KR102069442B1 - 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서의 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템은, 원자력 발전 시뮬레이터와 통신하며, 상기 원자력 발전 시뮬레이터로부터 데이터들을 수신하여 처리(processing)하고, 상기 처리된 데이터들을 저장하는 데이터 처리 서버, 상기 데이터 처리 서버로부터 SOE(Sequence of Event) 신호 및 공정변수를 수신하여 상기 SOE 신호 및 상기 공정변수를 발생시각 별로 화면 상에 표시하고, 상기 공정변수가 이상상태인 경우 이벤트 신호를 발생시키는 로깅(Logging) 장치, 상기 로깅 장치로부터 수신한 상기 이벤트 신호에 따라 로직(logic)을 역추적하고, 관련 로직을 화면 상에 표시하여 이상상태의 원인에 관한 정보를 제공하는 로직(Logic) 추적 장치, 및 원자력 발전소의 비상운전절차서에 기재된 안전변수들을 화면 상에 표시하여 상기 안전변수들에 관한 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 하며, 상기 로깅 장치에서 상기 이벤트 신호가 발생하는 경우 이상상태의 원인을 파악할 수 있도록 관련 계통의 정보를 디스플레이하는 라인업(Line-up) 감시 장치를 포함한다.

Description

원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템{The operation support and monitoring system in the nuclear power plant}

본 발명은 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소는 일반적으로 수십~수백 개 이상의 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 하는 핵 증기 공급계통(NSSS: Nuclear Steam Supply System), 증기를 발전기로 전달하는 2차 순환냉각계통, 및 2차 계통으로부터 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다.

현재 한국 원자력 발전소의 주종을 이루고 있는 가압 경수로형 발전소를 살펴보면 원자로를 중심으로 한 1차 계통, 증기발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함한 2차 계통, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통, 송배전계통, 계측제어계통, 기타 보조계통들로 구성되어 있다.

원자력 발전소 MMIS(Man-Machine Interface System)는 계측제어와 주제어실 MMI 및 인간공학을 포괄하는 개념으로서 최근에 원자력 발전소의 계측제어계통으로 사용되고 있다. 원자력 발전소 MMIS는 원자력 발전소의 두뇌와 신경망에 해당하는 계통으로 원자력 발전소의 운전상태를 감시 및 제어하고, 이상상태가 발생하였을 때 원자로를 안전하게 정지하도록 하는 보호 기능을 수행하는 원자력 안전에 필수적인 주요 설비이다.

원자력 발전소 MMIS가 디지털화되면서 이전의 아날로그 계기나 회로로 구현되던 감시, 제어 및 보호 기능의 대부분이 하드웨어 플랫폼을 기반으로하는 내장형 소프트웨어로 구현되고 있다.

원자력 발전소를 포함한 모든 발전용 플랜트의 안전성 확보, 효율적인 운전 및 운전원의 운전능력 배양을 위해, 운전원 훈련용 시뮬레이터를 구현하여 운전원이 발전소의 운영에 대한 연습을 수행하도록 하고 있다. 운전원이 원전의 계측제어계통을 운영시 운전에 서툴거나 잘못 조작하는 경우 대형사고를 유발할 수 있기 때문에 발전소의 운영 조작 방법을 훈련하는 것은 중요한 요소이다. 이에 따라, 보다 안전한 발전소 운영을 위해 원자력 발전소의 계측제어계통을 모사하는 원자력 발전 시뮬레이터를 통해 운전원들이 발전소 계측제어계통의 완전한 조작 방법을 훈련할 필요가 있다.

