KR102488094B1 - 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법, 컴퓨터 프로그램 및 장치 - Google Patents

발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법, 컴퓨터 프로그램 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 방법에 있어서, 발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치 및 상기 제1 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하는 단계; 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 가변형 해석설정치를 도출하는 단계; 및 상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법, 컴퓨터 프로그램 및 장치{METHOD, COMPUTER PROGRAM AND DEVICE FOR DETERMINING VARIABLE TRIP SET VALUES OF PLANT PROTECTION SYSTEM}
본 발명은 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법, 프로그램 및 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 발전소 보호계통의 고정형 해석설정치로부터 가변형 트립설정치를 결정하는 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성될 수 있다. 원자로를 중심으로 한 1차 계통, 증기 발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함한 2차 계통, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통, 송배전계통, 계측제어계통, 기타 보조계통들을 포함할 수 있다.
발전소 보호계통은 상기 원전의 계통들 내의 기능에 이상이 발생하면, 상기 이상을 감지하여 원자로 정지기능을 개시하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이, 발전소 보호계통은 원자력 발전소의 설계기준사건 발생 시 안전기능을 수행하는 중요한 안전계통으로서, 안전기능 개시를 위한 다양한 설정치들이 결정될 수 있다. 설계기준사건 발생 시 압력, 수위, 유량 및 온도 등의 공정변수가 설정치에 도달하면 발전소보호계통은 원자로 정지 또는 공학적 안전설비 작동 신호를 발생시키는 안전기능을 수행할 수 있다.
이에 본 발명은 따라서 보호계통의 안전해석 시 가정된 고정형 해석설정치를 유지하면서, 고정형 해석설정치로부터 가변형 트립설정치 도출을 위한 체계적이고 타당한 설정치 결정 방법을 제공하고자 한다.
이에 따라 공정 노이즈에 의한 불필요한 원자로정지 가능성을 저감함으로써 원전의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법, 프로그램 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 방법에 있어서, 발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치 및 상기 제1 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하는 단계; 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 가변형 해석설정치를 도출하는 단계; 및 상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정하는 단계;를 포함한다.
상기 가변형 해석설정치를 도출하는 단계는, 상기 제1 고정형 해석설정치로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도를 감소시켜 제2 고정형 해석설정치를 도출하는 단계; 및 상기 제2 고정형 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 고정형 해석설정치를 도출하는 단계;를 포함하고, 상기 가변형 해석설정치를 도출하는 단계는, 상기 제3 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 고정형 해석설정치 및 상기 제2 고정형 해석설정치는 원자로냉각재계통에 대한 백분율 유량 단위를 가지고, 상기 제3 고정형 해석설정치는 증기발생기의 백분율 차압 단위를 가지며, 상기 가변형 해석설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가변형 해석설정치는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)를 포함하고, 상기 플로어 해석설정치(Fa), 상기 스텝 해석설정치(Sa) 및 상기 비율 해석설정치(Ra)는 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기의 기준 차압과 상기 해석설정치의 곱으로 결정되고, 상기 기준 차압은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기준 차압은 중간값을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동하고, 상기 스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 비율 해석설정치(Ra)는, 상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제1 도달시간으로 나눈 값으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스텝 해석설정치(Sa)를 결정하는 단계에서 트립 여유도가 결정되고, 상기 트립 여유도는, 상기 기준 차압의 최소값과 상기 플로어 해석설정치(Fa)의 최대값 간의 차이값으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가변형 트립설정치를 결정하는 단계에서, 상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 플로어 트립설정치 및 스텝 트립설정치를 포함하고, 상기 계측제어계통은 전송기, 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통을 포함하고, 상기 플로어 트립설정치 및 상기 스텝 트립설정치 각각은 상기 전송기, 상기 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통 각각의 불확실도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플로어 트립설정치는 상기 플로어 해석설정치에 대하여 상기 전송기의 불확실도, 상기 신호처리기의 불확실도, 상기 발전소 보호계통의 불확실도 및 상기 트립 여유도를 합산하여 결정되고, 상기 스텝 트립설정치는 상기 스텝 해석설정치에 대하여 상기 전송기의 불확실도, 상기 신호처리기의 불확실도, 상기 발전소 보호계통의 불확실도 및 상기 트립 여유도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 비율 트립설정치를 더 포함하고, 상기 비율 트립설정치는 상기 비율 해석설정치와 동일하게 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터를 이용하여 전술한 어느 한 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 장치에 있어서, 상기 장치는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치 및 상기 제1 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하고, 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 가변형 해석설정치를 도출하고, 상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정하도록 동작한다.
상기 제어부는, 상기 제1 고정형 해석설정치로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도를 감소시켜 제2 고정형 해석설정치를 도출하고, 상기 제2 고정형 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 고정형 해석설정치를 도출하고, 상기 제3 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하도록 동작할 수 있다.
