KR20050003886A - Feedwater control system for steam generator in nuclear power plant and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적어도 하나의 주급수펌프, 주급수제어밸브 및 강수관(downcomer)제어밸브를 제어하여 원자력발전소의 증기발생기로 유입되는 급수의 유량을 조절하여 증기발생기 내의 수위를 제어하는 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water supply control system and a method of controlling the steam generator of a nuclear power plant, and more particularly, to control at least one main water feed pump, a main water supply control valve and a downcomer control valve. The present invention relates to a water supply control system and a control method of a steam generator for a nuclear power plant that controls the water level in the steam generator by adjusting the flow rate of the feed water flowing into the steam generator.
원자력발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵증기공급계통(NSSS : Nuclear Steam Supply System)과 증기를 공급받아 발전기를 돌려 전기를 생산하는 터빈·발전기계통 그리고 기타 부수 설비로 구분된다. 현재 한국 원자력발전소의 주종을 이루고 있는 가압경수형 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.Nuclear power plants usually consist of over 100 individual functions. These are largely divided into a nuclear steam supply system (NSSS) centered on a nuclear reactor, a turbine, a power generating system, and other ancillary facilities that generate electricity by supplying steam and generating electricity. Looking at the pressurized light-type power plant, which is currently dominated by Korea's nuclear power plants, the primary system centered on nuclear reactors, the secondary system including steam generators, turbines, generators and condensers, engineering safety equipment systems for accidents, transmission and distribution systems, It consists of measurement control system and other auxiliary systems.
한편, 원자로에서 발생된 뜨거운 물은 냉각재 배관을 통하여 연결된 증기발생기의 열전달관을 통하여 순환되어, 또 다른 배관을 통하여 증기발생기로 유입되는 급수에 열을 전달하고 원자로로 되돌아가게 된다. 증기발생기가 이러한 역할을 무리 없이 수행하기 위해서는 증기발생기 내의 수위가 적절히 유지되어야만 한다.On the other hand, the hot water generated in the reactor is circulated through the heat transfer pipe of the steam generator connected through the coolant pipe, to transfer heat to the feed water flowing into the steam generator through another pipe and to return to the reactor. In order for the steam generator to perform this role without difficulty, the water level in the steam generator must be properly maintained.
도 1은 한국 표준형 원자력발전소의 증기발생기 내의 수위를 측정하는 방법을 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 원자력발전소의 증기발생기 내의 수위를 측정하는 방법은, 광역수위와 협역수위 측정의 두 가지 방법으로 이루어진다. 고수위로 인한 원자로정지는 협역수위 93%에서 일어나며 저수위로 인한 원자로정지는 광역수위 42.9%에서 일어난다. 광역수위 42.9%는 협역수위로 환산할 경우 -54%에 해당하는 값이다. 즉, 고수위로 인한 원자로정지는 증기발생기 수위가 수위설정치(44%)보다 49%높을 때 발생하는 데 비해 저수위로 인한 원자로정지는 증기발생기 수위가 수위설정치보다 협역수위로 환산하였을 경우 98%정도 낮을 때 발생하게 된다. 이 둘의 차이를 비교해 보면 저수위로 인한 원자로정지 여유도는 고수위로 인한 원자로정지 여유도에 비해 2배정도 많음을 알 수 있다.1 is a view showing a method for measuring the water level in the steam generator of the Korean standard nuclear power plant, as shown here, the method for measuring the water level in the steam generator of the nuclear power plant, there are two kinds of water level measurement and narrow water level measurement Is done in a way. Reactor shutdowns due to high water levels occur at 93% narrow-water level and reactor shutdowns due to low water levels occur at 42.9% global water level. 42.9% of the regional water level is equivalent to -54% when converted to narrow water level. In other words, reactor shutdown due to high water level occurs when the steam generator level is 49% higher than the water level set point (44%), whereas reactor stop due to low water level is about 98% lower when the steam generator level is converted to narrow water level than the water level value. When it happens. Comparing the difference between the two, it can be seen that the reactor shutdown margin due to the low water level is about twice as large as the reactor shutdown margin due to the high water level.