한국 등록특허 10-0798006 (공고일자 2008년 1월 18일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템을 개발하여 원자력 발전소에서 이상상태가 발생한 경우에 발전소 운전원의 인지 및 정보분석처리 능력을 향상시켜 발전소 안전운영을 도모할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 원자력 발전 시뮬레이터에 로깅(Logging) 시스템, 로직(Logic) 추적 시스템 및 라인업(Line-up) 감시 시스템을 적용하여 발전소 운전원이 신속하게 발전소의 현 상태를 파악하고 이상상태 발생 시 적절한 조치를 취할 수 있도록 운전지원기능을 강화한 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템은, 원자력 발전 시뮬레이터와 통신하며, 상기 원자력 발전 시뮬레이터로부터 데이터들을 수신하여 처리(processing)하고, 상기 처리된 데이터들을 저장하는 데이터 처리 서버, 상기 데이터 처리 서버로부터 SOE(Sequence of Event) 신호 및 공정변수를 수신하여 상기 SOE 신호 및 상기 공정변수를 발생시각 별로 화면 상에 표시하고, 상기 공정변수가 이상상태인 경우 이벤트 신호를 발생시키는 로깅(Logging) 장치, 상기 로깅 장치로부터 수신한 상기 이벤트 신호에 따라 로직(logic)을 역추적하고, 관련 로직을 화면 상에 표시하여 이상상태의 원인에 관한 정보를 제공하는 로직(Logic) 추적 장치, 및 원자력 발전소의 비상운전절차서에 기재된 안전변수들을 화면 상에 표시하여 상기 안전변수들에 관한 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 하며, 상기 로깅 장치에서 상기 이벤트 신호가 발생하는 경우 이상상태의 원인을 파악할 수 있도록 관련 계통의 정보를 디스플레이하는 라인업(Line-up) 감시 장치를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상기 데이터 처리 서버는 상기 원자력 발전 시뮬레이터로부터 SOE 신호, 경보신호, 주제어반 제어신호, 바이스테이블 신호 및 주요계측기의 값에 관한 데이터들을 수신하여 처리할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상기 로깅 장치, 상기 로직 추적 장치 및 상기 라인업 감시 장치는 서로 연동하여 동작할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상기 라인업 감시 장치는 상기 비상운전절차서에 따라 배열되어야 하는 상황과 현재 상황을 비교하여 화면 상에 표시할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상기 로깅 장치에서 발생한 알람을 클릭하는 경우, 상기 이벤트 신호 및 관련 정보가 상기 로깅 장치로부터 상기 로직 추적 장치로 제공될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 원자력 발전 시뮬레이터의 특성에 따른 적합성을 향상시키고, SOE 기능, 로직 추적 기능 및 비상운전절차서에 기술된 라인업 감시 기능을 반영하여 궁극적으로 원자력 발전소 운전의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원자력 발전 시뮬레이터 교육에 필수적인 발전소 비정상상태 발생 시 발생원인을 추적할 수 있는 기능을 탑재하여 교육생들의 교육효과를 향상시킬 수 있으며, 발전소 운전원이 이상상태에 대한 원인을 파악하는 것을 신속하게 수행할 수 있도록 도움을 줄 수 있어 운전원의 능력배양 및 발전소 안전운전에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원자력 발전 시뮬레이션 시스템을 통해 입증된 로깅(Logging) 시스템, 로직(Logic) 추적 시스템, 라인업(Line-up) 감시 시스템 및 운전지원기능을 실제 발전소에 적용하여 발전소의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원자력 발전소에 이상상태 발생 시, 발전소 운전원의 신속한 상황판단으로 발전소 운전의 안전성과 신뢰도 향상에 기여할 수 있으며, 국제적으로 진보된 기술의 적용으로 원전제어기술의 발전에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 계통이해 및 운전경험이 축적된 운전원을 양성하여 원전 안전운영을 위한 역량제고에 기여할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

도 1은 발전소 운전원의 인지 정보처리 모델을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 하드웨어 구조를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 간 연동을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서의 데이터 흐름을 도시한 플로우차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 데이터 처리 서버에서의 데이터 통신 구조 및 인터페이스 노드의 기능을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 원자력 발전 시뮬레이터의 신호추출 구조를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 사용자 콘솔의 메인화면 프레임을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 운전원 작업대 배치 예시를 도시한 도면이다.
도 10은 발전소 설계기준에 따른 게측제어계통 분류를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 로깅 장치의 화면에 로깅정보목록을 표시한 예시를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 로직 추적 장치의 화면에 표시된 예시를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 라인업 감시 장치의 초기메뉴 표시화면의 예시를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 라인업 감시 장치의 절차서별 라인업 비교 체계의 예시를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서 제공하는 추이 곡선의 예시를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서 제공하는 변수 정보 표시의 예시를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서 제공하는 Bar 차트의 예시를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 건전성 감시 체계의 개념도이다.
도 19는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서 제공하는 RCS P-T Limit Curve의 예시를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 보안 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

신고리 3, 4호기 WANO 가동전 점검(PSUR)시 개선권고사항으로 도출된 바와 같이, 신고리 3호기 발전소에는 SOE 신호 및 경보를 발생시각 순으로 제공하는 시스템이 운영되고 있으나, 시뮬레이터에는 SOE 신호 및 경보를 발생시각 순으로 제공하는 기능이 반영되어 있지 않다. 이와 동일한 상황에 있는 고리원전 3호기 등 다수의 시뮬레이터에도 SOE 기능이 반영되어 있지 않아 이를 개선할 필요가 있다.

