KR102578178B1 - Preventive System of reactor trip in case of one RCP trip in Small Modular Reactor - Google Patents

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Abstract

국내 대표적인 원자력발전소인 OPR1000과 APR1400은 제1도에서 나타나 있는 바와 같이 4대의 원자로냉각재펌프로 구성되어 정상운전동안 원자로 노심에서 발생되는 열을 적절하게 제거하기 위하여 원자로냉각재계통에 충분한 강제순환 유량을 제공하는 역할을 한다. 그러나 정상운전 중 1대의 RCP가 다양한 고장으로 인해 정지하는 경우에는 남은 3대의 RCP로는 노심에서 발생되는 열을 적절히 제거하기 위해 필요한 원자로냉각재 유량을 충분히 공급할 수 없다. 따라서 RCP 1대가 고장 난 경우는 노심손상방지를 위해 발전소보호계통이 원자로를 안전하게 정지시킨다. 그리고 신속한 유지보수를 통해 정지한 RCP를 수리 조치한 후 정상운전으로 복귀하게 된다. 이와 관련하여 국내 가동중인 원전의 경우 100% 전 출력 운전상태에서 RCP 1대가 고장이 났을 시 원자로를 정지하지 않고 계속 운전할 수 있는 기술이 아직은 적용되지 않고 있다. 즉 정상운전 중 임의의 RCP 1대의 고장은 곧 바로 원자로 정지와 직결된다고 하겠다. 그러나 소형원자로의 경우는 대부분 섬 지역이나 오지에 위치하게 되어 원자로가 불시정지하게 되면 전문보수요원의 현장 파견, 필요한 부품 및 장비의 현장 공수 등이 이루어져야 하므로 대형원전에 비하여 고장 난 RCP의 보수와 원자로의 재가동까지는 상대적으로 많은 시간과 노력이 필요하다. 따라서 원자로 안전성에 문제가 없다면 가능한 RCP 1대 고장으로 인한 원자로불시정지를 예방할 필요가 있다. 이는 곧 소형원자로의 가동률과 직접적인 관련이 있으므로 RCP 1대의 불시정지시에도 가능한 원자로를 정지하지 않고 계속적으로 운전할 수 있는 방안이 개발된다면 가동률 향상에 큰 도움이 될 것이다. 본 발명은 소형원자로의 RCP 1대 불시정지가 불필요한 원자로의 불시정지를 일으키지 않도록 예방하기 위한 방안을 제시하였다. OPR1000 and APR1400, Korea's representative nuclear power plants, are composed of four reactor coolant pumps, as shown in Figure 1, and provide sufficient forced circulation flow to the reactor coolant system to properly remove heat generated from the reactor core during normal operation. It plays a role. However, if one RCP stops due to various failures during normal operation, the remaining three RCPs cannot sufficiently supply the reactor coolant flow rate necessary to properly remove the heat generated in the core. Therefore, if one RCP fails, the power plant protection system safely stops the reactor to prevent damage to the core. Then, the stopped RCP is repaired through prompt maintenance and then returns to normal operation. In relation to this, in the case of nuclear power plants operating in Korea, the technology that allows continued operation without stopping the reactor when one RCP fails during 100% full power operation has not yet been applied. In other words, the failure of any RCP during normal operation is directly related to the shutdown of the reactor. However, in the case of small nuclear reactors, most of them are located in islands or remote areas, so when the reactor is stopped unexpectedly, professional maintenance personnel must be dispatched to the site and necessary parts and equipment must be transported to the site. Therefore, compared to large nuclear power plants, repair of broken RCP and reactor It takes a relatively large amount of time and effort to restart. Therefore, if there is no problem with reactor safety, it is necessary to prevent unplanned reactor shutdown due to the failure of one RCP if possible. Since this is directly related to the operation rate of small nuclear reactors, it will be of great help in improving the operation rate if a method is developed to enable continuous operation of the reactor without stopping even in the event of an unexpected shutdown of one RCP. The present invention proposes a method to prevent the unexpected shutdown of one RCP of a small nuclear reactor from causing unnecessary unexpected shutdown of the reactor.

Figure R1020210002212
Figure R1020210002212

Description

소형원자로의 원자로냉각재펌프 1 대 정지 시 원자로 정지 예방 시스템{Preventive System of reactor trip in case of one RCP trip in Small Modular Reactor}Reactor stop prevention system when one reactor coolant pump of a small nuclear reactor stops {Preventive System of reactor trip in case of one RCP trip in Small Modular Reactor}

본 개시의 실시예들에 따른 소형원자로의 원자로냉각재펌프 1대의 고장 시에도 원자로가 불필요하게 불시정지하지 않고 계속적으로 운전할 수 있는 시스템에 관한 것이다. The present disclosure relates to a system that allows the reactor to continue to operate without unnecessary sudden stoppage even when one reactor coolant pump of a small nuclear reactor malfunctions.

