KR101698344B1 - 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압기의 과거 수위데이터 및 압력데이터를 수집하여 상호 간에 상관관계를 모델식으로 산출한 후, 모델식을 통해 가압기의 수위 및 압력이 통합으로 제어될 수 있도록 한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 원자력 발전소 가압기의 압력 및 수위를 통합으로 제어하기 위한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 있어서, 상기 가압기는 통합제어수단을 통해 가압기의 압력 및 가압기의 수위가 통합 제어되며, 상기 통합제어수단은 과거에 가압기에서 실행되었던 각 측정 데이터를 수집하여, 수집된 데이터를 통해 충전유량 및 전열량 변화에 따른 가압기의 수위와 가압기의 압력 상관관계를 생산한 모델식을 통해 가압기의 충전유량과 전열량이 결정되도록 하되, 상기 통합제어수단은, 과거로부터 현재까지 가압기에서 실행된 측정데이터를 수집하는 데이터 저장소;상기 데이터 저장소에 수집된 측정데이터를 가지고 냉각재 충전유량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계와, 전열량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계를 모델식으로 찾는 과정을 실행하는 모델식 생산소;상기 모델식 생산소에서 생산된 모델식을 통해 가압기의 수위 및 압력을 동시에 조절할 수 있는 예측제어기를 구성하여 냉각재 충전유량과 전열량을 예측 결정하는 제어부;상기 제어부에서 결정된 충전유량을 통해 가압기로 냉각재가 공급되는 충전유량제어밸브의 개폐량을 조절하고, 제어부에서 결정된 전열량을 통해 전열기의 히터를 on/off시키는 실행부:를 포함하여 구성된 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템을 제공한다.

Description

원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템{A pressurizer intergrated control system of a nuclear generating station}

본 발명은 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압기의 수위 및 압력이 통합으로 제어될 수 있도록 한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉각재로서 물을 이용하여 원자로를 냉각시키는 방법이 경제성과 안전성 측면에서 우수한 것으로 판명되고 있고, 상기 냉각재로서 물을 이용한 기술은 경수형(H2O) 원자로와 중수(D2O)에 의한 중수형 원자로가 있다.

이 중 가압 경수형 원자로(PWR)는 냉각재와 감속재로 경수를 사용하고 핵연료는 우라늄 235를 약 2 - 4%로 농축하여 사용한다.

가압 경수형 원자로는 도 1에 도시된 바와 같이, 원자로 내에서 핵분열로 발생되는 열을 증기발생기로 보내 열교환시키는 원자로 계통에 관련되는 시설과, 증기발생기에서 발생된 증기로 터빈을 돌린 후 복수기(復水器)를 거쳐 물로 환원시킨 다음, 다시 증기발생기로 순환되는 터빈/발전기 계통에 관련되는 시설로 구분된다.

이때, 원자로 계통의 열전달 매체인 냉각재(경수)는 원자로에서 약 320℃까지 가열되며, 비등하지 않도록 약 153 기압으로 가압된다.

계통을 구성하는 기기로는 일정한 엔탈피를 유지하기 위하여 압력을 조정하는 가압기(pressurizer)(10), 원자로(20)와 증기발생기(30) 사이에 냉각재를 순환시켜 주는 냉각재 펌프(40)가 있다.

상기 가압기(10)는 정상운전 중에 원자로(20) 냉각재의 압력을 적당하게 유지하여 부하 변동 등의 과도 상태에서 압력변동을 제어하는 역할을 하는 것으로, 그 내부는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전열기(electric heater)(11)와 분무기(spray)(12) 등으로 이루어져 있다.

즉, 가압기(10)는 원자력 발전소에서 원자로(20) 입,출구의 노즐로부터 연결되어 운전압력을 일정하게 유지시키며, 냉각재의 가열 및 냉각이 이루어질 때 발생되는 냉각재의 체적변화를 보상하는 완충탱크의 역할을 하는 것이다.

이러한 가압기(10)는 과도 상태시에, 하부에 설치된 전열기(11) 전원과 상부에 설치된 냉각 스프레이(12)를 제어함으로써 압력변화를 최소화시키고, 정상 운전중에 가압기(10) 내부는 증기와 물이 포화된 혼합 상태로 유지된다.

한편, 가압기(10)는 원자로(20)로 공급되는 냉각재의 유량을 제어하는 수위제어계통과, 원자로(20) 내의 냉각재를 포화온도 이하 상태로 유지시키는 압력제어계통으로 구성된다.