원자력 발전소에서 사용되는 운전지원기능은 외부기관(WANO, IAEA등)의 권고사항을 충족하기 위한 공통기능의 개발이 필요하며, 여기에 추가적으로 해당 발전소에 최적화된 운전지원기능의 개발이 필요하다. 특히, 고리 3호기와 같은 하드패널 기반으로 설계된 주제어실에 적용되는 전산화된 기술을 이용한 다양한 운전지원기능이 취약한 실정이다. 따라서, 원자력 발전 시뮬레이터를 통해 우선적으로 계통에서 이벤트가 발생하였을 때, 이벤트의 원인을 파악할 수 있는 로직(Logic) 추적 기능 및 라인업(Line-up) 감시 기능 등을 갖춘 통합분석수단을 개발할 필요가 있다.

본 발명에서는, 이러한 요구사항을 충족시키고 신고리 3, 4호기 WANO 가동 전 점검(PSUR)시 개선권고사항을 해결하기 위하여, 신고리 3호기 시뮬레이터에 SOE 신호 및 경보를 발생시각 순으로 제공하는 기능을 반영하고자 한다.

또한, TMI 사고(Three Mile Island Accident) 후속 조치로 요구되는 안전변수 표시기능을 만족시키기 위하여, 정상 및 비정상 운전뿐만 아니라 비상운전 전의 기간을 통하여 필수안전기능을 연속적으로 감시하고 허용 기준 초과 시 경보를 발생하도록 설계하여 운전원이 발전소의 안전상태를 감시하고, 경보가 발생하였을 때 신속하게 경보원인을 파악할 수 있도록 관련 정보를 발전소 운전원에게 제공하는 라인업(Line-up) 감시 시스템을 도입하고자 한다.

이하에서는 제공되는 도면들을 이용하여 본 발명의 상세한 설명을 기술하고자 한다.

도 1은 발전소 운전원의 인지 정보처리 모델을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 원자력 발전소를 운영 및 감시하는 발전소 운전원이 제어실에서 발생된 사건을 인지하여, 정보를 바탕으로 상황을 판단하고 결정하여 발전소를 제어하는 운전원의 인지와 정보처리 모델을 나타내고 있다. 따라서, 원자력 발전 시뮬레이터에서 발전소 운전지원기능을 개발함에 있어서 다음과 같은 사항들을 고려하여야 한다.

(1) 안전변수 표시계통에 대한 요건은 관련 법규인 10 CFR 50.34(f)에 근거하며, 안전변수 표시계통 관련 규제 문건인 NUREG-0737과 NUREG-0800 등에 안전변수 표시계통 설치에 대한 내용이 기술되어 있다.

(2) NUREG-0737에 따라 안전변수 표시계통이 발전소의 안전상태, 즉, 중요한 발전소 변수들을 신속하고 정확하게 제어실 운전원에게 제공할 수 있어야 한다. 안전변수 표시계통은 제어실 운전원이 발전소의 안전상태를 신속하고 높은 수준의 신뢰도를 가지고 판단할 수 있도록 중요한 발전소 변수들에 대한 간결한 표시를 제공하여야 한다. 안전변수 표시계통은 비정상상태 및 정상운전 시에도 사용가능해야 하지만 안전변수 표시계통의 주 목적 및 기능은 비정상 및 비상운전 시에 제어실 운전원이 발전소 안전상태를 결정하고 발전소가 비정상일 경우에는 원자로심의 기능이 저하되는 것을 방지하기 위한 적절한 조치를 취할 수 있도록 도움을 주어야 한다.

즉, 안전변수 표시계통의 가용여부에 관계없이 안전변수 표시계통 개발과 병행하여 발전소의 안전상태를 올바르게 평가하기 위한 절차를 개발하고, 원자력 발전소에서 사고 발생 시에 대비하여 운전원 훈련을 실시하여야 한다.

안전변수 표시계통에 표시된 정보는 운전원에게 최소한 ① 반응도 제어(Reactivity Control), ② 원자로심 냉각과 1차 계통 열 제거(Reactor Core Cooling and Primary Heat Removal), ③ 원자로냉각재계통의 건전성(Reactor Coolant System Integrity), ④ 방사능 제어(Radioactivity Control), ⑤ 격납용기 건전성(Containment Integrity)과 같은 정보를 제공하기에 충분해야 한다.

본 발명에서는 상술한 내용을 반영하여 로깅(Logging) 시스템, 로직(Logic) 추적 시스템 및 라인업(Line-up) 감시 시스템을 포함하고, 발전소의 운전지원기능을 포함한다.

구체적으로 본 발명에서 포함된 각 시스템의 구체적인 내용은 다음과 같다.