국내 대표적인 원자력발전소인 OPR1000과 APR1400은 도 1에 나타나 있는 바와 같이 4대의 원자로냉각재펌프(이하 RCP)로 구성되어 정상운전 동안 원자로 노심에서 발생되는 열을 적절하게 제거하기 위하여 원자로냉각재계통(이하 RCS)에 충분한 강제순환 유량을 제공하는 역할을 한다. OPR1000 and APR1400, Korea's representative nuclear power plants, are composed of four reactor coolant pumps (hereinafter RCP), as shown in Figure 1, and are installed in the reactor coolant system (hereinafter RCS) to properly remove heat generated from the reactor core during normal operation. It serves to provide sufficient forced circulation flow.

그러나, 정상운전 중 1대의 원자로냉각재펌프가 다양한 고장으로 인해 정지하는 경우에는 남은 3대의 원자로냉각재펌프 로는 노심에서 발생되는 열을 적절히 제거하기 위해 필요한 원자로 냉각재 유량을 충분히 공급할 수 없다. However, if one reactor coolant pump stops due to various failures during normal operation, the remaining three reactor coolant pumps cannot sufficiently supply the reactor coolant flow rate necessary to properly remove the heat generated in the core.

따라서, 원자로냉각재펌프 4대 중에서 1대가 고장난 경우에는 노심손상방지를 위해 발전소보호계통이 원자로를 안전하게 정지시킨다. 그리고 신속한 유지보수를 통해 고장난 RCP를 수리 조치한 후 정상운전으로 복귀하게 된다. 이와 관련하여 국내 가동중인 원전의 경우 100% 전 출력 운전상태에서 RCP 1대가 고장이 났을 시 원자로를 정지하지 않고 계속 운전할 수 있는 기술이 아직은 적용되지 않고 있다. 즉 정상운전 중 임의의 RCP 1대의 고장은 곧 바로 원자로 정지와 직결된다고 하겠다. Therefore, if one of the four reactor coolant pumps fails, the power plant protection system safely stops the reactor to prevent core damage. Then, the broken RCP is repaired through prompt maintenance and normal operation is restored. In relation to this, in the case of nuclear power plants operating in Korea, the technology that allows continued operation without stopping the reactor when one RCP fails during 100% full power operation has not yet been applied. In other words, failure of any RCP during normal operation is directly related to reactor shutdown.

현재 국내 OPR1000과 APR1400과 같은 대형 원전의 경우, 4 대의 원자로냉각재펌프 중 1대라도 불시정지하는 경우에는 발전소보호계통이 노심손상방지를 위해 원자로를 정지시키도록 되어 있다. Currently, in the case of large nuclear power plants such as domestic OPR1000 and APR1400, if even one of the four reactor coolant pumps stops unexpectedly, the power plant protection system is designed to stop the reactor to prevent core damage.

300MW 이하 소형원자로의 경우, 대체로 2-4대의 원자로냉각재펌프로 구현되어 있어 2-4대 중에서 1대의 원자로냉각재펌프가 불시정지하게 되면, 발전소보호계통이 노심손상방지를 위해 원자로는 정지하게 된다. 소형원자로는 일반적으로 섬 지역이나 오지에 위치하여 단일 전력망으로 구성될 가능성이 높으므로 이러한 경우에는 원자로의 불시정지는 수요처의 입장에서는 블랙아웃을 초래할 수도 있을 만큼 심각한 전력계통의 사건이 될 수 있다. In the case of small nuclear reactors of 300 MW or less, they are generally implemented with 2-4 reactor coolant pumps, so if one of the 2-4 reactor coolant pumps stops unexpectedly, the power plant protection system stops the reactor to prevent damage to the core. Small nuclear reactors are generally located in islands or remote areas and are likely to be comprised of a single power grid, so in such cases, an unexpected shutdown of a nuclear reactor can be a serious power system event that could lead to a blackout from the consumer's perspective.

따라서, 소형원자로의 불필요한 불시정지는 가능한 예방할 수 있는 방안이 절실히 필요하다고 하겠다. 따라서 정상운전 중인 2 내지 4대의 원자로냉각재펌프 중에서 1대가 불시정지가 되는 경우에도 소형 원자로가 정지하지 않고 계속적인 운전이 가능할 수 있게 하는 기술개발이 절실한 상황이다. Therefore, there is an urgent need for measures to prevent unnecessary unplanned shutdowns of small nuclear reactors. Therefore, there is an urgent need to develop technology that will enable small reactors to continue operating without stopping even if one of the two to four reactor coolant pumps in normal operation comes to an unexpected stop.