수위제어계통(A)은 도 2에 도시된 바와 같이, 화학 및 체적제어계통(B)의 충전유량제어밸브(50) 및 3개의 유출오리피스격리밸브(60) 중 2개를 사용하여 가압기(10) 수위를 프로그램된 수위 설정위치에 유지하도록 제어하여 원자로(20) 냉각재계통 원자로(20) 냉각재 재고량의 변화를 최소화한다.

또한, 발전소 과도현상 동안에 원자로(20) 냉각재 밀림을 흡수하기 위해 가압기 (10)내의 증기량을 유지시킨다.

정상 상태시에 가압기(10)는 2개의 오리피스격리밸브(60)를 열고 충전유량제어밸브(50)를 조절하여 수위를 유지하지만 수위가 매우 높게 지시되면 평상시 닫혀 있던 유출 오리피스격리밸브(60)를 열고 충전유량제어밸브(50)를 최소 유량 위치로 유지시킨다.

반대로, 수위가 매우 낮게 지시되면 평상시 열려 있는 유출 오리피스격리밸브(60)를 닫고 충전유량제어밸브(50)를 최대 유량 위치로 유지시킨다.

그리고, 압력제어계통(C)은 도 3에 도시된 바와 같이, 정상 운전시 원자로(20) 냉각재를 포화온도 이하 상태로 유지시키기 위하여, 가압기(10) 내부를 일정 온도 및 일정 압력의 증기와 물이 포화된 혼합상태로 유지시킨다.

즉, 냉각재 온도의 미세 변화와 그에 따른 가압기(10) 수위의 미세한 변화는 발전소 운전에 영향을 끼치지 않지만, 급격한 과도상태에서는 추가 제어기능이 요구되는데, 압력제어계통(C)이 이 추가 제어기능을 수행하는 것이다.

압력제어계통(C)은 큰 과도상태가 아닌 압력구간에서 동작하는 비례전열제어기(11)와, 큰 과압 상태에서 동작하는 비례살수제어기를 포함한다.

한편, 상기한 구성으로 이루어진 가압기(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가압기(10)의 수위와 압력을 각각 제어하고 있으며, 압력에 비례하여 압력제어계통의 제어기 출력값을 제어하는 비례전열제어기(11)를 사용하고 있어 가압기(10) 운전에 대한 효율성이 떨어지는 문제가 있었다.

즉, 가압기(10) 수위를 제어할 경우 가압기(10) 압력이 영향을 받고, 가압기(10) 압력을 제어할 경우 가압기(10) 수위가 간접적인 영향을 받는 문제가 있었던 것이다.

특히, 가압기(10) 수위를 높이기 위하여, 충전 유량을 증가시킬 경우, 가압기(10) 압력이 크게 증가되므로, 종래의 구분된 수위 및 압력제어계통으로는 출력 변화 운전시 서로 연계된 제어를 수행할 수 없으므로 수위 제어 및 압력 제어를 정밀하게 수행하기 어려운 문제가 있었다.

대한민국 등록번호 제10-0281425호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가압기의 수위제어와 압력제어를 통합하여 제어할 수 있도록 함으로써 가압기의 수위 및 압력제어가 더욱 정밀하게 이루어질 수 있도록 한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 원자력 발전소 가압기의 압력 및 수위를 통합으로 제어하기 위한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 있어서, 상기 가압기는 통합제어수단을 통해 가압기의 압력 및 가압기의 수위가 통합 제어되며, 상기 통합제어수단은 과거에 가압기에서 실행되었던 각 측정 데이터를 수집하여, 수집된 데이터를 통해 충전유량 및 전열량 변화에 따른 가압기의 수위와 가압기의 압력 상관관계를 생산한 모델식을 통해 가압기의 충전유량과 전열량이 결정되도록 하되, 상기 통합제어수단은, 과거로부터 현재까지 가압기에서 실행된 측정데이터를 수집하는 데이터 저장소;상기 데이터 저장소에 수집된 측정데이터를 가지고 냉각재 충전유량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계와, 전열량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계를 모델식으로 찾는 과정을 실행하는 모델식 생산소;상기 모델식 생산소에서 생산된 모델식을 통해 가압기의 수위 및 압력을 동시에 조절할 수 있는 예측제어기를 구성하여 냉각재 충전유량과 전열량을 예측 결정하는 제어부;상기 제어부에서 결정된 충전유량을 통해 가압기로 냉각재가 공급되는 충전유량제어밸브의 개폐량을 조절하고, 제어부에서 결정된 전열량을 통해 전열기의 히터를 on/off시키는 실행부:를 포함하여 구성된 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템을 제공한다.