(1) 로깅(Logging) 시스템 - 로깅 시스템은 SOE(Sequence of Event) 신호를 포함한 경보신호, 주제어반 제어신호, 각종 바이스테이블 신호, 주요계측기 값 등을 원자력 발전 시뮬레이터로부터 입력 받아 모든 신호를 발생시각 순으로 화면에 표시해 주는 역할을 한다. 원자력 발전 시뮬레이터에 이상상태 발생 시, 로직 추적 시스템과 연동되어 이상상태의 원인을 신속하게 파악할 수 있다.

(2) 로직(Logic) 추적 시스템 - 로직 추적 시스템은 로깅 시스템과 연동하여 이벤트 발생의 원인이 되는 제어회로의 근본원인을 화면에 가시적으로 표시하는 장치로서, 운전원이 직관적인 분석을 통한 상황 판단을 할 수 있도록 지원하는 환경을 제공한다.

(3) 라인업(Line-up) 감시 시스템 - 발전소의 주요계통에 대하여 연속적으로 상태를 표시하고 특정 운전을 위한 계통의 운전상태가 비상운전절차서상 배열(Line-up)되어야 할 상황과 현재의 배열상황에 차이가 있는 경우의 정보를 운전원에게 제공한다.

(4) 운전지원기능 - 로깅 시스템, 로직 추적 시스템, 라인업 감시 시스템에 표시되는 정보를 효과적으로 운전원이 사용할 수 있도록 다양한 운전지원기능을 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 하드웨어 구조를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 하드웨어는, 원자력 발전 시뮬레이터(10)를 구성하는 시뮬레이션 서버(11)와 연결되는 데이터 처리 서버(100) 및 3대의 사용자 콘솔 즉, 로깅(Logging) 장치(110), 로직(Logic) 추적 장치(120), 라인업(Line-up) 감시 장치(130)로 구성될 수 있다.

원자력 발전 시뮬레이터(10)는 원자력 발전소를 모의한 동적 모델을 실행하여 원자력 발전소의 제현상(諸現象)을 시뮬레이션하며, 시뮬레이션 동작을 처리하는 것은 시뮬레이션 서버(11)에서 수행될 수 있다.

데이터 처리 서버(100)는 원자력 발전 시뮬레이터(10)와 사용자 콘솔을 연결해 주는 데이터베이스 역할을 수행하며, 원자력 발전 시뮬레이터(10)에서 발생하는 모든 정보(SOE 신호, 경보신호, 공정변수 등)를 처리할 수 있다. 즉, 데이터 처리 서버(100)는 원자력 발전 시뮬레이터(10)와 통신하며, 원자력 발전 시뮬레이터(10)로부터 데이터들을 수신하여 처리(processing)하고, 상기 처리된 데이터들을 저장하는 기능을 할 수 있다.

로깅 장치(110)는 데이터 처리 서버(100)로부터 SOE 신호, 경보신호, 공정변수 등을 수신하여 모든 정보를 발생시각 별로 화면 상에 표시하고, 상기 공정변수가 이상상태인 경우 이벤트 신호(E)를 발생시키는 기능을 할 수 있다.

로직 추적 장치(120)는 로깅 장치(110)로부터 수신한 상기 이벤트 신호(E)에 따라 로직(logic)을 역추적하고, 관련 로직을 화면 상에 표시하여 이상상태의 원인에 관한 정보를 제공하는 기능을 할 수 있다.

라인업 감시 장치(130)는 원자력 발전소의 비상운전절차서에 기재된 안전변수들을 화면 상에 표시하여 상기 안전변수들에 관한 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 하며, 로깅 장치(110)에서 상기 이벤트 신호(E)가 발생하는 경우 이상상태의 원인을 파악할 수 있도록 관련 계통의 정보를 디스플레이하는 기능을 할 수 있다. 이상상태 발생 시 운전원의 인지 정보처리는 도 1에 도시된 바와 같이 수행된다.

도 3은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 구조를 도시한 블록도이다. 도 4는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 간 연동을 도시한 블록도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어는 로깅(Logging) 소프트웨어, 로직(Logic) 추적 소프트웨어, 라인업(Line-up) 감시 소프트웨어 및 데이터베이스로 구성될 수 있다.

로깅 소프트웨어는 데이터베이스로부터 SOE 신호 및 각종 변수를 입력받아 모든 변수를 발생시각 별로 로깅 장치(110)의 화면에 표시하고, 각 변수가 이상상태 일 때 이벤트 신호(E)를 생성하여 로직 추적 장치(120)로 전송하여 관련 로직이 화면에 표시되도록 할 수 있다.

