KR102034830B1 - 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법에 관한 것으로서, (a) 중성자 고출력 검출기의 고장여부를 감지하는 단계; 그리고, (b) 상기 (a) 단계에서 중성자 고출력 검출기의 고장이 감지됨에 따라 핸드스위치포지션에 따른 페널티를 고장이 발생한 중성자 고출력 검출기에 부여하여, 고장 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정하는 단계;를 포함하여 이루어진다. 이로 인해, 고장이 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정할 수 있어, 중성자 고출력 검출기에서 고장이 발생했을 때 채널이 바로 트립됨에 따라 원자력 발전소를 정지해야 함에 따른 비용손실을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법{METHOD OF MONITORING FOR REGIONAL OVERPOWER PROTECTION DETECTOR}
본 발명은 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법에 관한 것이다.
중수로 원자력 발전소는 세 개의 트립(trip) 채널을 운영하고, 노심에 수직 방향으로 34개, 수평 방향으로 24개 총 58개로 형성된 중성자 고출력(ROP) 검출기에서 고장이 발생되는 경우 채널 트립신호가 발생되며, 세 개의 채널 중 두 개의 채널에서 트립신호가 발생되는 경우 발전소가 정지된다.
중성자 고출력 검출기에 고장이 발생했을 때, 고장이 발생한 해당 검출기는 약 1주일간 운전 가능하나 그 이후에 원자로를 정지하여 고장이 발생한 검출기를 교체해야 하고, 검출기의 교체 없이 고장이 발생한 검출기의 위치에 동일한 검출기를 배치할 경우 주변 검출기까지 고장이 발생하는 등의 영향을 줄 수 있어 검출기 배치 시 보정이 필요하나, 보정 방안이 제시되어 있지 않다.
따라서, 중성자 고출력 검출기에 고장이 발생하더라도 1주일 이후 원자로를 정지하지 않고 중성자 고출력 검출기의 고장에 따른 중성자 고출력 검출기의 출력 상태를 모니터링할 수 있는 보정방안의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0084048(중수로의 영역별 축방향 출력편차 감시방법 및 장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0086830(중성자고출력 보호검출기 보정을 위한 압력관 크립페널티 적용방법)
월성1호기 국보과출력보호 트립계통 모사 불확실도 및 오차 검증[중성자속 형태오차 분야]('99 춘계학술발표회 논문집 한국원자력학회, 이성덕)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 중성자 고출력 검출기에 고장이 발생했을 때의 중성자 고출력 검출기의 출력상태를 확인하여, 중성자 고출력 검출기의 단일 고장에 따라 중수로 원자력 발전소가 정지되는 것을 예방함으로써 중수로 원자력 발전소의 운영 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법은 (a) 중성자 고출력 검출기의 고장여부를 감지하는 단계; 그리고, (b) 상기 (a) 단계에서 중성자 고출력 검출기의 고장이 감지됨에 따라 핸드스위치포지션에 따른 페널티를 고장이 발생한 중성자 고출력 검출기에 부여하여, 고장 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(a-1) 상기 (a) 단계에서 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기가 차등신호 제공 계측기인지의 여부를 판단하여, 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기가 차등신호 제공 계측기인 경우, 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기 그리고 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기와 짝을 이루는 차등신호보상 계측기를 고장으로 간주하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b) 단계는 하기의 식 1을 통해 고장 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
DC=(CPPF+DTC+DTILT+DP+DTAP)×FPHT×FC×FF+PTR+PCR+PSDF+PFPHT+PTRIH
(식 1에서, DC(detector calibration)는 중성자 고출력 검출기의 보정된 출력값이고, CPPF(channel power peaking factor)는 채널 출력 맥동(ripple)의 최대치(채널출력첨두계수)이고, DTC(temperature correction factor of detector)는 계측기 온도 비선형성 보정값이고, DTILT(correction factor of flux tilt)는 중성자속 편차(Flux tilt) 보정값이고, DP(moderator poison correction factor of detector)는 감속재 내 독물질 보정값이고, DTAP(correction factor of tap)은 TAP(time average performance) 수행에 따른 보정값이고, FPHT(PHTS parameter correction factor)는 냉각재 계통 변수 수정인자이고, FC(correction factor of abnormal reactivity rod configuration)는 비표준 반응도제어기구 배치상태 수정인자이고, FF(correction factor of different fuel type)는 연료형태에 대한 수정인자이고, PTR(correction factor of reactivity rod withdrawal)은 원자로출력 및 반응도제어기구 변동에 따른 보정값이고, PCR(correction factor of creep rate)은 압력관 크립(creep) 페널티이고, PSDF(correction factor of single detector failure)는 고장 ROP 계측기의 페널티이고, PFPHT(difference correction faction of PHT condition)는 이고, PTRIH 는(difference correction factor of temperature of reactor inlet header condition) 임.)