상기 가변형 해석설정치는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)를 포함하고, 상기 플로어 해석설정치(Fa), 상기 스텝 해석설정치(Sa) 및 상기 비율 해석설정치(Ra)는 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기의 기준 차압과 상기 해석설정치의 곱으로 결정되고, 상기 기준 차압은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기준 차압은 중간값을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동하고, 상기 스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 비율 해석설정치(Ra)는, 상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제1 도달시간으로 나눈 값으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 플로어 트립설정치 및 스텝 트립설정치를 포함하고, 상기 계측제어계통은 전송기, 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통을 포함하고, 상기 플로어 트립설정치 및 상기 스텝 트립설정치 각각은 상기 전송기, 상기 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통 각각의 불확실도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 보호계통의 안전해석 시 고정형 해석설정치로부터 가변형 트립설정치를 도출할 수 있고, 이에 따라 공정 노이즈에 의한 불필요한 원자로정지 가능성을 저감함으로써 원전의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측제어계통의 채널 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법에서 도출되는 설정치들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 고정형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 고정형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측제어계통의 채널 구성의 일 예를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법은, 한국 표준형원전, OPR1000, APR1400 원전 및 국내 모든 원전에서 원자로정지 기능을 수행하는 계측제어계통(1000) 내의 발전소 보호계통(300)의 제어공정 및 그 외 다양한 원전설계 공정에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 원자로정지기능을 위한 계측제어계통(1000)은 전송기(100), 신호처리기(200), 발전소 보호계통(300) 및 원자로정지 차단기(400)로 구성될 수 있다.
발전소 보호계통(300)은 원자력 발전소의 설계기준사건 발생 시 안전기능을 수행하는 중요한 안전계통으로서, 안전기능 개시를 위한 다양한 설정치들이 결정될 수 있다. 설계기준사건 발생 시 압력, 수위, 유량 및 온도 등의 공정변수가 설정치에 도달하면, 즉 원전의 여러 계통들 내의 이상 기능이 감지되면, 발전소보호계통은 원자로 정지 또는 공학적 안전설비 작동 신호를 발생시키는 안전기능을 수행할 수 있다. 발전소보호계통의 설정치는 안전해석 시 사용된 해석설정치로부터 계측제어계통의 총 불확실도를 고려하여 보수적으로 결정될 수 있다. 구체적으로는, 전송기(100), 신호처리기(200) 및 발전소 보호계통(300) 각각의 불확실도를 고려할 수 있는데, 후술하는 관련 도면에서 더 상세히 설명한다.
이때, 상기 설정치는 고정형과 가변형이 있을 수 있다. 가압기 압력, 증기발생기 압력, 증기발생기 수위, 원자로건물 압력 변수와 같이 해석설정치가 고정형인 경우 발전소보호계통 트립설정치도 고정형으로 결정되며, 가변과출력 변수와 같이 해석설정치가 가변형인 경우 발전소보호계통 트립설정치도 가변형으로 결정된다. 보통 가변과출력 변수는 공정변수의 상승형에 있어서, 가변형 해석설정치로부터 가변형 트립설정치를 결정하는 변수로서 활용되어 왔다. 이와 같이 기존에는 해석설정치와 동일한 유형(고정형 또는 가변형)의 트립설정치를 결정하는 방법을 주로 사용해왔다.
한편, 원자로냉각재 저유량 변수의 경우 정상운전 시 측정되는 공정변수의 요동에 기인하는 공정 노이즈가 크기 때문에 불필요한 원자로정지의 가능성이 증가하는 문제점이 있다. 고정형 설정치인 경우 공정신호의 변화에 무관하게 일정한 설정치를 유지하기 때문에 상기 가능성이 높지만, 가변형 설정치는 공정 변화를 고려하여 안전성을 확보할 수 있는 범위 내에서 자동으로 공정변수를 추종하기 때문에 불필요한 원자로정지 가능성을 낮출 수 있다.
종래에는 전술한 문제점을 해결하기 위한 일 방안으로서 해석설정치를 고정형에서 가변형으로 변경하고 이에 대한 가변형 트립설정치를 도출하였다. 그러나 해석설정치의 고정형, 가변형 간의 유형 변경은 안전해석 수행 시 사용되는 해석용 전산프로그램인 전산코드 변경을 초래하므로 원전에 대한 모델링 재수행이 요구된다. 이에 따라 해석용 전산코드 개발, 검증, 인허가 등 다양한 현안이 발생하는 문제점을 갖고 있다.
이에 본 개시에서는, 해석설정치의 유형 변경 없이, 즉 고정형 해석설정치로부터 가변형 트립설정치를 도출하는 신규 방법을 제공함으로써 원전 가동의 불필요한 정지를 방지하고, 원전의 안전성 및 경제성을 향상시키고자 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 함께 사용하여, 일 실시예에 따른 발전소 보호계통(300)의 가변형 트립설정치 결정 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 도 2의 일부 단계를 더 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법에서 순차적으로 도출되는 설정치들을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 발전소 보호계통(300)에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 방법은 이하의 단계들을 포함할 수 있다.
발전소의 공정변수에 대하여 안전기능이 개시되는 해석설정치 및 상기 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택할 수 있다(S100). 제1 고정형 해석설정치는 원자로냉각재계통에 대한 백분율 유량 단위를 가질 수 있다. S100 단계에 관하여는 후술하는 도 6에서 더 상세히 설명한다.
상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 가변형 해석설정치를 도출할 수 있다(S200). 다시 말해, 가변형 해석설정치는 제1 해석설정치 및 제1 도달시간의 두 변수 조건을 만족할 수 있다. 여기서 도 3 및 도 4를 함께 참조하면 가변형 해석설정치를 도출하는 단계(S200)는 이하의 단계들을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 고정형 해석설정치로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도를 감소시켜 제2 고정형 해석설정치를 도출할 수 있다(S210). 제2 고정형 해석설정치의 제2 해석설정치는 제1 해석설정치보다 감소할 수 있다. 이후, 제2 고정형 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 고정형 해석설정치를 도출할 수 있다(S220). 이후, 제3 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출할 수 있다(S230). S200 단계에 관하여는 후술하는 도 7 내지 도 9에서 더 상세히 설명한다.