로직 추적 소프트웨어는 로깅 장치(110)나 라인업 감시 장치(130)에서 이벤트 신호(E)가 발생하면 이와 관련된 로직을 화면에 표시하며, 이상상태에 대한 원인을 파악할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.

라인업 감시 소프트웨어는 비상운전절차서에 기술된 안전변수를 화면에 표시하여 연속적으로 감시할 수 있도록 하며, 로직 추적 장치(120)에서 이벤트 신호(E)가 발생하면, 운전원이 이상상태의 원인을 신속하게 인지할 수 있도록 관련계통 정보를 화면에 표시할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서의 데이터 흐름을 도시한 플로우차트이다.

원자력 발전 시뮬레이터(10)에서 발생한 모는 정보는 데이터 처리 서버(100)로 전송되며, 데이터 처리 서버(100)에서 수신한 정보는 각각의 사용자 콘솔(로깅 장치(110), 로직 추적 장치(120) 및 라인업 감시 장치(130))의 화면 상에 디스플레이되도록 제공될 수 있다. 원자력 발전 시뮬레이터(10), 데이터 처리 서버(100), 사용자 콘솔(로깅 장치(110), 로직 추적 장치(120) 및 라인업 감시 장치(130)) 사이의 데이터 흐름은 도 5에 도시된 것과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 데이터 처리 서버에서의 데이터 통신 구조 및 인터페이스 노드의 기능을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 처리 서버(100)에 적용되는 소프트웨어는 다른 기종의 시스템과의 원활한 통신을 위하여 수백 종류 이상의 통신 소프트웨어 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 데이터 처리 서버(100)에서 적용되는 소프트웨어는 원자력 발전소에서 사용될 수 있는 DCS, Modbus, 직렬통신 등의 통신모듈을 제공하며, 운전원의 간단한 설정 조작으로 통신 인터페이스 설정이 가능하다. 도 6에서는 원자력 발전 시뮬레이터(10)로부터 각종 신호를 받아서 본 발명에 따른 운전지원 및 감시 시스템의 데이터 처리 서버(100)를 통해 신호를 전달하는 데이터 통신 구조 및 데이터 처리 서버(100)의 인터페이스 노드의 기능이 나타나 있다.

예시적으로, 본 발명에 따른 데이터 처리 서버(100)는 원자력 발전 시뮬레이터(10)로부터 데이터를 입력받고, 데이터의 Timestamps를 기록하고, 데이터 형식을 분류하고, 예외사항을 적용시키며, 데이터를 Data Archive Server로 전송할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 원자력 발전 시뮬레이터의 신호추출 구조를 도시한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 원자력 발전 시뮬레이터(10)는 예시적으로, 2대의 시뮬레이션 서버로 구성되며, 원자력 발전소 각 계통의 상태 값을 계산하는 기능을 할 수 있다. 원자력 발전 시뮬레이터(10)는 공유 메모리가 장착되어 SOE 신호, 경보신호, 압력/온도/수위 등의 공정변수 및 바이스테이블 혹은 스위치의 작동상태신호를 실시간으로 갱신하며, 실시간으로 갱신되는 정보들은 로깅 장치(110)로 입력될 수 있다. 또한, 원자력 발전 시뮬레이터(10)와 로깅 장치(110) 간의 데이터 통신을 위한 네트워크 스위치를 포함하며, 전체적인 시뮬레이터, 주제어반 및 네트워크 스위치의 구조 및 연계는 도 7에 도시된 것과 같다. 도 7은 ① 시뮬레이션 서버, ② 운전지원 시스템과 연계되는 네트워크 스위치, ③ 경보설비, ④ 주요 발전소 운전 값, ⑤ 주요 발전소 제어상태를 도시한다.