본 개시의 실시예들에 따른 원자로 정지 예방 시스템은 제1 원자로냉각재펌프 및 제2 원자로냉각재펌프와 연결되고, 상기 제1 원자로냉각재펌프의 제1 축속도값, 제1 입력전압을 수신하고, 제1 원자로냉각재계통의 제1 유량정보를 수신하고, 상기 제1 축속도값이 제1 기준 축속도값의 미만의 신호 및 상기 제1 입력전압이 제1 기준 입력전압값의 미만의 신호를 AND 회로에 입력하여, 제1 출력 신호를 출력하고, 상기 제1 출력 신호와 상기 제1 유량정보가 제1 기준 유량값의 미만의 신호를 AND 회로에 입력하여 제2 출력 신호를 출력하는 정지여부 판별부; 및 상기 제2 출력 신호가 참인 경우, 제1 원자로냉각재펌프의 전원을 비상전원으로 절체시키는 절체부;를 포함할 수 있다. The nuclear reactor shutdown prevention system according to embodiments of the present disclosure is connected to the first nuclear reactor coolant pump and the second nuclear reactor coolant pump, receives the first axial speed value and the first input voltage of the first nuclear reactor coolant pump, and 1 Receives first flow rate information of the nuclear reactor coolant system, and receives a signal in which the first axial speed value is less than the first reference axial speed value and a signal in which the first input voltage is less than the first reference input voltage value through an AND circuit A stop determination unit that outputs a first output signal by inputting the first output signal and the first flow rate information into an AND circuit to output a second output signal. ; and a switching unit that switches the power of the first nuclear reactor coolant pump to the emergency power when the second output signal is true.

상기 정지여부 판별부는 상기 제2 출력 신호가 참인 경우, 제어봉구동장치제어계통의 제어봉 속도조절부 및 터빈부하 조절부 중 적어도 하나로 불시정지예방신호를 전송할 수 있다. If the second output signal is true, the stop determination unit may transmit an unexpected stop prevention signal to at least one of the control rod speed control unit and the turbine load control unit of the control rod drive device control system.

상기 제어봉구동장치제어계통은 상기 불시정지예방신호에 대응하여, 상기 제1 원자로냉각재펌프로 비상전원을 절체시키고, 제어봉의 속도를 원자로 출력이 기 설정된 제1 정도로 감소할 때까지 조절하고, 터빈의 출력을 기 설정된 제2 정도까지 급감속시키는 제어 명령을 터빈제어계통으로 전송할 수 있다. In response to the sudden stop prevention signal, the control rod drive device control system switches emergency power to the first reactor coolant pump, adjusts the speed of the control rod until the reactor output decreases to a preset first level, and controls the turbine. A control command that rapidly reduces the output to a preset second degree can be transmitted to the turbine control system.

상기 정지여부 판별부는 상기 제1 원자로냉각재펌프의 제2 축속도값을 다시 수신하고, 상기 제1 원자로냉각재계열의 제2 유량 정보를 다시 수신하고, 상기 제2 축속도값 및 상기 제2 유량 정보를 고려하여, 제1 원자로냉각재펌프의 정상 정지 여부를 판별할 수 있다. The stop determination unit re-receives the second axial velocity value of the first reactor coolant pump, re-receives second flow rate information of the first reactor coolant series, and receives the second axial velocity value and the second flow rate information. Taking this into consideration, it can be determined whether the first reactor coolant pump is normally stopped.

본 개시에 따르면, 상기 제1 및 제2 원자로냉각재펌프의 절체 상태, 제어봉의 고속삽입 상태, 상기 제1 및 제2 원자로냉각재펌프의 트립여부 상태, 터빈제어상태 및 1차, 2차측 에너지 균형상태를 디스플레이하는 인간-기계간 연계장치를 포함할 수 있다. According to the present disclosure, the switching state of the first and second nuclear reactor coolant pumps, the high-speed insertion state of the control rod, the trip status of the first and second nuclear reactor coolant pumps, the turbine control state, and the primary and secondary energy balance states. It may include a human-machine linkage device that displays.

본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 방법 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장될 수 있다. A computer program according to an embodiment of the present invention may be stored in a medium to execute any one of the methods according to an embodiment of the present invention using a computer.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다. In addition to this, another method for implementing the present invention, another system, and a computer-readable recording medium for recording a computer program for executing the method are further provided.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.Other aspects, features and advantages in addition to those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.

원자력발전소는 일단 정지가 되면 다시 정상운전으로 복귀하는데 까지는 많은 시간이 소요된다. 정지를 일으킨 원인이 단순하거나, 교체품이 발전소 현장에 준비되어 있는 경우라도 수 일이 소요되며 그렇지 못한 경우는 몇주에서 몇 달이 걸리는 수도 있다. 더욱이 인허가 기관의 재가동 승인 절차 및 시간을 고려하면 추가적으로 더 많은 시간이 소요된다. Once a nuclear power plant is shut down, it takes a long time to return to normal operation. Even if the cause of the outage is simple or a replacement part is available at the plant site, it may take several days; in other cases, it may take weeks or even months. Moreover, considering the restart approval process and time of the licensing agency, it takes additional time.