이때, 제2 고정형 해석설정치는 원자로냉각재계통에 대한 백분율 유량 단위를 가질 수 있고, 제3 고정형 해석설정치는 증기발생기의 백분율 차압 단위를 가질 수 있고, 가변형 해석설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가질 수 있다.
다시 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통(1000)의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정할 수 있다(S300).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 트립설정치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 전술한 S230 단계에 관하여 더 구체적으로 설명한다.
제3 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하는 단계(S230)에 있어서, 상기 가변형 해석설정치는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)의 세 가지 변수를 포함할 수 있다. 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)는 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족할 수 있다.
먼저, 플로어 해석설정치(Fa)는 원전의 증기발생기의 기준 차압과 해석설정치의 곱으로 결정될 수 있다(S231). 기준 차압은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정될 수 있고, 중간값을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동할 수 있다.
스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고, 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정될 수 있다(S232). 스텝 해석설정치(Sa)가 결정되는 단계에서 트립 여유도(tm)가 결정될 수 있다.
비율 해석설정치(Ra)는, 상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제1 도달시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다(S233).
이하, 도 6을 사용하여 S100 및 S210 단계에 대하여 더 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 고정형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 시간에 대한 원자로냉각재계통 백분율 유량(이하, '백분율 유량'으로 지칭한다.)의 변화를 나타내는 원자로냉각재 유량 변화 곡선(L1)(이하, '유량 변화 곡선'이라 지칭한다.)이 도시되어 있다. 발전소 보호계통(300)의 안전해석 수행 시 해석설정치(Analysis Setpoint; AS) 및 해석설정치에 도달하는 시간인 도달시간을 선택할 수 있다(S100). 이때, 초기값을 제1 해석설정치(AS1) 및 제1 도달시간(t1)이라 한다. '제1 고정형 해석설정치'는 상기 제1 해석설정치(AS1) 및 상기 제1 도달시간(t1)의 두 변수를 포함하는 개념일 수 있다. 설계기준사건 발생 시 전술한 공정변수가 제1 해석설정치(AS1)에 도달하는 시점(t1)에서 안전기능이 개시될 수 있다. 이후, 상기 t1으로부터 계측제어계통 해석응답시간(w1)(이하, '해석응답시간'이라 지칭한다.)이 경과한 시점인 원자로정지차단기 개방시간(tf)에서 안전기능인 원자로정지차단기의 개방이 완료되는 것으로 가정할 수 있다.
따라서 발전소 보호계통(300)에 설정되는 트립설정치는 해석설정치를 보장할 수 있도록 계측제어계통(1000)의 불확실도를 고려하여 보수적으로 결정될 수 있다. 또한, 계측제어계통 실제 응답시간(w2)(이하, '실제 응답시간'이라 지칭한다.)은 해석응답시간(w1)보다 작은 값을 가지도록 결정되어야 하고, 이에 따라 해석응답시간(w1)과 실제 응답시간(w2) 간의 계측제어계통 응답시간 여유도(m=w1-w2)를 확보할 수 있다.
여기서, 제1 해석설정치(AS1)로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도(m)를 감소시켜 제2 해석설정치(AS2)를 도출할 수 있다. 이때, 제2 고정형 해석설정치는 제2 해석설정치(AS2) 및 이에 도달하는 시간인 제2 도달시간(t2)을 포함하는 개념일 수 있다. 이와 같이, 해석설정치를 감소시키는 경우 고정형 해석설정치가 가지는 트립 여유도를 증가시킴으로써 후술하는 가변형 설정치에 적용되는 여유도를 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 고정형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프로서, 제2 고정형 해석설정치로부터 제3 고정형 해석설정치를 도출하는 단계(S220)에 대하여 더 상세히 설명한다.
도 7을 참조하면, 각각 시간에 따른 백분율 유량(Q)/백분율 차압(DP)의 변화를 나타내는 전술한 유량 변화 곡선(L1) 및 원자로냉각재 차압 변화 곡선(L2)(이하, '차압 변화 곡선'이라 지칭한다.)이 도시되어 있다. 상기 두 곡선(L1, L2) 간의 관계는 하기의 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112020047938872-pat00001
(Q: 백분율 유량, K: 비례상수, DP: 백분율 차압, ρ: 밀도)
즉, 하기 [수학식 2]와 같이 백분율 차압(DP)은 백분율 유량(Q)의 제곱에 비례하는 관계를 가진다.
Figure 112020047938872-pat00002
이에 따라 유량 변화 곡선(L1)으로부터 차압 변화 곡선(L2)이 도출되고, 제2 도달시간(t2)이 동일할 때 제2 해석설정치(AS2)로부터 제3 해석설정치(AS3)가 도출될 수 있다. 제3 고정형 해석설정치는 제3 해석설정치(AS3) 및 이에 도달하는 시간인 제3 도달시간(t3)을 포함하는 개념일 수 있고, 제3 도달시간(t3)은 제2 도달시간(t2)과 같을 수 있다. 상기 [수학식 2]에 따라 제3 해석설정치(AS3)는 제2 해석설정치(AS2)보다 작은 값을 가질 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하는 단계를 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 백분율 차압 단위를 가지는 제3 고정형 해석설정치로부터 차압 단위를 가지는 가변형 해석설정치를 도출하는 단계(S230)에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 시간에 대한 증기발생기 차압(이하, '차압'으로 지칭한다.)의 변화를 나타내는 전술한 차압 변화 곡선(L2)이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가변형 해석설정치(Va)는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)의 세 가지 변수를 포함할 수 있다. 상기 가변형 해석설정치(Va)에 대하여 계측제어계통의 총 불확실도 및 트립 여유도를 고려하여 후술하는 '가변형 트립설정치'를 결정할 수 있다. 단, 원자로냉각재 저유량 변수의 경우 안전해석 수행 시 '고정형 해석설정치'를 사용하므로, '가변형 트립설정치'를 결정하기 위해서는 상기 고정형 해석설정치를 먼저 '가변형 해석설정치(Va)'로 변환하는 것이 요구된다.