그런데, 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템은 통상적으로 증기발생기 수위 설정치 상하의 수위오차에 대해 동일한 게인(gain)을 부여하고 있기 때문에, 증기발생기 수위가 수축되었다가 팽창되는 과도상태가 발생할 경우 원자로정지 여유도의 차이로 인해서 고수위로 인한 원자로정지 가능성이 저수위로 인한 원자로정지 가능성보다 2배정도 높은 실정이다. 따라서 운전 중인 두 대의 주급수펌프 중한 대의 주급수펌프가 상실되어 증기발생기에 공급되는 급수유량이 급격히 감소하는 경우에도, 증기발생기 재고량 감소에 따른 증기발생기 저수위 원자로정지 가능성보다 증기발생기 수위의 초기 수축 후 뒤따르는 과다한 증기발생기 수위 오버슈트(overshoot)로 인한 고수위 원자로정지 가능성이 훨씬 높은 실정이다.However, since the water supply control system of a steam generator in a nuclear power plant generally provides the same gain for the water level error above and below the steam generator level set value, when the transient state of the steam generator level contracts and expands, the reactor can be stopped. Due to the difference in degrees, the possibility of reactor shutdown due to high water level is about 2 times higher than that of reactor due to low water level. Therefore, even if one of the two main feed water pumps in operation is lost and the water supply flow to the steam generator is rapidly reduced, after the initial shrinkage of the steam generator level rather than the possibility of stopping the steam generator low level reactor due to the reduction of the steam generator inventory. The possibility of high water reactor shutdown due to excessive steam generator overshoot is much higher.
그러므로 이러한 현상을 완화시키기 위해 종래의 급수제어시스템 및 그 제어방법은, 증기발생기 내의 수위가 협역수위 85% 이상일 경우에 급수제어시스템의 출력값을 “0”으로 설정하여 모든 급수 제어밸브들을 닫고 주급수펌프를 최소속도로 운전되게 하는 고순위우선신호(HLO:High Level Override) 기능을 가지고 있다. 그러나, HLO 기능이 동작하더라도 원자로정지까지의 여유도는 불과 8%정도밖에 되지 않으므로 급수는 공급되지 않더라도 기존에 공급된 급수의 팽창효과에 의해 원자로정지가 일어날 가능성이 여전히 존재하는 문제점이 있으며, 또한 HLO 기능은 급수제어밸브를 갑자기 닫거나 순간적으로 개방시키기 때문에 밸브 자체의 기계적인 건전성을 손상시킬 수 있으며 특히 순간적으로 개방된 급수제어밸브는 수격(Water Hammering)현상을 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.Therefore, in order to alleviate this phenomenon, the conventional water supply control system and its control method set the output value of the water supply control system to "0" when the water level in the steam generator is higher than the narrow water level of 85% to close all the water supply control valves and close the main water supply. It has a High Level Override (HLO) function that allows the pump to run at minimum speed. However, even if the HLO function is operated, the margin to reactor stop is only about 8%, so even if the water is not supplied, there is still a problem that the reactor can be stopped due to the expansion effect of the previously supplied water supply. The HLO function may damage the mechanical integrity of the valve itself because of suddenly closing or momentarily opening the water supply control valve. In particular, the instantaneously opened water supply control valve may cause water hammering.
원자력발전소에서 고수위로 인한 원자로정지 가능성이 가장 높은 원자로출력급감발계통(RPCS)이 동작하는 경우를 가지고 좀더 자세히 살펴보면, 이 경우에 원자로출력이 급격히 줄어듦에 따라 원자로 출력의 함수로 되어 있는 급수제어시스템의 게인(gain)이 낮아져 급수제어시스템의 속응성이 현저히 떨어지게 되며, 이에 따라 급수를 제 때 줄여주지 못하게 되어 수위수축에 뒤따르는 증기발생기 수위 오버슈트(overshoot)를 적절히 제어 할 수 없게 된다.In more detail, the reactor power abatement system (RPCS), which is most likely to shut down due to high water levels in a nuclear power plant, is operated in detail. In this case, the water supply control system is a function of the reactor power as the reactor power is drastically reduced. The lower the gain, the lower the responsiveness of the water supply control system, and thus, the water supply cannot be reduced in time, and the steam generator level overshoot following the level shrinkage cannot be properly controlled.