그러므로 섬지역이나 오지에 위치한 소형원자로의 경우는 원전의 안전을 위협하지 않는 한 가능한 원전의 불시정지를 막아야 한다. Therefore, in the case of small nuclear reactors located in islands or remote areas, unplanned shutdown of nuclear power plants should be prevented whenever possible, unless it threatens the safety of the nuclear power plant.

따라서 본 발명은 원자로냉각재펌프 1대 불시정지로 인한 불필요한 원자로 불시정지를 예방할 수 있어 소형원자로의 가동률 향상에 크게 기여할 수 있고 불시정지로 인해 발전하지 못하는 경제적 손실을 막을 수 있다. Therefore, the present invention can prevent unnecessary unexpected shutdown of the reactor due to the unexpected shutdown of one reactor coolant pump, which can greatly contribute to improving the operation rate of small nuclear reactors and prevent economic losses due to failure to generate power due to unexpected shutdown.

본 개시의 실시예들에 따르면, 소형원자로의 RCP 1대의 고장 시에도 원자로가 불필요하게 불시정지하지 않고 정상출력보다 출력을 낮춘 저출력에서 1차측 및 2차측의 열적 평형상태를 유지하면서 계속적으로 운전할 수 있다. According to embodiments of the present disclosure, even in the event of a failure of one RCP of a small nuclear reactor, the reactor does not stop unnecessarily and maintains thermal equilibrium between the primary and secondary sides at a low output lower than the normal output. You can drive continuously.

도 1은 본 개시의 실시예들과 관련된 국내 OPR1000 및 APR1400 원전의 원자로냉각재계통의 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예들과 관련된 해양부유식 소형원자로의 원자로냉각재계통의 예시 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 RCP 1 대 정지 시 원자로 정지예방방안을 나타내는 블록선도 및 로직 알고리즘이다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 RCP 2대 중 1 대 정지여부를 판별하는 로직 알고리즘이다.
도 6은 본 개시의 실시예들에 따른 주제어실에 위치한 인간-기계간 연계 장치의 도면이다.
1 is a diagram of the reactor coolant system of domestic OPR1000 and APR1400 nuclear power plants related to embodiments of the present disclosure.
Figure 2 is an exemplary diagram of a nuclear reactor coolant system of an ocean floating small nuclear reactor related to embodiments of the present disclosure.
3 and 4 are block diagrams and logic algorithms showing a nuclear reactor shutdown prevention method when one RCP is stopped according to embodiments of the present disclosure.
Figure 5 is a logic algorithm for determining whether one of two RCPs is stopped according to embodiments of the present disclosure.
Figure 6 is a diagram of a human-machine linkage device located in the main control room according to embodiments of the present disclosure.

이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention shown in the attached drawings.

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. Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. The effects and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

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. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. When describing with reference to the drawings, identical or corresponding components will be assigned the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. .

본 명세서에서 “학습”, “러닝” 등의 용어는 인간의 교육 활동과 같은 정신적 작용을 지칭하도록 의도된 것이 아닌 절차에 따른 컴퓨팅(computing)을 통하여 기계 학습(machine learning)을 수행함을 일컫는 용어로 해석한다.In this specification, terms such as “learning” and “learning” are not intended to refer to mental operations such as human educational activities, but are terms that refer to performing machine learning through procedural computing. interpret.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first and second are used not in a limiting sense but for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In the following examples, singular terms include plural terms unless the context clearly dictates otherwise.

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. In the following embodiments, terms such as include or have mean that the features or components described in the specification exist, and do not exclude in advance the possibility of adding one or more other features or components.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the sizes of components may be exaggerated or reduced for convenience of explanation. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are shown arbitrarily for convenience of explanation, so the present invention is not necessarily limited to what is shown.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.In cases where an embodiment can be implemented differently, a specific process sequence may be performed differently from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially at the same time, or may be performed in an order opposite to that in which they are described.