상기 플로어, 스텝 및 비율 해석설정치(Fa, Sa, Ra)는 제3 해석설정치(AS3) 및 제2 도달시간(t2)을 만족하도록 결정될 수 있다.
먼저, 플로어 해석설정치(Fa)의 결정 방법에 대하여 설명한다. 플로어 해석설정치(Fa)는 하기 [수학식 3]과 같이 기준 차압(DPr)과 제3 해석설정치(AS3)의 곱으로 결정될 수 있다.
Figure 112022088365367-pat00022
백분율 차압 단위의 제3 해석설정치(AS3)에 기준 차압(DPr)을 곱하면 차압 단위의 플로어 해석설정치(Fa)가 도출될 수 있다. 이때, 기준 차압(DPr)은 원전의 정상운전이 가능한 차압의 범위 내에서 결정될 수 있는데, 낮은 값을 가질수록 가변 범위 확보에 유리할 수 있다. 플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기 차압이 하강할 수 있는 최소값을 의미할 수 있다. 제2 도달시간(t2)은 전술한 바에 따라 결정된 플로어 해석설정치(Fa)를 연장한 직선과 차압 변화 곡선(L2)이 만나는 점에서 결정될 수 있다.
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다음으로, 도 9를 함께 참조하여 스텝 해석설정치(Sa)의 결정 방법에 대하여 설명한다. 도 9를 참조하면, 시간에 따른 플로어 해석설정치(Fa)의 변화를 나타낸 제1 프로파일(P1)과 기준 차압(DPr)의 변화를 나타낸 제2 프로파일(P2)이 도시되어 있다. 제1 프로파일(P1)을 참조하면, 기준 차압(DPr)은 중간값(r)을 기준으로 차압 변동 폭(Vdp)을 가질 수 있다. 중간값(r)을 기준으로 상승폭(h1) 및 하강폭(h2)을 가질 수 있다. 이때, 상승폭(h1)은 제한이 없으나 하강폭(h2)은 플로어 해석설정치(Fa)와의 트립 여유도(tm)를 확보할 수 있도록 제한될 수 있다. 트립 여유도(tm)는 기준 차압(DPr)의 최소값과 플로어 해석설정치(Fa)의 최대값 간의 차이값을 나타낼 수 있다. 제2 프로파일(P2)은 전술한 [수학식 3]에 따라 기준 차압(DPr)의 상승폭(h1) 및 하강폭(h2)에 대하여 제3 해석설정치(AS3)만큼을 곱한 비율만큼의 변화되므로, 도 9의 P2와 같은 변화 양상을 보일 수 있다.
스텝 해석설정치(Sa)는 기준 차압(DPr)과 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값보다 작은 값으로 결정될 수 있다. 이때, 정상운전 중 차압(DP) 신호의 변동 폭(Vdp)이 스텝 해석설정치(Sa)를 초과하는 경우 정상운전 중에 채널의 트립이 발생할 수 있다. 트립이란 원전의 설계기준사건 발생 시 임계치에서 트립 신호가 발생하는 동작을 의미할 수 있다. 일 예로, 하강형 사건에 있어서 공정변수가 감소하다가 임계치에 도달하면 안전기능이 개시되도록 트립이 발생할 수 있다.
따라서 스텝 해석설정치(Sa)는 하기 [수학식 4]와 같이, 차압 변동 폭(Vdp)보다는 크고, 기준 차압(DPr)과 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값보다는 작은 범위에서 결정될 수 있다.
Figure 112020047938872-pat00004
다시 도 8을 참조하여, 비율 해석설정치(Ra)의 결정 방법에 대하여 설명한다. 비율 해석설정치(Ra)는 하기 [수학식 5]와 같이, 기준 차압(DPr)에서 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값(DPr-Sa)과 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값(DPr-Sa-Fa)을 제2 도달시간(t2)으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
Figure 112022088365367-pat00023
상기 [수학식 5]에 대하여 [수학식 3]을 대입하여 기준 차압(DPr) 변수를 소거하면, 가변형 해석설정치(Va)의 세 변수 간의 관계는 하기 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112022088365367-pat00024
이와 같이, 가변형 해석설정치(Variable Setpoint)(Va)는 전술한 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)에 의해 결정될 수 있다.
다시 도 2를 함께 참조하여, 상기 차압 단위의 가변형 해석설정치(Va)로부터 차압 단위의 가변형 트립설정치(Vt)를 결정하는 단계(S300)에 대하여 더 상세히 설명한다.
가변형 해석설정치(Va)에 대하여 계측제어계통(1000)(도 1 참고)의 채널의 총 불확실도를 고려하여 가변형 트립설정치(Vt)를 결정할 수 있다(S300). 가변형 트립설정치(Vt)는 플로어 트립설정치(Ft), 스텝 트립설정치(St) 및 비율 트립설정치(Rt)를 포함할 수 있다. 플로어, 스텝 트립설정치(Pt, St) 각각은 플로어, 스텝 해석설정치(Pa, Sa) 각각에 대하여 전송기(100), 신호처리기(200) 및 발전소 보호계통(300) 각각의 불확실도와 트립 여유도(tm)를 반영하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 플로어 트립설정치(Ft)는 플로어 해석설정치(Fa)에 전송기(100), 신호처리기(200) 및 발전소 보호계통(300)의 총 불확실도와 트립 여유도(tm)를 합산하여 결정될 수 있다. 상기 '총 불확실도'는 랜덤하고 독립적인 특성을 갖는 랜덤 불확실도(U; Ut, Us, Up) 및 편향 특성을 갖는 바이어스 불확실도(B; Bt, Bs, Bp)를 포함하는 개념일 수 있다. 랜덤 불확실도(U)는 양, 음의 값을 모두 가질 수 있고, 바이어스 불확실도(B)는 양이나 음의 값 중 어느 하나의 값을 가질 수 있는 불확실도를 의미할 수 있다.