도 2는 100% 출력 정상운전 중 부하탈락이 발생했을 때의 증기발생기 수위변화를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 증기발생기 수위 오버슈트(overshoot)가 너무 커져서 HLO 기능까지 동작하고 있음을 알 수 있고, 증기발생기 저수위로 인한 원자로정지 여유도는 약 64%(98%-34%)정도이나 고수위로 인한 원자로정지 여유도는 거의 없어 결국 HLO 기능까지 사용이 되고 있음을 볼 수 있다. 여기서는 HLO 기능이 정상적으로 동작하여 이 후 증기발생기 수위를 안정적으로 유지시킬 수 있었으나 만약 급수제어밸브가 완전히 다 닫히지 않는 경우가 발생하거나 급수온도가 상당히 많이 떨어지는 경우 등이 발생한다면 HLO 기능이 동작하더라도 원자로정지를 피하기 힘들게 된다.FIG. 2 is a diagram illustrating a steam generator level change when a load drop occurs during 100% output normal operation. As shown in FIG. 2, the steam generator level overshoot is too large to operate the HLO function. It can be seen that the reactor shutdown margin due to steam generator low water level is about 64% (98% -34%), but there is almost no reactor shutdown margin due to high water level. In this case, the HLO function operates normally and the steam generator level can be kept stable afterwards, but if the water supply control valve is not completely closed or the water supply temperature drops considerably, the reactor stops even if the HLO function is activated. It will be hard to avoid.
이와 같이. 종래의 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템 및 그 제어방법에 있어서는, 고수위로 인한 원자로 정지 여유도가 저수위로 인한 원자로 정지 여유도에 비해 작으므로 과도 상태 발생 시 증기발생기 수위의 오버슈트가 과도하게 되어 원자로가 정지되거나, HLO 기능이 자주 작동되어 밸브의 기계적인 건전성을 손상시키는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.like this. In the conventional water supply control system of the nuclear power plant steam generator and its control method, the reactor shutdown margin due to the high water level is smaller than the reactor shutdown margin due to the low water level, so that the overshoot of the steam generator level becomes excessive when a transient condition occurs. There was a problem in that the reactor was stopped or the HLO function was frequently operated to damage the mechanical integrity of the valve.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고수위로 인한 원자로 정지에 대해 종래에 비하여 보다 많은 여유도를 확보할 수 있어 증기발생기 수위가 수축되었다가 팽창되는 과도상태 발생 시 증기발생기 수위의 과도한 오버슈트(overshoot) 발생을 방지함으로써 고수위로 인한 원자로 정지의 가능성을 현저히 저하시킬 수 있거나, 고수위우선신호(HLO) 기능의 작동을 최소화할 수있어 급수밸브의 건전성이 손상되는 가능성을 저하시킬 수 있는 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention, in order to solve this problem in the prior art, it is possible to ensure more margin than the conventional for the reactor shutdown due to the high water level, so that steam occurs when the transient state of the steam generator shrinks and expands By preventing excessive overshoot of the generator level, it is possible to significantly reduce the possibility of reactor shutdown due to the high water level, or minimize the operation of the high water priority signal (HLO) function to reduce the possibility of damage to the integrity of the water supply valve. The present invention provides a water supply control system for a nuclear power plant steam generator and a method of controlling the same.