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본 발명에 따른 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 원자로의 출력변화 운전과 같은 과도 상태시, 원자로의 가압기 수위 및 가압기 압력조절을 위해 최적의 냉각재 충전 유량과 비례전열기의 전열량을 자동으로 결정할 수 있으므로, 과도 상태시 더욱 빠른 수위와 압력제어를 수행할 수 있으며 원자로의 과도 상태 대처 능력을 높일 수 있는 효과가 있다.

둘째, 가압기의 수위제어 및 가압기의 압력제어가 통합으로 이루어짐으로써, 가압기의 수위제어 및 압력제어 상호 간에 영향을 덜 받게 되므로, 가압기의 수위제어 및 가압기의 압력제어가 정밀하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 원자력 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 원자력 발전소 가압기의 수위제어 계통을 나타낸 개략도
도 3은 종래 기술에 따른 원자력 발전소 가압기의 압력제어 계통을 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자력 발전소 가압기의 통합제어 계통을 나타낸 개략도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자력 발전소 가압기의 통합제어 시스템 중 통합제어수단을 나타낸 구성도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자력 발전소 가압기의 통합제어 시스템에 대하여 설명하도록 한다.

원자력 발전소 가압기의 통합제어 시스템은 가압기의 냉각재 유량 충전을 위한 가압기 수위와 원자로 냉각재 계통의 압력 제어를 위한 가압기 압력을 통합하여 제어할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이를 위한 원자력 발전소 가압기의 통합제어 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 통합제어수단(100)을 포함한다.

통합제어수단(100)은 가압기(10)를 통해 실행되었던 과거 측정 데이터를 통해 최적화된 가압기의 유량 충전 및 가압기의 전열량이 동시에 충족될 수 있도록 예측하여 모델식을 산출해낼 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

통합제어수단(100)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 입력부(110)와, 제어부(120)와, 실행부(130)를 포함하여 구성된다.

입력부(110)는 가압기(10)에서 과거에 측정되었던 각 측정데이터를 수집하여 저장하는 역할을 한다.

입력부(110)는 데이터 저장소(111)와, 모델식 생산소(112)를 포함한다.

데이터 저장소(111)는 가압기(10)에서 과거에 실행되었던 가압기의 수위, 압력, 충전유량 그리고 전열기의 전열량 등에 대한 측정 데이터를 수집하여 저장하는 역할을 한다.

이때, 상기한 가압기(10)의 측정 데이터는 현재로부터 과거 100초 동안의 측정 데이터를 수집하되 10초 간격으로 수집되도록 함이 바람직하다.

물론, 상기 수집 시간 및 간격 시간이 한정되는 것은 아니다.

모델식 생산소(112)는 데이터 저장소(111)를 통해 주기적으로 수집된 데이터를 분석하여, 추후 가압기(10)의 수위 및 압력을 예측하여 산출할 수 있는 모델식을 생산해내는 역할을 한다.

즉, 모델식 생산소(112)는 데이터 저장소(111)에 수집된 데이터와 순환적 파라미터 예측 알고리즘을 이용하여 가압기 수위 및 압력을 동시에 산출할 수 있는 모델식을 생산해내는 역할을 하는 것이다.

즉, 모델식 생산소(112)는 수집된 데이터를 가지고 충전유량의 변화에 따른 가압기(10)의 수위와 가압기(10)의 압력 간에 상관관계 및 수집된 전열량의 변화에 따른 가압기(10)의 수위와 가압기(10)의 압력 간에 상관 관계를 업데이트 하면서 가압기(10)의 압력 및 수위를 통합 제어하기 위한 모델식(수학식)을 샌산해내는 것이다.

다음으로, 제어부(120)는 입력부(110)의 모델식 생산소(112)를 통해 생산된 모델식을 통해 가압기(10)의 충전유량 및 전열기(11)의 전열량을 산출해내는 역할을 한다.

제어부(120)는 입력부(110)를 통해 산출된 모델식을 가지고 예측제어기(121)를 통해, 추후 가압기(10)의 충전유량 및 가압기(10)의 압력을 예측하여 충전유량과 전열기의 전열량을 결정해내는 역할을 하는 것이다.

다음으로, 실행부(130)는 제어부(120)를 통해 결정된 충전유량과 전열량을 충족시키기 위해 원자력 발전 시스템의 충전유량제어밸브(50)와 전열기(11)를 컨트롤하는 역할을 한다.