상기 (b) 단계에서, 중수로 원자력 발전소에 형성된 58개의 중성자 고출력 검출기에 대해 각각 제1 핸드스위치포지션 및 제2 핸드스위치포지션일 때에 따른 페널티를 부여하고, 상기 제1 핸드스위치포지션일 때 상기 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -10.08%로 부여하며, 상기 제2 핸드스위치포지션일 때 상기 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -16.1%로 부여하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b) 단계에서 상기 중성자 고출력 검출기의 보정된 출력값에서 상기 압력관 크립 페널티를 뺀 값이 107% 이상이 되도록 한다.
이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법을 적용하여 중성자 고출력 검출기의 단일 고장 발생시 중성자 고출력 검출기의 출력상태를 확인할 수 있어, 중성자 고출력 검출기 단일 고장 발생에 따른 중수로 원자력 발전소의 정지를 예방할 수 있고, 이에 따라, 중수로 원자력 발전소의 운영 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법이 적용될 중수로 원자력 발전소의 노심에 분포된 중성자 고출력 검출기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법이 기록된 기록매체의 개략적인 구조를 나타낸 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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법이 적용될 중수로 원자력 발전소의 노심에 분포된 중성자 고출력 검출기를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
본 실시예가 적용될 중수로 원자력 발전소의 노심에는 도 1과 같이 중성자 고출력 검출기가 수직 방향으로 34개 및 수평 방향으로 24개로 총 58개 분포되며, 이때, 중수로 원자력 발전소는 58개의 중성자 고출력 검출기 각각의 출력상태 값을 확인할 수 있는 모니터링 장치를 포함하는 구조로 형성된다.
이때, 노심에 형성된 안전정지계통(SDS; shutdown system, 이하 SDS 또는 안전계통으로 기재함)은 중수로 원자력 발전소의 제1 안전계통(SDS #1) 또는 제2 안전계통(SDS #2)으로부터 트립신호를 감지하고, 모니터링 장치에서 제1 또는 제2 안전계통에서 감지한 트립신호를 확인할 수 있는 구조로 형성된다.
도 1을 참고로 하여 설명한 것처럼 중수로 원자력 발전소에 형성되어 모니터링 장치에서 출력상태를 모니터링할 수 있는 중성자 고출력 검출기의 고장을 모니터링하는 방법을 설명하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법은 도 2에 도시한 것처럼, 먼저, 중성자 고출력 검출기 단일고장 발생여부를 판단(Q100)한다.
이때, 중성자 고출력 검출기 단일고장 발생여부 판단(Q100) 단계에서, 중수로 원자력 발전소의 노심에 형성된 58개의 중성자 고출력 검출기의 단일고장 발생여부를 판단하는데, 58개의 중성자 고출력 검출기에서 생성되는 고장신호를 감지함에 따라 수행된다.
이 단계(Q100)에서 중성자 고출력 검출기 단일고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 예 화살표 방향을 따라 고장 발생한 검출기가 차등신호 제공 계측기인지를 판단(Q200)하는 단계를 수행하고, 중성자 고출력 검출기 단일고장이 발생하지 않은 경우 아니오 화살표 방향을 따라 별도의 단계를 수행하지 아니하며 중성자 고출력 검출기 단일고장 발생여부를 판단(Q100)하는 단계를 계속해서 수행한다.
고장 발생한 검출기가 차등신호 제공 계측기인지를 판단(Q200)하는 단계는 다음의 표 1을 참고하여 고장이 발생한 중성자 고출력 검출기가 차등신호 제공 계측기인지를 판단한다.
중성자 고출력 검출기
(상부의 차등신호 제공 계측기)		 하부의 차등 보상 계측기
3G 7G
4G 8G
5H 2H
8H 7H
3J 2J
7J 8J
이때, 고장이 발생한 중성자 고출력 검출기가 표 1에서 왼쪽 열에서 상부의 차등신호 제공 계측기로서 분류된 3G, 4G, 5H, 8H, 3J, 7J 중 어느 하나인 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여 고장 발생한 검출기 및 이의 보상검출기를 고장으로 간주(S200)하는 단계를 수행하여, 상부의 차등신호 제공 계측기 및 하부의 차등 보상 계측기를 고장으로 간주(S200)하는 단계를 수행한다.