구체적으로, 하기 [수학식 7]을 참조하면, 랜덤 불확실도(U)는 자승합의 제곱근법(square-root-sum-of-squares: SRSS)을 적용하여 결합되고, 바이어스 불확실도(B)는 산술적 합산 방법으로 합산될 수 있다. 다시 말해, 전송기(100)의 랜덤 불확실도(Ut), 신호처리기(200)의 랜덤 불확실도(Us) 및 발전소 보호계통(300)의 랜덤 불확실도(Up)는 자승합의 제곱근법으로 합산되고, 전송기(100)의 바이어스 불확실도(Bt), 신호처리기(200)의 바이어스 불확실도(Bs) 및 발전소 보호계통(300)의 바이어스 불확실도(Bp)는 산술 합산될 수 있다.
Figure 112020047938872-pat00007
마찬가지로, 스텝 트립설정치(St)도 스텝 해석설정치(Sa)에 전송기(100), 신호처리기(200) 및 발전소 보호계통(300)의 총 불확실도와 트립 여유도(tm)를 합산하여 결정될 수 있다. 스텝 트립설정치(St)도 하기 [수학식 8]과 같이 전술한 플로어 트립설정치(Ft)를 도출하는 것과 동일한 원리가 적용될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
Figure 112020047938872-pat00008
비율 트립설정치(Rt)는 전술한 플로어, 스텝 트립설정치(Pt, St)와 달리 발전소 보호계통(300)에 제공되는 차압(DP) 신호의 변화에 의해 결정되므로, 상기 차압(DP) 신호의 불확실도가 비율 해석설정치(Ra)에도 동일하게 반영될 수 있다. 따라서, 비율 트립설정치(Rt)는 하기 [수학식 9]와 같이 비율 해석설정치(Ra)와 동일한 값으로 결정될 수 있다.
Figure 112020047938872-pat00009
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원자로냉각재 저유량 변수의 고정형 해석설정치로부터 안전해석 요건을 만족하도록 발전소 보호계통에 설정되는 가변형 트립설정치를 도출함으로써, 원전 안정성을 보장하고 불필요한 원자로정지 가능성을 저감하여 원전의 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치(이하, '가변형 설정치 결정 장치'라 지칭한다.)를 개략적으로 도시한 도면이다. 이하, 전술한 실시예와 중복되는 내용은 설명을 간략히 하거나 생략할 수 있고, 도 1 내지 도 9를 함께 참조하여 동일한 구성요소, 변수에 대하여는 동일한 부호를 사용하여 설명한다.
가변형 설정치 결정 장치(10)는 제어부(20) 및 메모리(30)를 포함할 수 있다. 제어부(20)는 전술한 실시예에 의한 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법에 따른 동작들을 수행할 수 있다.
제어부(20)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 프로세서는 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제어부(20)는 발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치(AS1) 및 상기 제1 해석설정치(AS1)에 도달하는 시간인 제1 도달시간(t1)을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하고, 상기 제1 고정형 해석설정치의 조건을 만족하는 가변형 해석설정치(Va)를 도출하고, 상기 가변형 해석설정치(Va)에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치(Vt)를 결정하도록 동작할 수 있다.
제어부(20)는 상기 가변형 해석설정치(Va)를 결정하는 동작에 있어서, 상기 제1 고정형 해석설정치(AS1, t1)로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도(m)를 감소시켜 제2 고정형 해석설정치를 도출할 수 있다. 이후, 제2 고정형 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 고정형 해석설정치를 도출할 수 있다. 이후, 제3 고정형 해석설정치로부터 가변형 해석설정치를 도출하도록 동작할 수 있다.
가변형 해석설정치는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)를 포함하고, 상기 세 변수(Fa, Sa, Ra)는 제1 고정형 해석설정치(AS1, t1)의 조건을 만족하도록 결정될 수 있다.
플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기의 기준 차압과 상기 해석설정치의 곱으로 결정될 수 있다. 기준 차압(DPr)은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정될 수 있고, 중간값(r)을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동할 수 있다.
스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정될 수 있다.
비율 해석설정치(Ra)는, 상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제1 도달시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
가변형 트립설정치(Vt)는 증기발생기의 차압 단위를 가지는 플로어 트립설정치(Ft) 및 스텝 트립설정치(St)를 포함하고, 플로어 트립설정치(Ft) 및 스텝 트립설정치(St) 각각은 전송기(100), 신호처리기(200) 및 발전소 보호계통(300) 각각의 불확실도를 합산하여 결정될 수 있다.
메모리(30)는 제어부(20)의 프로세서가 판독할 수 있는 기록 매체로서, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(Permanent Mass Storage Device)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(30)에는 가변형 설정치 결정 장치(10)가 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 결정 방법을 수행하는데 필요한 데이터 또는 수행하는 과정에서 생성되는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다. 가령, 메모리(30)에는 전술한 수학식들, 설정치들이 포함하는 변수들 및/또는 이들의 관계 데이터가 저장될 수 있다.