도 1은 한국 표준형 원자력발전소의 증기발생기 내의 수위를 측정하는 방법을 도시한 도면,1 is a view showing a method for measuring the water level in the steam generator of the Korean standard nuclear power plant,
도 2는 100% 출력 정상운전 중 부하탈락이 발생했을 때의 증기발생기내의 수위변화를 도시한 도면,2 is a view showing the water level change in the steam generator when the load drop occurs during 100% output normal operation;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템의 전기적인 경로를 도시한 도면,3 is a view showing an electrical path of the water supply control system of the nuclear power plant steam generator according to an embodiment of the present invention,
도 4는 증기발생기의 수위 오버슈트(overshoot)가 가장 큰 주급수펌프 한 대 상실시 도 3의 급수제어시스템과 종래의 급수제어시스템에 의한 수위변화를 도시한 도면이다.4 is a view showing the water level change by the water supply control system of FIG. 3 and the conventional water supply control system of the main water supply pump having the largest water level overshoot of the steam generator.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
3 : 주급수펌프 5 : 주급수제어밸브3: main feed water pump 5: main feed water control valve
7 : 강수관제어밸브 10 : 감지부7: Precipitation pipe control valve 10: Detection unit
11 : 유량오차신호발생부 11a : 증기유량신호11: flow error signal generator 11a: steam flow signal
11b : 급수유량신호 11c : 유량오차신호11b: water supply flow signal 11c: flow error signal
15 : 수위보정오차신호발생부 15a : 수위측정신호15: level correction error signal generation unit 15a: level measurement signal
15b : 수위설정신호 15c : 수위보정오차신호15b: Level setting signal 15c: Level correction error signal
20 : 제어부 21 : 비례적분회로20: control unit 21: proportional integral circuit
22 : 높은신호선택부 23 : 주급수펌프속도신호변환부22: high signal selection unit 23: main water pump speed signal conversion unit
25 : 주급수제어밸브개도신호변환부 27 : 강수관제어밸브개도신호변환부25: main water supply control valve opening signal conversion unit 27: precipitation pipe control valve opening signal conversion unit
상기 목적은, 본 발명에 따라, 적어도 하나의 주급수펌프, 주급수제어밸브 및 강수관(downcomer)제어밸브를 제어하여 원자력발전소의 증기발생기로 유입되는 급수의 유량을 조절하여 증기발생기 내의 수위를 제어하는 원자력발전소 급수제어시스템에 있어서, 상기 증기발생기로부터 배출되는 증기유량에 상응하는 증기유량신호와 증기발생기로 유입되는 급수유량에 상응하는 급수유량신호의 차이에 대응하는 유량오차신호를 발생하는 유량오차신호발생부와, 측정된 상기 증기발생기 내의 수위에 상응하는 수위측정신호와 미리 설정된 상기 증기발생기 내의 수위에 상응하는 수위설정신호의 차이에 대응하는 수위오차신호와, 상기 유량오차신호발생부로부터 출력되는 상기 유량오차신호의 합에 대응하는 수위보정오차신호를 발생시키는 수위보정오차신호발생부를 갖는 감지부; 및 상기 수위보정오차신호에 대응하는 수위보정오차를 미리 설정된 오차설정치와 비교하여 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 큰 경우 상기 수위보정오차신호가 통과되고 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 작은 경우 상기 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호가 통과되는 비례적분회로를 가지며, 상기 비례적분회로를 통과하여 처리된 유량요구신호에 기초하여 상기 주급수펌프, 상기 주급수제어밸브 및 상기 강수관(downcomer)제어밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템에 의해 달성된다.The object of the present invention is to control at least one main water pump, a main water supply control valve and a downcomer control valve to adjust the flow rate of water supplied to the steam generator of a nuclear power plant to control the water level in the steam generator. In a nuclear power plant water supply control system for controlling, a flow rate for generating a flow rate error signal corresponding to a difference between a steam flow rate signal corresponding to the steam flow rate discharged from the steam generator and a water supply flow rate signal corresponding to the water flow rate flowing into the steam generator An error signal generator, a level error signal corresponding to a difference between a level measurement signal corresponding to the measured water level in the steam generator, and a level setting signal corresponding to the preset level in the steam generator, and from the flow rate error signal generator. Level correction error for generating a level correction error signal corresponding to the sum of the output flow error signal A detector having a signal generator; And when the level correction error is greater than the error set value by comparing the level correction error corresponding to the level correction error signal with the preset error set value, when the level correction error signal passes and the level correction error is smaller than the error set value. The main water supply pump, the main water supply control valve and the downcomer have a proportional integrating circuit through which a signal multiplied by a weight multiplied by the water level correction error is passed, based on a flow request signal processed through the proportional integrating circuit. Control unit for controlling at least one of the control valve; is achieved by the water supply control system of the nuclear power plant steam generator.