본 개시의 실시예들에 따른 원자로 정지 예방 시스템은 RCS내의 유량을 측정하는 RCS 유량센서(130), 입력전원부의 고장으로 인해 RCP가 정상적인 입력전원을 공급받지 못하는 경우에 비상전원으로 절체하는 절체부(150), RCP의 축속도를 측정하기 위한 속도센서부(140), RCP의 축속도를 측정하는 속도 측정부 및 RCP 1대 정지여부 판별부(110), RCP입력전원 상실 시 비상전원으로 절체시키기 위한 절체신호를 생성하는 비상전원 절체 신호부, RCP 1대 정지 시 원자로 불시정지예방신호를 생성하는 불시정지예방 신호부를 포함한다. The nuclear reactor shutdown prevention system according to embodiments of the present disclosure includes an RCS flow sensor 130 that measures the flow rate within the RCS, and a switch unit that switches to emergency power when the RCP is not supplied with normal input power due to a failure of the input power unit. (150), a speed sensor unit (140) for measuring the axial speed of the RCP, a speed measuring unit for measuring the axial speed of the RCP, and a determination unit (110) for determining whether one RCP is stopped, switching to emergency power when the RCP input power is lost. It includes an emergency power transfer signal unit that generates a transfer signal to stop the reactor, and an unplanned stop prevention signal unit that generates a reactor unplanned stop prevention signal when one RCP is stopped.

도 5에서 보여주는 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 원자로 정지 예방 시스템은 정상적으로 2대의 RCP가 운전하는 중 각 RCP 운전상태(정상운전 혹은 트립)를 판별하는 RCP 운전상태 판별부를 포함한다. As shown in FIG. 5, the nuclear reactor shutdown prevention system according to embodiments of the present disclosure includes an RCP operation state determination unit that determines the operation state (normal operation or trip) of each RCP while two RCPs are normally operating.

제 6도에서 보여주는 바와 같이 RCP 1대 정지 시 원자로 불시정지를 예방하는데 관련된 각종 운전정보들을 운전원에게 알려주기 위한 주 제어실의 인간-기계 연계장치로 구성된다. As shown in Figure 6, it consists of a human-machine linkage device in the main control room to inform the operator of various operation information related to preventing unplanned reactor shutdown when one RCP is stopped.

그 외에 연계계통으로는 RCS 유량정보를 입력으로 받아 비상전원 절체 및 불시정지예방신호를 생성하는 발전소보호계통(120)과 불시정지예방신호를 입력받아 제어봉 속도조절부(211)와 터빈부하 조절부(212)를 통해 1,2차측 출력을 제어하는 제어봉구동장치제어계통(210), 원자로출력과 터빈출력사이의 편차를 줄이기 위해 원자로출력을 제어하는 원자로출력제어계통(160), 제어봉구동장치내에 있는 터빈부하조절부를 통해 터빈부하를 조절하는 터빈제어계통(240) 등이 있다. In addition, the connected system includes a power plant protection system (120) that receives RCS flow information as input and generates emergency power transfer and unexpected stop prevention signals, and a control rod speed control unit (211) and turbine load control unit that receive unexpected stop prevention signals. The control rod drive device control system 210, which controls the primary and secondary output through (212), the reactor output control system 160, which controls the reactor output to reduce the deviation between the reactor output and the turbine output, and the control rod drive device. There is a turbine control system 240 that controls the turbine load through a turbine load control unit.

도 1은 본 개시의 실시예들과 관련된 OPR1000 및 APR1400의 원자로냉각재계통의 도면이다. 1 is a diagram of a nuclear reactor coolant system of OPR1000 and APR1400 related to embodiments of the present disclosure.

도 1에 도시된 바와 같이 두 원자로냉각재계통은 각 4대의 RCP가 저온관에 설치되어 있다. As shown in Figure 1, the two reactor coolant systems each have four RCPs installed in the cold pipe.

도 2는 한국전력기술㈜가 개발중인 BANDI-60s 해양부유식 소형원자로의 원자로냉각재계통을 보여주고 있으며 2 대의 증기발생기하부에 직접 부착된 각 1대씩의 캔드모터펌프 타입의 RCP가 설치되어 있다. Figure 2 shows the reactor coolant system of the BANDI-60s marine floating small nuclear reactor being developed by Korea Electric Power Engineering Co., Ltd., and one canned motor pump type RCP is installed directly attached to the bottom of two steam generators.

도 3 및 도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 동작 방법을 개념적으로 설명하는 도면이다.3 and 4 are diagrams conceptually explaining an operation method according to embodiments of the present disclosure.

정상운전 중 RCP가 정지되면 우선 RCP가 1대만 정지되었는지 2 대 모두가 정지된 것인지를 판별한다. 만약 RCP가 2대 모두 정지한 것이라면 RCS 저유량으로 인해 원자로는 선택의 여지가 없이 정지한다. 그리고 원자로 정지 후는 정해진 비상운전절차서에 따라 운전된다. If the RCP is stopped during normal operation, first determine whether only one RCP or both RCPs are stopped. If both RCPs are stopped, the reactor has no choice but to stop due to the low flow rate of the RCS. And after the reactor is stopped, it is operated according to the established emergency operation procedures.