가변형 설정치 결정 장치(10)는 발전소 보호계통(300)과 별도의 외부 장치로서, 가변형 트립설정치의 변수(Ft, St, Rt)가 제어부(120)의 동작에 따라 도출된 후 발전소 보호계통(300) 내의 제어부(미도시)에 입력될 수 있다. 이후, 발전소 보호계통(300) 내의 제어부(미도시)는 상기 변수들(Ft, St, Rt) 및 원자로냉각재 유량에 대한 입력신호를 수신한 후, 변수들(Ft, St, Rt) 및 유량 입력신호를 기초로 가변형 트립설정치(Vt)를 생성하여 유량 트립을 위한 논리를 구현할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서, 장치(10)의 제어부(120)의 동작(가변형 트립설정치의 변수(Ft, St, Rt)의 계산)은 프로세서가 아닌 설계자에 의해 수기로 계산될 수 있다.
실시예에 따라서, 가변형 설정치 결정 장치(10)는 발전소 보호계통(300) 내에 구현되어 도 10의 제어부(20)의 동작이 발전소 보호계통(300) 내에서 수행될 수도 있다. 그러나 장치(10)의 구현 위치는 이에 한정되지 않고 계측제어계통(1000) 내·외부의 가변형 트립설정치(Vt)를 생성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
<실시예 1>
이하, 전술한 본 개시를 국내 APR1400 원전의 원자로냉각재 저유량 변수에 적용한 사례를 실시예로 들어 설명한다.
APR1400O 원전의 원자로냉각재 저유량 변수에 적용되는 가장 제한적인 설계기준사건은 원자로냉각재펌프 축 파손 및 증기관파단이다. 하기 [표 1]을 참조하면, 각 설계기준사건에 대한 해석설정치(AS1), 해석설정치 도달시간(t1) 및 계측제어계통 해석응답시간(w1)이 기술되어 있다.
먼저, [표 1] 및 [표 2]를 사용하여 S100 및 S210 단계에 대하여 설명한다.
설계기준사건 해석설정치
(AS1)		 해석설정치
도달시간(t1)		 계측제어계통
해석응답시간(w1)
원자로냉각재펌프
축 파손		 80% Flow 0.405초 1.2초
증기관파단 70% Flow 6.906초 0.85초
상기 [표 1]을 참조하면, 원자로냉각재펌프 축 파손의 경우 안전해석 시 사용된 해석설정치는 고온관 유량의 80%, 상기 80%의 해석설정치 도달 시간은 0.405초, 계측제어계통 해석응답시간은 1.2초이다. 다시 말해, 원자로냉각재펌프 축 파손이 발생할 경우 고온관 유량의 80%에서 원자로정지가 개시되고, 80% 유량에 도달하는 시간이 0.405초임을 의미한다. 이로부터 1.2초 후 원자로정지차단기가 개방되는 경우 안전해석 허용기준을 만족하는 것으로 해석할 수 있다.
마찬가지로, 증기관파단의 경우 안전해석 시 사용된 해석설정치는 노심유량의 70%이고, 상기 70%의 해석응답시간은 0.85초이다. 이는 증기관파단이 발생할 경우 노심유량의 70%에서 원자로정지가 개시되고, 70% 유량에 도달하는 시간이 6.906초임을 의미한다. 이로부터 0.85초 후 원자로정지차단기가 개방될 경우 안전해석 허용기준을 만족하는 것으로 해석할 수 있다.
상기 [표 1]과 같이, 계측제어계통 해석응답시간(w1)을 각각 1.2초, 0.85초로 설명하였으나, 실제 응답시간(w2)(하기 [표 2]에서 '변경된 계측제어계통 해석응답시간')은 0.7초일 수 있다. 이와 같이 실제 응답시간(w2)이 0.7초일 경우 해석설정치 도달시간을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 변경된 해석설정치 도달시간(전술한 제2 도달시간; t2)이 하기 [표 2]에 기술되어 있다.
설계기준사건 변경된
해석설정치
(AS2)		 변경된
해석설정치
도달시간(t2)		 변경된
계측제어계통
해석응답시간(w2)
원자로냉각재펌프
축 파손		 56.8% Flow 0.905초 0.7초
증기관파단 69.6% Flow 7.056초 0.7초
상기 [표 2]를 참조하면, 원자로냉각재펌프 축 파손의 경우 해석설정치 도달시간은 계측제어계통 해석응답시간의 여유도(m) 0.5초만큼 증가한 0.905초가 된다. 한편, 증기관파단의 경우 계측제어계통 해석응답시간의 여유도(m) 0.15초만큼 증가한 7.056초가 된다. 이때, 안전해석 수행 시 사용된 각 사건에 대한 시간에 따른 유량변화 자료를 이용해(일 예로, 도 6의 유량 변화 곡선(L1)) 변경된 해석설정치 도달시간(t2)에 해당하는 해석설정치(AS2)를 확인할 수 있으며, 그 값은 상기 [표 2]와 같다.
다음으로, [표 3]을 이용하여 S220 단계에 대하여 설명한다.
원자로냉각재 유량을 측정하기 위해 증기발생기 1차측 양단의 압력을 이용하므로, 해석설정치는 차압 단위로 변경될 필요성이 있다. 전술한 [수학식 2]에 따라 차압(DP)은 유량(Q)의 제곱에 비례하므로, 하기 [표 3]과 같이 백분율 유량 단위의 제2 해석설정치(AS2)로부터 백분율 차압 단위의 제3 해석설정치(AS3)를 도출할 수 있다.