여기서, 상기 제어부는, 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 작은 경우, 측정된 급수온도가 미리 설정된 설정온도보다 큰 경우인지를 판단하여 상기 급수온도가 상기 설정온도보다 작은 경우에는 상기 수위보정오차신호를 상기 비례적분회로에 통과시켜 상기 유량요구신호를 발생시키는 것이 바람직하다.Here, when the water level correction error is smaller than the error set value, the controller determines whether the measured water supply temperature is larger than a preset set temperature, and when the water supply temperature is smaller than the set temperature, the water level correction error signal. It is preferable to generate the flow rate request signal by passing through the proportional integration circuit.
그리고, 상기 설정온도는 200℉로 할 수 있다.The set temperature may be 200 ° F.
또한, 상기 가중치는, 미리 설정된 증기발생기의 수위를 기준으로 고수위 원자로정지 여유도에 대한 저수위 원자로정지 여유도의 비율인 것이 고수위 원자로정지 여유도와 저수위 원자로정지 여유도를 대략 균등하게 할 수 있어 바람직하다.In addition, the weight is preferably a ratio of the low level reactor stop margin to the high level reactor stop margin on the basis of the preset water level of the steam generator, which makes it possible to roughly equalize the high level reactor stop margin and the low level reactor stop margin. .
그리고, 상기 오차설정치는 통상 '0'으로 설정된다.The error set value is normally set to '0'.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 적어도 하나의 주급수펌프, 주급수제어밸브 및 강수관(downcomer)제어밸브를 제어하여 원자력발전소의 증기발생기로 유입되는 급수의 유량을 조절하여 증기발생기 내의 수위를 제어하는 원자력발전소 증기발생기의 급수제어방법에 있어서, (a) 상기 증기발생기 내의 수위를 측정하고 수위에 상응하는 수위신호를 발생하여 상기 수위신호와 미리 설정된 증기발생기 내의 수위에 상응하는 수위설정신호의 차이에 대응하는 수위오차신호를 발생하며, 상기 증기발생기로부터 배출되는 증기유량을 측정하고 증기유량에 상응하는 증기유량신호를 발생하고 상기 증기발생기로 유입되는 급수유량을 측정하고 급수유량에 상응하는 급수유량신호를 발생하여 상기 증기유량신호와 상기 급수유량신호의 차이에 대응하는 유량오차신호를 발생하며, 상기 수위오차신호와 상기 유량오차신호의 합에 대응하는 수위보정오차신호를 발생시키는 단계; (b) 상기 수위보정오차신호에대응되는 수위보정오차를 미리 설정된 오차설정치와 비교하여, 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 큰 경우 상기 수위보정오차신호를 비례적분회로에 통과시키고, 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 작은 경우 상기 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호를 비례적분회로에 통과시켜 유량요구신호를 발생시키며, 상기 유량요구신호에 기초하여, 상기 주급수펌프, 상기 주급수제어밸브 및 상기 강수관(downcomer)제어밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 급수제어방법이 제공된다.Meanwhile, according to another field of the present invention, the water level in the steam generator is controlled by controlling at least one main water pump, a main water supply control valve, and a downcomer control valve to control the flow rate of water supplied to the steam generator of the nuclear power plant. In the water supply control method of the steam generator for controlling a nuclear power plant, (a) measuring the water level in the steam generator and generating a water level signal corresponding to the water level, the water level signal and a water level setting signal corresponding to the water level in the preset steam generator It generates a water level error signal corresponding to the difference of, and measures the steam flow rate discharged from the steam generator, generates a steam flow signal corresponding to the steam flow rate, measures the water supply flow flowing into the steam generator and corresponds to the water supply flow rate A flow rate corresponding to a difference between the steam flow rate signal and the water supply flow rate signal by generating a water supply flow rate signal Generating a difference signal, and generating a water level correction error signal that corresponds to the sum of the water level error signal and the flow rate error signal; (b) comparing the level correction error corresponding to the level correction error signal with a preset error setting value, passing the level correction error signal through a proportional integration circuit if the level correction error is larger than the error setting value, and adjusting the level correction error. When the error is smaller than the error set value, a signal obtained by multiplying the water level correction error by a weight is passed through a proportional integrating circuit to generate a flow demand signal, and based on the flow demand signal, the main water feed pump, the main water supply control valve and There is provided a water supply control method for a nuclear power plant steam generator, including controlling at least one of the downcomer control valves.