한 예에서, 중성자 고출력 검출기 단일고장 발생을 판단하는 단계(Q100)에서 도 1의 9~11열과 D행에 수평방향을 따라 3G라는 이름으로 위치하는 중성자 고출력 검출기에서 고장이 발생한 것으로 판단하였을 때, 고장 발생한 검출기가 차등신호 제공 계측기인지를 판단(Q200)하는 단계에서는 3G인 중성자 고출력 검출기가 위의 표 1의 왼쪽 열에서 상부의 차등신호 제공 계측기로 분류되어 있는지의 여부를 판단한다.
이에 따라, 고장 발생한 검출기 및 이의 보상검출기를 고장으로 간주(S200)하는 단계에서는, 고장 발생한 검출기인 3G 중성자 고출력 검출기와, 3G 중성자 고출력 검출기의 보상검출기로 분류된 7G 검출기인 차등신호 보상 계측기를 모두 고장으로 처리한다.
위 단계들로부터, 표 1과 같이 채널별로 짝을 이루는 상부의 차등신호 제공 계측기와 하부의 차등신호 보상 계측기에 대해, 상부의 차등신호 제공 계측기가 고장시 짝을 이루는 하부의 차등 보상 계측기에도 영향을 미치게 됨에 따라, 한 쌍의 계측기를 모두 고장으로 처리한다.
그러나, 위의 판단단계(Q200)에서 고장 발생한 검출기가 차등신호 제공 계측기가 아닌 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 이동하여 핸드스위치포지션에 따라 설정된 페널티를 고장 발생 중성자 고출력 검출기에 부여하여, 고장 발생 중성자 고출력 검출기의 출력값 보정(S100) 단계를 수행한다.
핸드스위치포지션에 따라 페널티를 부여하여 고장 발생 중성자 고출력 검출기의 출력값 보정(S100) 단계에서는 다음의 표 2를 이용하여 위의 판단단계(Q100)에서 고장 발생된 것으로 확인되고, 위의 판단단계(Q200)에서 차등신호 제공 계측기가 아닌 것으로 확인된 중성자 고출력 검출기에 페널티를 부여하고 다음의 식 1을 이용하여 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정한다.
[표 2]
Figure 112018001744515-pat00001
위의 표 2에서, 58개의 각 고장 계측기에 대한 페널티(PSDF)를 부여하며, 이때, 제1 핸드스위치포지션(HSP, handswitchposition) 및 제2 핸드스위치포지션일때의 경우에 따라 중성자 고출력 검출기에 대해 각각 페널티를 다르게 부여할 수 있으며, 제1 핸드스위치포지션일 때 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -10.08%이고, 제2 핸드스위치포지션일 때 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -16.1%이다.
[식 1]
DC=(CPPF+DTC+DTILT+DP+DTAP)×FPHT×FC×FF+PTR+PCR+PSDF+PFPHT+PTRIH
이때, 위의 식 1에서, DC(detector calibration)는 중성자 고출력 검출기의 보정된 출력값이고, CPPF(channel power peaking factor)는 채널 출력 맥동(ripple)의 최대치(채널출력첨두계수)이고, DTC(temperature correction factor of detector)는 계측기 온도 비선형성 보정값이고, DTILT(correction factor of flux tilt)는 중성자속 편차(Flux tilt) 보정값이고, DP(moderator poison correction factor of detector)는 감속재 내 독물질 보정값이고, DTAP(correction factor of tap)은 TAP(time average performance) 수행에 따른 보정값이고, FPHT(PHTS parameter correction factor)는 냉각재 계통 변수 수정인자이고, FC(correction factor of abnormal reactivity rod configuration)는 비표준 반응도제어기구 배치상태 수정인자이고, FF(correction factor of different fuel type)는 연료형태에 대한 수정인자이고, PTR(correction factor of reactivity rod withdrawal)은 원자로출력 및 반응도제어기구 변동에 따른 보정값이고, PCR(correction factor of creep rate)은 압력관 크립(creep) 페널티이고, PSDF(correction factor of single detector failure)는 고장 ROP 계측기의 한 개 고장시 페널티이고, PFPHT(difference correction faction of PHT condition)는 냉각재 조건 차이 보상페널티이고, PTRIH(difference correction factor of temperature of reactor inlet header condition)는 입구모관온도 차이 보상페널티이다.
또한, 중성자 고출력 검출기에 페널티를 부여하여 고장 발생 중성자 고출력 검출기의 출력값 보정(S100) 단계에서 위의 식 1을 이용하여 고장 발생 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정함에 있어서, 보정된 출력값에서 압력관 크립 페널티(PCR)을 제외한 값이 107% 이상이 되도록 보정된 출력값(DC)을 산출한다.
