기 원자로에서 적어도 하나의 제어봉을 포함하는 뱅크(bank)가 두 개 이상 인출되었는지를 판단하는 판단부를 더 포함하고,
    상기 경보 발생부는,
    상기 원자로에 상기 적어도 하나의 중성자 흡수봉이 인입되고 상기 원자로에서 상기 뱅크가 두 개 이상 인출되고 상기 핸드 스위치가 제1 위치에 있는 경우, 상기 핸드 스위치가 상기 제1 위치에서 제2 위치로 전환되도록 경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 장치.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 원자로는,
    중수로(heavy water reactor)인 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 장치.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 계산된 축방향 출력편차를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 출력 편차 감시 장치.
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