그러나 만약 RCP가 1대만 정지한 경우에는 해당 RCP는 우선 비상전원으로 절체하게 된다. 그리고 절체가 성공적으로 이루어진 경우는 원자로출력이 50%정도 될 때까지 제어봉구동장치제어계통(210)이 모든 제어봉을 고속 (평상시는 3 IPM으로 삽입하는데 고속시에는 30 IPM으로 삽입. IPM: Inch Per Minute, 여기서의 속도는 예시임. 구체적인 속도는 최종 설계가 완료되어야 제시할 수 있음)으로 삽입하게 된다. 동시에 터빈제어계통(240)이 터빈출력을 전 출력의 50%로 감소시키기 위해 터빈셋백(Setback)을 시켜 원자로출력과 터빈출력을 50% 근방에서 평형되게 1, 2차측 출력을 조정한다. 물론 이러한 큰 틀에서의 조정 후에 보다 더 안정된 상태로 수렴하기 위해서는 추가적인 미세조정이 필요하다. 미세조정은 원자로출력의 경우는 원자로출력제어계통(160)이 원자로출력과 터빈출력간의 편차를 줄이기 위해 PID 제어를 통해 수행하게 되고, 터빈제어계통(240)은 터빈Runback, 터빈 Load Increase Inhibit 와 같은 제어명령을 통하여 수행하게 된다. However, if only one RCP is stopped, that RCP is first switched to the emergency power source. And when the transfer is successful, the control rod drive device control system 210 inserts all control rods at high speed (normally at 3 IPM, but at high speeds at 30 IPM) until the reactor output reaches about 50%. IPM: Inch Per Minute, the speed here is an example. The specific speed can be presented only after the final design is completed). At the same time, the turbine control system 240 performs a turbine setback to reduce the turbine output to 50% of the total output and adjusts the primary and secondary outputs to balance the reactor output and turbine output around 50%. Of course, after such large-scale adjustments, additional fine-tuning is necessary to converge to a more stable state. In the case of nuclear reactor output, fine adjustment is performed through PID control by the nuclear reactor output control system 160 to reduce the deviation between the reactor output and turbine output, and the turbine control system 240 performs functions such as turbine runback and turbine load increase inhibit. It is performed through control commands.

원자로가 출력50% 상태에서 안정상태 (즉, RCP 1대 운전 상황하에서 원자로출력 50%, 터빈출력 50%)로 유지되다가 정상운전으로 회복될 수 있는 조건이 충족되면 출력상승을 통해 정상운전(100% 출력)으로 복귀한다.The nuclear reactor is maintained in a stable state at 50% output (i.e., 50% reactor output, 50% turbine output under a single RCP operation situation), and when the conditions for recovery to normal operation are met, the output increases to normal operation (100%). % output).

도 5는 RCP 2대 동시 정지 판별여부를 위한 알고리즘을 보여준다. Figure 5 shows an algorithm for determining whether two RCPs are simultaneously stopped.

RCP #1의 축속도와 출구유량을 해당 설정치와 비교(S120, S121)하여 둘 다 설정치이하이면 이 두 신호를 “AND” 로직(S130)으로 결합하고, 설정치 이상이면 설정치이하가 될 때까지 계속 속도 및 유량을 감시하게 된다. The axial speed and outlet flow rate of RCP #1 are compared with the corresponding set value (S120, S121), and if both are below the set value, these two signals are combined with “AND” logic (S130). If it is above the set value, it continues until it is below the set value. Speed and flow rate are monitored.

RCP #2의 경우도 동일하게 설정치와 비교(S122, S123)하여 설정치 이하이면 “AND” 로직(S131)으로 결합하고, 설정치 이상이면 설정치이하가 될 때까지 계속 속도 및 유량을 감시하게 된다. RCP #1과 RCP #2의 운전상태는 크게 3 가지 경우가 될 것이다. 첫째는 RCP #1과 RCP #2가 모두 정상적으로 운전하는 경우(S162)이며, 둘째는 RCP #1과 RCP #2 중 한 대만 정상적으로 운전하고(S163) 나머지 한 대는 정지한 경우이며, 마지막 세번째는 RCP #1과 RCP #2가 모두 정지한 경우(S161)가 될 것이다. In the case of RCP #2, it is similarly compared with the set value (S122, S123), and if it is below the set value, it is combined with “AND” logic (S131). If it is above the set value, the speed and flow rate are continuously monitored until it falls below the set value. The operation status of RCP #1 and RCP #2 can be broadly divided into three cases. The first is when both RCP #1 and RCP #2 are operating normally (S162), the second is when only one of RCP #1 and RCP #2 is operating normally (S163) and the other is stopped, and the third and final is when RCP #2 is operating normally (S163). This will be the case when both #1 and RCP #2 stop (S161).