본 발명에 따른 데이터 처리 서버(100)에는 데이터베이스가 구축되며, SOE 신호, 경보신호, 펌프 주제어반에서 제어하는 펌프 기동/정지신호, 현장에서 제어하는 펌프 기동/정지신호, 주제어반에서 제어하는 밸브 열림/닫힘신호, 현장에서 제어하는 밸브 열림/닫힘신호가 데이터 처리 서버(100) 내의 데이터베이스에 저장될 수 있다. 데이터 처리 서버(100)의 데이터베이스에 저장되는 모든 신호는, 원자력 발전 시뮬레이터(10)에서 발생될 때와 상태의 변화가 있을 때 시각 순으로 경보를 추적하기 위해서 신호의 발생시각에 대한 Timestamp값과 함께 저장될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 사용자 콘솔의 메인화면 프레임을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 콘솔의 화면설계 및 HMI(Human Machine Interface) 개발에 적용되는 NUREG-0700에 따라 운전지원 및 감시 시스템의 로깅 장치(110), 로직 추적 장치(120), 라인업 감시 장치(130)에 공통적으로 적용되는 메인화면의 프레임의 예시가 나타나 있다. 여기서, 메인화면 프레임의 구체적인 설명은 ① 공통기능 표시영역(분석, 보고서출력 등), ② 시간축 변경용 타임바 표시영역(데이터 표시시간 변경 등), ③ 시스템별 특수기능 표시영역(주요 설비별 경보 등), ④ 시스템별 계층구조 표시영역(시스템 뷰어 트리메뉴), ⑤ 시스템 HMI 표시영역(전체/현재 계통별 상태정보 등)일 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 운전원 작업대 배치 예시를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템은 운전원 작업대의 배치를 고려하여 개발되어야 하며, 본 발명에서는 운전지원 및 감시 시스템의 사용 목적에 따른 설계사항으로 도 9에 도시된 것과 같은 배치 중에 하나를 채택할 수 있다.

도 10은 발전소 설계기준에 따른 게측제어계통 분류를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템은 운전지원기능을 목적으로 하는 발전소의 계측제어계통의 일부로 분류될 수 있다. 따라서, 운전지원 및 감시 시스템의 주요 기능을 계측설비의 설계기준 중에서 핵심기능을 지원하는 것으로 범위를 정하는 것이 타당하다. 본 발명에서는 운전지원 및 감시 시스템이 도 10과 같이 발전소 설계기준에 따른 계통분류의 각 핵심기능을 지원하도록 화면, 부가기능, 신호 입력을 설정할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 로깅 장치의 화면에 로깅정보목록을 표시한 예시를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 로깅 장치(110)는 SOE(Sequence of Event) 신호 및 안전변수를 원자력 발전 시뮬레이터(10)로부터 입력받아 모든 신호를 발생시각 순으로 화면에 표시해 주는 역할을 할 수 있다. 로깅 장치(110)에서 알람이 발생하여 운전원이 발생된 알람을 클릭하면 로직 추적 장치(120)로 이벤트 신호(E) 및 관련 정보가 전송되며, 로직 추적 장치(120)의 화면에 이상상태의 원인이 표시될 수 있다. 도 11은 간단한 SOE 신호를 표시한 예시이다.

도 12는 본 발명에 따른 로직 추적 장치의 화면에 표시된 예시를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 로직 추적 장치(120)는 로깅 장치(110)에서 발생한 원자로 정지, 공학적 안전설비 작동신호의 원인을 추적하여 허용기준을 만족하지 못하는 변수를 운전원이 신속하게 파악하게 해주는 역할을 수행하며, 화면에는 도 12와 같이 이상상태의 관련 로직 및 로직의 입력이 표시되어 어떤 변수가 이상상태의 원인인지 신속하게 파악할 수 있게 한다.

도 13은 본 발명에 따른 라인업 감시 장치의 초기메뉴 표시화면의 예시를 도시한 도면이다. 도 14는 본 발명에 따른 라인업 감시 장치의 절차서별 라인업 비교 체계의 예시를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 라인업 감시 장치(130)는 비상운전절차서(Emergency Operation Procedure, EOP)에 기술된 비상상황에 대한 감시 기능을 제공할 수 있다. 라인업 감시 장치(130)에 알람이 발생하여 발생된 알람을 클릭하면 로직 추적 장치(120)에 관련 로직이 표시되고, 운전원은 비상운전절차서의 허용기준을 만족하지 못하는 변수를 신속하게 파악할 수 있다. 또한, 각각의 발전소 시스템에서 원하는 변수에 대한 정보, 알람 상태 및 라인업 감시의 고유 기능이 구현되어 발전소 운전원이 원하는 정보를 쉽게 취득할 수 있다.

라인업 감시 장치(130)는 발전소 운전절차서를 기준으로 하여 현재 상태와 비교하며, 해당 운전절차를 선택하는 기능과 현재 상태를 표시하는 기능 및 차이를 표시하는 기능을 포함할 수 있다. 도 14에서 간략한 운전절차서 구조별 라인업 상태를 표시하는 구조(structure)와 비교표에 표시되는 정보체계가 나타나 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에서 제공하는 운전지원기능의 상세한 설명을 기술한다.