즉, 실행부(130)는 가압기(10)의 압력 및 가압기(10)의 수위를 통합 제어하기 위한 모델식을 이용해, 산출된 충전유량 및 전열량을 직접 제어하는 것이다.

이를 위해, 실행부(130)는 충전유량제어밸브(50)의 개폐량을 조절하고, 전열기(11)의 히터를 on/off시키는 역할을 한다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 의한 가압기의 수위 및 압력이 통합으로 제어되는 작용에 대하여 설명하도록 한다.

입력부(110)의 데이터 저장소(111)는, 가압기(10)의 과거 수위, 과거 압력, 과거 충전 유량, 그리고 전열기(11)의 과거 전열량 등에 대한 데이터를 일정 시간동안에 일정 주기마다 수집한다.

이때, 가압기(10)의 과거 측정데이터들은 100초전부터 현재까지 10초주기마다 데이터 저장소(111)에 수집이 된다.

다음으로, 모델식 생산소(112)는 데이터 저장소(111)에 저장된 수위 관련 데이터 및 압력 관련 데이터들의 상관관계을 분석하여 가압기(10)의 수위와 압력을 통합 제어하기 위한 모델식을 생산해낸다.

다음으로, 제어부(120)의 예측제어기(121)는 모델식 생산소(112)로부터 생산된 모델식을 통해 가압기(10)의 압력 및 수위를 통합제어하기 위한 충전유량 및 전열량을 결정 짓는다.

예측제어기(121)는 모델식을 이용해 과거의 가압기(10) 측정데이터를 토대로 가압기(10)의 수위 및 압력을 통합 제어할 수 있도록 한 값을 예측하여 산출해냄으로써, 가압기(10)의 압력 및 수위가 통합 제어될 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 실행부(130)는 제어부(120)를 통해 산출된 값을 통해 원자력 발전 시스템의 하드웨어를 컨트롤한다.

상기 산출된 값은 가압기(10)의 충전유량 및 전열기(11)의 전열량에 대한 값으로써, 이를 실행하기 위하여 상기 실행부(130)는 충전유량제어밸브(50)의 개폐량 및 전열기(11)의 on/off를 동시에 실행시키는 것이다.

이에 따라, 가압기(10)의 수위계통 및 압력계통에 대한 통합 제어가 실시된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템은 기존에 마련된 각각의 가압기 수위제어계통과 가압기 압력제어계통을 통합으로 제어할 수 있는 통합제어수단을 마련하여 가압기의 수위 및 압력을 통합으로 제어할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 가압기의 수위 및 압력 제어시에 상호 간에 영향을 받지 않으므로, 가압기의 수위 및 압력을 더욱 정밀하게 제어할 수 있으며, 가압기의 충전유량 및 전열기의 전열량을 자동으로 결정할 수 있으므로 과도상태시 더욱 빠른 가압기의 수위제어와 압력제어를 수행할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 통합제어수단 110 : 입력부
111 : 데이터 저장소 112 : 모델식 생산소
120 : 제어부 121 : 예측 제어기
130 : 실행부

Claims (2)

1. 원자력 발전소 가압기의 압력 및 수위를 통합으로 제어하기 위한 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템에 있어서, 상기 가압기는 통합제어수단을 통해 가압기의 압력 및 가압기의 수위가 통합 제어되며, 상기 통합제어수단은 과거에 가압기에서 실행되었던 각 측정 데이터를 수집하여, 수집된 데이터를 통해 충전유량 및 전열량 변화에 따른 가압기의 수위와 가압기의 압력 상관관계를 생산한 모델식을 통해 가압기의 충전유량과 전열량이 결정되도록 하되, 상기 통합제어수단은, 과거로부터 현재까지 가압기에서 실행된 측정데이터를 수집하는 데이터 저장소;상기 데이터 저장소에 수집된 측정데이터를 가지고 냉각재 충전유량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계와, 전열량의 변화에 따른 가압기의 압력과 수위의 상관관계를 모델식으로 찾는 과정을 실행하는 모델식 생산소;상기 모델식 생산소에서 생산된 모델식을 통해 가압기의 수위 및 압력을 동시에 조절할 수 있는 예측제어기를 구성하여 냉각재 충전유량과 전열량을 예측 결정하는 제어부;상기 제어부에서 결정된 충전유량을 통해 가압기로 냉각재가 공급되는 충전유량제어밸브의 개폐량을 조절하고, 제어부에서 결정된 전열량을 통해 전열기의 히터를 on/off시키는 실행부:를 포함하여 구성된 원자력 발전소 가압기의 통합 제어 시스템.
   
   
   
2. 삭제

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