따라서 이러한 세 가지 경우를 판별하기 위해 “AND Gate3”, “OR Gate 1”, “XOR Gate1”의 결과치 A, B, C의 모든 조합의 수를 LOOKUP Table화 하여 RCP #1과 RCP #2의 동시정지를 나타내는 “ABC=110”, RCP #1과 RCP #2의 정상운전을 나타내는 “ABC=000”, 그리고 RCP 2대 중 한 대만 정상운전하고 나머지 한 대는 정지를 나타내는 “ABC=011”을 판별하게 된다(S150). 나머지 경우의 조합들은 의미가 없으므로 무시된다. Therefore, in order to determine these three cases, the number of all combinations of result values A, B, and C of “AND Gate3”, “OR Gate 1”, and “XOR Gate1” are LOOKUP Tabled to simultaneously check RCP #1 and RCP #2. “ABC=110” indicating stop, “ABC=000” indicating normal operation of RCP #1 and RCP #2, and “ABC=011” indicating that only one of the two RCPs is operating normally and the other is stopped. It is done (S150). The remaining combinations are meaningless and are therefore ignored.

도 6은 주 제어실에 위치하여 RCP 1대 정지 시 원자로정지를 방지하기 위한 인간-기계 간 연계장치를 보여준다. 먼저 왼쪽 상단은 RCP 입력전원이 정상운전일때의 입력전원을 받고 있는지 혹은 절체스위치가 절체되어 비상전원으로부터 입력전원을 공급받는 지를 보여준다. 왼쪽 하단은 제어봉구동장치제어계통으로부터 제어봉 인출/삽입 명령과 속도를 표시한다. 중앙 표시기는 RCP #1과 RCP #2의 정지상태 혹은 정상적인 운전상태를 지시한다. Figure 6 shows a human-machine linkage device located in the main control room to prevent reactor shutdown when one RCP is stopped. First, the top left shows whether the RCP input power is receiving the input power during normal operation or whether the transfer switch is switched and the input power is supplied from the emergency power source. The bottom left displays the control rod withdrawal/insertion command and speed from the control rod drive device control system. The central indicator indicates the stopped or normal operating status of RCP #1 and RCP #2.

그리고 오른쪽 상단은 원자로와 터빈 출력간에 얼마만큼의 편차가 있는지를 직관적으로 보여주며, 오른쪽 하단은 터빈제어계통에서 어떤 터빈제어명령이 수행중인 것을 보여준다. And the upper right intuitively shows how much deviation there is between the reactor and turbine output, and the lower right shows which turbine control command is being executed in the turbine control system.

만약 RCP 1대 정지 시 해당 비상전원의 저장 에너지로 원자로 냉각재를 계속해서 강제순환 시키지 못한다면 본 발명명세서에서 제시한 방안은 효과가 없을 것이다. 즉, RCP 1대 정지 시에 원자로와 터빈의 출력을 50%까지 줄이는 동안만이라도 비상전원이 정지된 RCP를 계속해서 운전하게 함으로써 노심손상이 일어나지 않도록 해야 한다는 것이다. 물론 원자로와 터빈의 출력이 50%에서 균형을 유지하면 그 때는 한 대의 RCP만으로도 노심손상을 방지할 수 있으므로 비상전원이 더 이상 정지된 RCP에 전원공급을 할 필요가 없다. If one RCP is stopped and the reactor coolant cannot be continuously forcibly circulated using the stored energy of the emergency power source, the method presented in this invention specification will not be effective. In other words, when one RCP is stopped, core damage must be prevented by continuing to operate the RCP with emergency power stopped, even while reducing the output of the reactor and turbine by 50%. Of course, if the output of the reactor and turbine is balanced at 50%, then core damage can be prevented with just one RCP, so there is no longer a need for emergency power to supply power to the stopped RCP.

소형원자로의 경우는 대부분 섬 지역이나 오지에 위치하게 되어 원자로가 불시정지하게 되면 전문보수요원의 현장 파견, 필요한 부품 및 장비의 현장 공수 등이 이루어져야 하므로 대형원전에 비하여 고장 난 RCP의 보수와 원자로의 재가동까지는 상대적으로 많은 시간과 노력이 필요하다. 따라서 본 개시의 실시예에서 제안한대로 RCP 1대 고장 시에도 원자로의 불필요한 불시정지를 방지하고 출력을 낮추어 계속하여 전력공급을 하는 것은 발전사업자나 수급자 모두의 경제성 향상에 기여한다. 따라서 이러한 기술을 적용한 소형원자로는 그렇지 않는 경쟁노형보다 기술적 우위를 선점함으로 소형원자로 시장개척에도 유리할 것으로 판단된다. In the case of small nuclear reactors, most of them are located in islands or remote areas, so when the reactor is stopped unexpectedly, professional maintenance personnel must be dispatched to the site and necessary parts and equipment must be transported to the site. Therefore, compared to large nuclear power plants, repair of broken RCPs and reactor maintenance are required. It takes a relatively large amount of time and effort to restart. Therefore, as suggested in the embodiment of the present disclosure, preventing unnecessary unplanned stoppage of the nuclear reactor and lowering the output to continue supplying power even when one RCP fails contributes to improving the economic efficiency of both the power generation business operator and the recipient. Therefore, it is believed that small reactors using this technology will be advantageous in pioneering the small reactor market by gaining a technological advantage over competing reactors that do not.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), etc. , may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (5)