이때, 도 3을 참고로 하여 도 2의 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법을 수행하기 위한 구조를 설명하면, 검출기 출력값 수신부(110)는 중성자 고출력 검출기의 출력값과 중성자 고출력 검출기의 고장신호를 수신하고, 검출기 출력값 보정부(120)는 검출기 출력값 수신부(110)에서 고장신호를 수신한 중성자 고출력 검출기의 출력값을 식 1 및 표 2를 바탕으로 보정한다.
이와 같이, 도 2의 흐름을 수행하기 위해 검출기 출력값 수신부(110), 검출기 출력값 보정부(120), 검출기 출력값 비교부(130) 및 검출기 출력값 설정부(140)를 포함하여 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법이 기록된 기록매체(100)가 구성됨에 따라, 중성자 고출력 검출기에 고장이 발생됨에 따라 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정할 수 있어, 종래에 중성자 고출력 검출기에서 고장이 발생했을 때 채널이 바로 트립되고 이에 따라 원자력 발전소를 정지해야 함에 따른 비용손실을 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고 이때, 검출기 출력값 수신부(110)에서 수신하는 58개의 중성자 고출력 검출기들의 출력값을 출력하는 표시장치인 검출기 출력값 표시부(200)를 더 포함할 수 있고, 검출기 출력값 수신부(110)에서 수신된 중성자 고출력 검출기들의 출력값과 검출기 출력값 보정부(120)에서 산출된 보정값을 전달받아 저장하는 저장장치인 검출기 출력값 저장부(300)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법이 기록된 기록매체
110 : 검출기 출력값 수신부 120 : 검출기 출력값 보정부
130 : 검출기 출력값 저장부 200 : 검출기 출력값 표시부
300 : 검출기 출력값 저장부

Claims (5)

  1. (a) 중성자 고출력 검출기의 고장여부를 감지하는 단계;
    (a-1) 상기 (a) 단계에서 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기가 차등신호 제공 계측기인지의 여부를 판단하여, 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기가 차등신호 제공 계측기인 경우, 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기 그리고 상기 고장여부가 감지된 중성자 고출력 검출기와 짝을 이루는 차등신호보상 계측기를 고장으로 간주하는 단계; 그리고,
    (b) 상기 (a) 단계에서 중성자 고출력 검출기의 고장이 감지됨에 따라 핸드스위치포지션에 따른 페널티를 고장이 발생한 중성자 고출력 검출기에 부여하여, 고장 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 하기의 식 1을 통해 고장 발생된 중성자 고출력 검출기의 출력값을 보정하는 것을 특징으로 하는 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법.
    [식 1]
    DC=(CPPF+DTC+DTILT+DP+DTAP)×FPHT×FC×FF+PTR+PCR+PSDF+PFPHT+PTRIH
    (식 1에서, DC(detector calibration)는 중성자 고출력 검출기의 보정된 출력값이고, CPPF(channel power peaking factor)는 채널 출력 맥동(ripple)의 최대치(채널출력첨두계수)이고, DTC(temperature correction factor of detector)는 계측기 온도 비선형성 보정값이고, DTILT(correction factor of flux tilt)는 중성자속 편차(Flux tilt) 보정값이고, DP(moderator poison correction factor of detector)는 감속재 내 독물질 보정값이고, DTAP(correction factor of tap)은 TAP(time average performance) 수행에 따른 보정값이고, FPHT(PHTS parameter correction factor)는 냉각재 계통 변수 수정인자이고, FC(correction factor of abnormal reactivity rod configuration)는 비표준 반응도제어기구 배치상태 수정인자이고, FF(correction factor of different fuel type)는 연료형태에 대한 수정인자이고, PTR(correction factor of reactivity rod withdrawal)은 원자로출력 및 반응도제어기구 변동에 따른 보정값이고, PCR(correction factor of creep rate)은 압력관 크립(creep) 페널티이고, PSDF(correction factor of single detector failure)는 고장 ROP 계측기의 페널티이고, PFPHT(difference correction faction of PHT condition)는 이고, PTRIH 는(difference correction factor of temperature of reactor inlet header condition) 임.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 중수로 원자력 발전소에 형성된 58개의 중성자 고출력 검출기에 대해 각각 제1 핸드스위치포지션 및 제2 핸드스위치포지션일 때에 따른 페널티를 부여하고, 상기 제1 핸드스위치포지션일 때 상기 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -10.08%로 부여하며, 상기 제2 핸드스위치포지션일 때 상기 중성자 고출력 검출기에 대해 부여하는 최대 페널티는 -16.1%로 부여하는 것을 특징으로 하는 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 중성자 고출력 검출기의 보정된 출력값에서 상기 압력관 크립 페널티를 뺀 값이 107% 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 중성자 고출력 검출기 고장 모니터링 방법.

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