설계기준사건 변경된 해석설정치
(백분율 유량 단위)(AS2)		 변경된 해석설정치
(백분율 차압 단위)
(AS3)		 변경된
해석설정치
도달시간(t2)
원자로냉각재펌프
축 파손		 56.8% Flow 32.3% DP 0.905초
증기관파단 69.6% Flow 48.5% DP 7.056초
다음으로, [표 4]를 이용하여 S230 단계에 대하여 설명한다.
먼저, 플로어 해석설정치(Fa)를 결정하는 단계(S231)에서, 증기발생기 1차측 양단의 기준 차압(DPr)은 정상운전 범위 내에서 결정될 수 있는데, 일 예로 약 1400 cmH2O로 결정할 수 있다. 전술한 [수학식 3]에 따라 기준 차압(DPr)이 낮을수록 Fa가 낮아지므로 가변형 설정치의 변화폭을 증가시킬 수 있다.
하기 [표 4]를 참조하면, 상기 기준 차압에 따른 Fa 값이 기술되어 있다. 이하, 증기관파단의 사건을 예로 들어 설명한다. Sa의 최대값은 기준 차압(DPr)과 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값이므로, 1400 cmH2O 에서 679 cmH2O를 뺀 721 cmH2O로 결정될 수 있다. 한편, Sa의 최소값은 전술한 [수학식 4]에 따라 차압 변동폭(Vdp)이며, 발전소 운전 경험에 따르면 상기 차압 변동폭(Vdp)은 일 예로 약 500 cmH2O로 결정할 수 있다. 따라서, Sa는 약 500 cmH2O 이상 약 721 cmH2O 이하의 범위를 가질 수 있으며, 일 예로 하기 [표 4]와 같이 700 cmH2O인 것으로 가정한다. Ra는 전술한 [수학식 5]에 따라 계산할 수 있으며, 그 결과는 하기 [표 4]와 같이 2.9 cmH2O/s의 값으로 결정될 수 있다.
가변형 변수 설계기준사건
증기관파단 원자로냉각재펌프 축 파손
FLOOR 해석설정치
(Fa)		 679.0 cmH 2 O 452.2 cmH2O
STEP 해석설정치(Sa) 700.0 cmH 2 O 700.0 cmH2O
RATE 해석설정치(Ra) 2.9 cmH 2 O/s 273.8 cmH2O/s
원자로냉각재펌프 축 파손의 사건의 경우에도 전술한 증기관파단의 사건과 동일한 원리가 적용될 수 있다.
이하, [표 5]를 이용하여 S300 단계에 대하여 설명한다.
본 개시의 2 건의 설계기준사건 중 원자로냉각재 저유량 변수의 조기 원자로정지 관점에서, 증기관파단에 대한 해석설정치가 보수적인 값으로서 이를 최종 안전해석 요건으로 결정할 수 있다. 원자로정지를 빨리 발생시켜 저유량 사고에 빨리 대처할 수 있도록 원전의 안전성을 높일 수 있는 설정치가 보수적인 값이라고 할 수 있다. 원자로냉각재 유량이 감소하는 사고에 있어서, FLOOR 해석설정치(Fa) 관점에서 Fa 값이 클수록, RATE 해석설정치(Ra) 관점에서는 Ra 값(감소율)이 작을수록, 감소하는 유량 변화 곡선(또는 이에 따른 차압 변화 곡선)과 빨리 만나게 되어 조기 원자로정지가 발생할 수 있다.
상기 [표 4]를 참조하면, 증기관 파단 사건이 원자로냉각재펌프 축 파손 사건보다 Fa 값은 더 크고, Ra 값은 더 작으므로, Fa 및 Ra의 양 해석설정치 모두의 관점에서 보수성이 높다고 할 수 있다. 즉 이하에서는, 상기 [표 4]에서 증기관파단 사건에 대한 가변형 해석설정치의 변수(Fa, Sa, Ra; Va)에 대하여 가변형 트립설정치(Vt)의 변수를 결정하는 것을 예로 들어 설명한다.
전술한 [수학식 7] 및 [수학식 8]에 따라 플로어 트립설정치 및 스텝 트립설정치는 하기 [표 5]와 같이 결정될 수 있고, [수학식 9]에 따라 비율 트립설정치는 비율 해석설정치와 동일한 값으로 결정될 수 있다. 하기 [표 5]의 트립설정치는 APR1400원전에 실제 적용되는 최종 트립설정치일 수 있다.