제1 원자로냉각재펌프 및 제2 원자로냉각재펌프와 연결되고, 상기 제1 원자로냉각재펌프의 제1 축속도값, 제1 입력전압을 수신하고, 상기 제1 원자로냉각재펌프의 제1 유량정보를 수신하고, 상기 제1 축속도값이 제1 기준 축속도값의 미만의 신호 및 상기 제1 입력전압이 제1 기준 입력전압값의 미만의 신호를 AND 회로에 입력하여, 제1 출력 신호를 출력하고, 상기 제1 출력 신호와 상기 제1 유량정보가 제1 기준 유량값의 미만의 신호를 AND 회로에 입력하여 제2 출력 신호를 출력하는 정지여부 판별부; 및
상기 제2 출력 신호가 참인 경우, 상기 제1 원자로냉각재펌프의 전원을 비상전원으로 절체시키는 절체부;를 포함하고,
상기 정지여부 판별부는
상기 제2 출력 신호가 참인 경우, 제어봉구동장치제어계통의 제어봉 속도조절부 및 터빈부하 조절부 중 적어도 하나로 불시정지예방신호를 전송하는, 원자로 정지 예방 시스템.
It is connected to a first nuclear reactor coolant pump and a second nuclear reactor coolant pump, receives a first axial speed value and a first input voltage of the first nuclear reactor coolant pump, and receives first flow rate information of the first nuclear reactor coolant pump. , inputting a signal in which the first axial speed value is less than the first reference axial speed value and a signal in which the first input voltage is less than the first reference input voltage value into an AND circuit to output a first output signal, a stop determination unit that outputs a second output signal by inputting a signal in which the first output signal and the first flow rate information are less than a first reference flow rate value into an AND circuit; and
When the second output signal is true, a switching unit that switches the power of the first reactor coolant pump to emergency power,
The stop determination unit
When the second output signal is true, a nuclear reactor stoppage prevention signal is transmitted to at least one of the control rod speed control unit and the turbine load control unit of the control rod drive device control system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어봉구동장치제어계통은
상기 불시정지예방신호에 대응하여, 상기 제1 원자로냉각재펌프로 비상전원을 절체시키고, 제어봉의 속도를 원자로 출력이 기 설정된 제1 정도로 감소할 때까지 조절하고, 터빈의 출력을 기 설정된 제2 정도까지 급감속시키는 제어 명령을 터빈제어계통으로 전송하는, 원자로 정지 예방 시스템.
According to paragraph 1,
The control rod driving device control system is
In response to the sudden stop prevention signal, emergency power is transferred to the first reactor coolant pump, the speed of the control rod is adjusted until the reactor output decreases to a preset first level, and the output of the turbine is adjusted to a preset second level. A nuclear reactor shutdown prevention system that transmits control commands to rapidly decelerate to the turbine control system.
제1항에 있어서,
상기 정지여부 판별부는
상기 제1 원자로냉각재펌프의 제2 축속도값을 다시 수신하고, 상기 제1 원자로냉각재펌프의 제2 유량 정보를 다시 수신하고, 상기 제2 축속도값 및 상기 제2 유량 정보를 고려하여, 제1 원자로냉각재펌프의 정상 정지 여부를 판별하는, 원자로 정지 예방 시스템.
According to paragraph 1,
The stop determination unit
Receiving the second axial speed value of the first nuclear reactor coolant pump, receiving again the second flow rate information of the first nuclear reactor coolant pump, and considering the second axial speed value and the second flow rate information, 1 A nuclear reactor shutdown prevention system that determines whether the reactor coolant pump has stopped normally.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 원자로냉각재펌프의 절체 상태, 제어봉의 고속삽입 상태, 상기 제1 및 제2 원자로냉각재펌프의 트립여부 상태, 터빈제어상태 및 1차, 2차측 에너지 균형상태를 디스플레이하는 인간-기계간 연계장치를 더 포함하는, 원자로 정지 예방 시스템.

According to paragraph 1,
A human displaying the switching status of the first and second reactor coolant pumps, the high-speed insertion status of the control rod, the trip status of the first and second reactor coolant pumps, the turbine control status, and the primary and secondary side energy balance status - A nuclear reactor shutdown prevention system further comprising a machine-to-machine linkage device.

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