(1) Print Report 기능

SOE 신호의 상태, 현재 발생한 알람 또는 원자로 정지가 발생하였을 때 미리 선정한 변수들을 검토할 수 있도록, 미리 선정된 변수들을 프린터로 출력할 수 있는 기능을 수행한다. 정보는 발생시각 순서로 정렬되어 출력된다. Print Report 기능을 사용할 때 ① SOE 변수, ② 알람 변수, ③ Out-of-range 상태의 변수, ④ Bad data 상태의 변수 등과 같은 종류의 변수를 선택적으로 출력할 수 있다.

(2) 추이 곡선 제공 기능

운전원이 선택한 변수의 실시간 추이를 화면에 표시해 준다. 하나의 변수에 대한 추이 곡선을 표시할 수도 있고, 복수의 변수에 대한 추이 곡선을 표시할 수도 있다. 또한, 아날로그 변수 및 디지털 변수 모두에 대한 추이 곡선을 도 15와 같은 형태로 제공할 수 있다.

(3) 현재 경보 목록 제공 기능

로깅 장치(110)는, 데이터 처리 서버(100)의 데이터베이스로부터 수신한 입력 중에서 경보(Alarm) 정보만을 발생시각 순으로 정렬하여 화면에 제공할 수 있다.

(4) 현재 SOE 신호 정보 제공 기능

로깅 장치(110)는, 데이터 처리 서버(100)의 데이터베이스로부터 수신한 입력 중에서 SOE 신호 정보만을 발생시각 순으로 정렬하여 화면에 제공할 수 있다.

(5) 저장 및 재생 기능

아날로그 변수 또는 디지털 변수를 저장하고 필요에 따라서는 과거에 저장된 데이터를 재생할 수 있도록 하는 기능이다. 변수 및 특정 시간 간격을 입력으로 하여 과거의 이력 데이터를 화면에 동적으로 표시할 수 있다. 동적 화면에는 시각을 변경할 수 있는 타임 바가 제공되며, 타임 바를 이동함으로써 과거의 이력 데이터를 화면에 표시할 수 있다.

(6) 변수 정보 표시 기능

데이터베이스 상에 등록되어 있는 변수를 Point ID를 이용하여 검색한 후에 도 16과 같이 검색된 변수의 정보를 화면에 표시한다. 표시된 정보는 프린터로 출력할 수 있으며, 새로운 변수를 찾아 표시할 수 있도록 수단을 제공할 수 있다.

(7) Bar Chart 표시 기능

데이터베이스 상에 등록되어 있는 변수를 Point ID를 이용하여 검색한 후에 도 17과 같이 검색된 변수의 정보를 Bar Chart 형식으로 화면에 표시한다. Bar Chart를 통해 공정변수의 현재 상태, 즉 설정치 내에 있는지 설정치를 초과 했는지를 한 눈에 파악할 수 있다.

(8) 시스템 감시 기능

로깅 장치(110), 로직 추적 장치(120) 및 라인업 감시 장치(130) 상호간에 서로 Heart-Beat 신호를 주고받아 각각의 시스템이 현재 동작하고 있는지 여부를 확인할 수 있는 기능이다. 로깅 장치(110)의 화면에 로직 추적 장치(120)와 라인업 감시 장치(130)의 건전성이 표시되고, 로직 추적 장치(120)의 화면에는 로깅 장치(110)와 라인업 감시 장치(130)의 건전성이 표시되며, 라인업 감시 장치(130)의 화면에는 로깅 장치(110)와 로직 추적 장치(120)의 건전성이 표시될 수 있다. 이러한 사용자 콘솔들 사이의 데이터 흐름은 도 18에 도시된 것과 같다.

(9) 원자로 냉각재 계통 P-T Limit Curve 제공 기능

원자로 냉각재 계통(Reactor Coolant System, RCS)의 온도(Temperature, T)와 압력(Pressure, P)을 근거로 RCS P-T Limit Curve를 도 19와 같은 형태로 제공할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 보안에 관하여 상세히 설명한다.

도 20은 본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템의 소프트웨어 보안 개념도이다.

본 발명에서의 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에는 도 20과 같은 보안장치를 장착하여 소프트웨어의 무단유출이나 외부로부터 허가되지 않은 자의 침입을 예방할 수 있다.

본 발명에서의 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템에 설치되는 보안 소프트웨어의 기능은 다음과 같다.

(1)운전지원 및 감시 시스템의 컴퓨터에서 USB 저장장치/휴대용 저장 장치의 사용을 허용/제한할 수 있다.

(2) 운전지원 및 감시 시스템에 접속하여 사용된 모든 USB 저장 장치를 식별할 수 있다.

(3) 특정 시기에 운전지원 및 감시 시스템에 연결된 모든 USB 저장 장치의 상세정보를 감시할 수 있다.

(4) 승인되지 않은 USB 저장 장치가 연결되었을 때에 전자메일 메시지를 수신할 수 있다.