여기서, 상기 증기발생기로 들어가는 급수온도를 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 (b)단계는 상기 수위보정오차가 상기 오차설정치보다 작은 경우에 측정된 급수온도가 미리 설정된 설정온도보다 큰 경우인지를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 급수온도가 상기 설정온도보다 작은 경우에는 상기 수위보정오차신호를 비례적분회로에 통과시켜 상기 유량요구신호를 발생시키는 것이 바람직하다.The method may further include measuring a water supply temperature entering the steam generator, wherein step (b) includes determining whether the measured water supply temperature is greater than a preset set temperature when the level correction error is smaller than the error set value. The method may further include a step of determining, and when the water supply temperature is lower than the set temperature, the water level correction error signal is passed through a proportional integral circuit to generate the flow rate request signal.
그리고, 상기 설정온도는 200℉로 할 수 있다.The set temperature may be 200 ° F.
또한, 상기 가중치는, 미리 설정된 증기발생기의 수위를 기준으로 고수위 원자로정지 여유도에 대한 저수위 원자로정지 여유도의 비율인 것이 고수위 원자로정지 여유도와 저수위 원자로정지 여유도를 대략 균등하게 할 수 있어 바람직하다.In addition, the weight is preferably a ratio of the low level reactor stop margin to the high level reactor stop margin on the basis of the preset water level of the steam generator, which makes it possible to roughly equalize the high level reactor stop margin and the low level reactor stop margin. .
그리고, 상기 오차설정치는 통상 '0'으로 설정된다.The error set value is normally set to '0'.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템의 전기적인 경로를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템은, 수위보정오차신호(15c)를 발생하는 감지부(10)와, 수위보정오차신호(15c)에 대응하는 수위보정오차를 미리 설정된 오차설정치와 비교하여 수위보정오차가 오차설정치보다 작은 경우, 예를 들면 증기발생기 수위가 수위설정치 이상으로 오버슈트(overshoot)하는 경우 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호를 비례적분회로(21)에 통과시켜 처리된 유량요구신호에 기초하여 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관(downcomer)제어밸브(7)를 제어하는 제어부를 구비한다.3 is a view showing the electrical path of the water supply control system of the nuclear power plant steam generator according to an embodiment of the present invention, as shown, the water supply control of the nuclear power plant steam generator according to an embodiment of the present invention The system compares the level correction error corresponding to the level correction error signal 15c with the detection unit 10 generating the level correction error signal 15c and a preset error set value, and the level correction error is smaller than the error set value. For example, when the steam generator level is overshooted above the level set value, the main water pump (3) based on the flow demand signal processed by passing the signal obtained by multiplying the level correction error by the weight to the proportional integrating circuit 21 is processed. ), A main water supply control valve (5) and a downcomer control valve (7).
우선, 수위보정오차에 대하여 설명하면, 수위보정오차는 다음 식에 의하여 구하여 진다.First, the level correction error will be described. The level correction error is obtained by the following equation.
수위보정오차 = (수위설정치 - 측정수위) + 유량오차 -----(1)Level Compensation Error = (Level Setting-Measurement Level) + Flow Error ----- (1)
여기서 유량오차는 과도상태 초기에만 주로 나타나는 값이며 수위 오버슈트(overshoot)에는 거의 영향을 주지 않는 것이 일반적이다.Here, the flow error is a value that occurs mainly at the beginning of the transient state and generally has little effect on the water level overshoot.