설정치 변수 설계기준사건
해석설정치(Va) 트립설정치(Vt)
FLOOR 679.0 cmH2O 726.6 cmH 2 O
STEP 700.0 cmH2O 652.4 cmH 2 O
RATE 2.9 cmH2O/s 2.9 cmH 2 O/s
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 안전해석 시 가정된 백분율 유량 단위의 고정형 해석설정치로부터 발전소 보호계통에 적용되는 차압 단위의 가변형 트립설정치(Ft, St, Rt)를 도출할 수 있다. 상기 가변형 트립설정치는 발전소 보호계통(300)에 대하여 측정 차압의 공정 노이즈를 반영한 값이므로 고정형 설정치 대비 불필요한 원자로정지의 가능성을 낮추어 원전의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명된 본 발명의 실시예들에 의한 가변형 설정치 결정 방법은, 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 저장하는 것일 수 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
따라서, 본 발명의 사상은 앞에서 설명된 실시예들에 국한하여 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위가 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000: 계측제어계통
100: 전송기
200: 신호처리기
300: 발전소 보호계통
400: 원자로정지 차단기
L1: 유량 변화 곡선
L2: 차압 변화 곡선
AS1, AS2, AS3: 해석설정치
t1, t2: 도달시간
Fa: 플로어 해석설정치
Sa: 스텝 해석설정치
Ra: 비율 해석설정치
Ft: 플로어 트립설정치
St: 스텝 트립설정치
Rt: 비율 트립설정치
m: 응답시간 여유도
mt: 트립 여유도
10: 가변형 설정치 결정 장치
20: 제어부

Claims (19)

  1. 발전소 보호계통에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 방법에 있어서,
    발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치 및 상기 제1 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하는 단계;
    상기 제1 고정형 해석설정치로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도를 감소시켜, 제2 해석설정치 및 상기 제2 해석설정치에 도달하는 시간인 제2 도달시간(t2)을 포함하는 제2 고정형 해석설정치를 도출하는 단계;
    상기 제2 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 해석설정치(AS3)를 도출하는 단계;
    상기 제3 해석설정치(AS3) 및 상기 제2 도달시간(t2)으로부터 하기의 수학식을 만족하는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)를 포함하는 가변형 해석설정치를 도출하는 단계; 및
    [수학식]
    Figure 112022088365367-pat00025

    상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정하는 단계;를 포함하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 해석설정치 및 상기 제2 해석설정치는 원자로냉각재계통에 대한 백분율 유량 단위를 가지고,
    상기 제3 해석설정치는 증기발생기의 백분율 차압 단위를 가지며,
    상기 가변형 해석설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기의 기준 차압(DPr)과 상기 제3 해석설정치(AS3)의 곱으로 결정되고,
    상기 기준 차압은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준 차압은 중간값을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동하고,
    상기 스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비율 해석설정치(Ra)는,
    상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제2 도달시간(t2)으로 나눈 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스텝 해석설정치(Sa)를 결정하는 단계에서 트립 여유도가 결정되고,
    상기 트립 여유도는, 상기 기준 차압의 최소값과 상기 플로어 해석설정치(Fa)의 최대값 간의 차이값으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가변형 트립설정치를 결정하는 단계에서,
    상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 플로어 트립설정치 및 스텝 트립설정치를 포함하고,
    상기 계측제어계통은 전송기, 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통을 포함하고,
    상기 플로어 트립설정치 및 상기 스텝 트립설정치 각각은 상기 전송기, 상기 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통 각각의 불확실도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플로어 트립설정치는 상기 플로어 해석설정치에 대하여 상기 전송기의 불확실도, 상기 신호처리기의 불확실도, 상기 발전소 보호계통의 불확실도 및 상기 트립 여유도를 합산하여 결정되고,
    상기 스텝 트립설정치는 상기 스텝 해석설정치에 대하여 상기 전송기의 불확실도, 상기 신호처리기의 불확실도, 상기 발전소 보호계통의 불확실도 및 상기 트립 여유도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 비율 트립설정치를 더 포함하고,
    상기 비율 트립설정치는 상기 비율 해석설정치와 동일하게 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 방법.
  12. 컴퓨터를 이용하여 제1항, 제3항, 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  13. 발전소 보호계통에 대한 안전해석 수행 시 가변형 트립설정치를 결정하는 장치에 있어서, 상기 장치는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    발전소의 공정변수에 따라 안전기능이 개시되는 제1 해석설정치 및 상기 제1 해석설정치에 도달하는 시간인 제1 도달시간을 포함하는 제1 고정형 해석설정치를 선택하고,
    상기 제1 고정형 해석설정치로부터 계측제어계통의 응답 시간 여유도를 감소시켜, 제2 해석설정치 및 상기 제2 해석설정치에 도달하는 시간인 제2 도달시간(t2)을 포함하는 제2 고정형 해석설정치를 도출하고,
    상기 제2 해석설정치로부터 단위를 변환하여 제3 해석설정치(AS3)를 도출하고, 상기 제3 해석설정치(AS3) 및 상기 제2 도달시간(t2)으로부터 하기의 수학식을 만족하는 플로어 해석설정치(Fa), 스텝 해석설정치(Sa) 및 비율 해석설정치(Ra)를 포함하는 가변형 해석설정치를 도출하고,
    [수학식]
    Figure 112022088365367-pat00026

    상기 가변형 해석설정치에 대하여 계측제어계통의 불확실도를 반영하여 가변형 트립설정치를 결정하도록 동작하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 플로어 해석설정치(Fa)는 증기발생기의 기준 차압(DPr)과 상기 제3 해석설정치(AS3)의 곱으로 결정되고,
    상기 기준 차압은 상기 증기발생기가 정상 운전하는 차압의 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기준 차압은 중간값을 기준으로 분포하는 차압 변동폭 내에서 변동하고,
    상기 스텝 해석설정치(Sa)는, 상기 차압 변동폭보다 크고 상기 기준 차압과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 사이의 차이값보다 작은 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비율 해석설정치(Ra)는,
    상기 기준 차압으로부터 상기 스텝 해석설정치(Sa)를 차감한 값과 상기 플로어 해석설정치(Fa) 간의 차이값을 상기 제2 도달시간(t2)으로 나눈 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 가변형 트립설정치는 상기 증기발생기의 차압 단위를 가지는 플로어 트립설정치 및 스텝 트립설정치를 포함하고,
    상기 계측제어계통은 전송기, 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통을 포함하고,
    상기 플로어 트립설정치 및 상기 스텝 트립설정치 각각은 상기 전송기, 상기 신호처리기 및 상기 발전소 보호계통 각각의 불확실도를 합산하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 보호계통의 가변형 설정치 결정 장치.
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