(5) USB 저장 장치에 대해 파일 추적 기능을 사용하여 파일 접근을 모니터링할 수 있다.

본 발명에서의 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템과 기존제품 또는 외국제품의 규격, 성능, 특징을 비교하면 다음과 같다.

(1) 운전지원 관련한 기존 제품들은 해외연구 자료 또는 기관의 권고사항 등을 반영하여 개발된 경우가 대부분이므로 시스템 상호간의 유기적인 결합이 부족하며, 운전지원기능을 최적화하지 못한다.

(2) 본 발명에서의 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템은 기존 제품과는 다르게 특정지역이나 제도, 조직문화 등의 요소가 반영된 세밀한 최적화 시스템으로 발전해 나갈 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템을 적용한다면 기술적인 효과로서, 원자력 발전 시뮬레이터 소프트웨어의 오류 수정이 용이하여 고품질의 시뮬레이터 운영을 도모할 수 있다. 그리고, 원자력 발전소 내에 비정상 상황 및 비상 상황이 발생한 경우를 발전소 운전원이 실제 상황처럼 실습할 수 있으며, 고장원인을 분석하는 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 원자력 발전소의 운전 상황이 급변경되더라도 신속하게 라인업(Line-up)을 확인할 수 있는 훈련이 가능하다.

본 발명에 따른 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템을 이용하여, 세계원전 사업자협회(WANO)의 가동 전 안전점검(PSUR) 개선권고사항을 충족시킬 수 있으며, 한국원전교육훈련의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시뮬레이터에 SOE 기능을 추가함으로써 시뮬레이터 교육생들에게 경보 발생이후의 발전소 계통 상황분석에 발전소와 동일한 환경을 제공할 수 있으며, 타 시스템과 비교하여 운전원의 입장에서 필요한 정보를 최적으로 제공하고, 운전원의 의견을 반영할 수 있는 플랫폼을 확보할 수 있다. 또한, 전 세계 HMI 기술 분야에서 최고수준의 안정성, 기능성, 확장성의 기술을 원전 운전에 접목하여 원전 유지 발전을 도모할 수 있다.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 원자력 발전 시뮬레이터
11: 시뮬레이션 서버
100: 데이터 처리 서버
110: 로깅 장치
120: 로직 추적 장치
130: 라인업 감시 장치

Claims (5)

1. 원자력 발전 시뮬레이터와 통신하며, 상기 원자력 발전 시뮬레이터로부터 데이터들을 수신하여 처리(processing)하고, 상기 처리된 데이터들을 저장하는 데이터 처리 서버;
   상기 데이터 처리 서버로부터 SOE(Sequence of Event) 신호, 경보신호, 주제어반 제어신호, 바이스테이블 신호 및 공정변수를 수신하여, 상기 신호들 및 상기 공정변수를 발생시각 별로 화면 상에 표시하고, 상기 공정변수가 이상상태인 경우 이벤트 신호를 발생시키는 로깅(Logging) 장치;
   상기 로깅 장치로부터 수신한 상기 이벤트 신호에 따라 로직(logic)을 역추적하고, 관련 로직을 화면 상에 표시하여 이상상태의 원인에 관한 정보를 제공하는 로직(Logic) 추적 장치; 및
   원자력 발전소의 비상운전절차서에 기재된 안전변수들을 화면 상에 표시하여 상기 안전변수들에 관한 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 하며, 상기 로깅 장치에서 상기 이벤트 신호가 발생하는 경우 이상상태의 원인을 파악할 수 있도록 관련 계통의 정보를 디스플레이하는 라인업(Line-up) 감시 장치;를 포함하되,
   상기 데이터 처리 서버는 수신 데이터의 시간 정보를 추적하기 위한 Timestamps 정보를 데이터베이스에 저장하고,
   상기 라인업 감시 장치에서 알람이 발생하면 상기 발생된 알람 클릭 시 상기 로직 추적 장치는 관련 로직이 화면 상에 표시하고,
   상기 라인업 감시 장치는 운전원이 선택한 변수의 실시간 추이를 추이 곡선 형태로 화면 상에 표시하고,
   상기 로깅 장치, 상기 로직 추적 장치 및 상기 라인업 감시 장치는 상호간에 서로 Heart-Beat 신호를 송수신하여 각각의 장치의 동작 여부를 확인하고,
   상기 라인업 감시 장치는 상기 비상운전절차서에 따라 배열되어야 하는 상황과 현재 상황을 비교하여 화면 상에 표시하는, 원자력 발전소 운전지원 및 감시 시스템.
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