감지부(10)는 수위보정오차를 감지하는데, 유량오차신호를 발생하는 유량오차신호발생부(11)와, 수위보정오차신호(15c)를 발생시키는 수위보정오차신호발생부(15)를 구비한다. 유량오차신호발생부(11)에서는 증기발생기로부터 배출되는 증기유량에 상응하는 증기유량신호(11a)와 증기발생기로 유입되는 급수유량에 상응하는 급수유량신호(11b)가 입력되어 증기유량신호(11a)와 급수유량신호(11b)의 차이에 대응하는 유량오차신호(11c)를 발생하게 되며, 이로부터 발생된 유량오차신호(11c)는 수위보정오차신호발생부(15)에 입력된다. 수위보정오차신호발생부(15)에서는, 측정된 증기발생기 내의 수위에 상응하는수위측정신호(15a)와 미리 설정된 증기발생기 내의 수위에 상응하는 수위설정신호의 차이에 대응하는 수위오차신호를 발생하여, 이 수위오차신호와 유량오차신호발생부(11)로부터 출력된 유량오차신호(11c)를 합산하여 수위보정오차신호(15c)를 발생시키게 된다.The sensing unit 10 detects a water level correction error, and includes a flow rate error signal generator 11 for generating a flow rate error signal and a level correction error signal generator 15 for generating a level correction error signal 15c. do. In the flow rate error signal generation unit 11, a steam flow rate signal 11a corresponding to the steam flow rate discharged from the steam generator and a water supply flow rate signal 11b corresponding to the water supply flow rate flowing into the steam generator are inputted, thereby providing a steam flow rate signal 11a. ) And a flow rate error signal 11c corresponding to the difference between the water supply flow rate signal 11b, and the flow rate error signal 11c generated therefrom is input to the level correction error signal generation unit 15. The level correction error signal generation unit 15 generates a level error signal corresponding to the difference between the level measurement signal 15a corresponding to the measured level in the steam generator and the level setting signal corresponding to the level in the steam generator. The water level error signal and the flow rate error signal 11c outputted from the flow rate error signal generator 11 are added to generate the level correction error signal 15c.
제어부(20)는, 감지부(10)를 통하여 발생된 수위보정오차신호(15c)에 대응하는 수위보정오차가 미리 설정된 오차설정치보다 작은지를 판단하여 작은 경우에는 수위보정오차에 가중치를 부여해 수위보정오차를 키운 수위보정오차신호(15c)를 비례적분회로(21)에 통과시켜 처리된 유량요구신호를 발생시키고, 만약 수위보정오차가 미리 설정된 오차설정치보다 큰 경우에는 수위보정오차신호(15c)에 아무런 가중치를 부여하지 않고 수위보정오차신호발생부(15)에서 발생된 수위보정오차신호(15c) 그대로 비례적분회로(21)에 통과시켜 처리된 유량요구신호를 발생시킨다. 그리고 나서 발생된 유량요구신호를 주급수펌프속도신호변환부(23), 주급수제어밸브개도신호변환부(25) 및 강수관급수제어밸브개도신호변환부(27)로 보내어 각각 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관급수제어밸브(7)를 제어하는 신호로 변환되게 함으로써 이들 각각을 제어하게 되고 결과적으로 증기발생기 내의 수위를 조절하게 된다. 이 중 주급수펌프(3)는 두 개의 증기발생기에 공통배관으로 연결되어 있기 때문에 비례적분회로(21)에서 주급수펌프(3)로 출력되는 유량요구신호는 주급수펌프속도신호변환부(23)에 입력되기 전에 높은신호선택부(22)를 통과하게 되는데, 여기서 유량요구신호가 다른 증기발생기의 급수제어시스템으로부터 출력된 유량요구신호와 비교되며 그 중 높은유량요구신호가 선택되어 주급수펌프속도신호변환부(23)로 출력되게 된다.The controller 20 determines whether the level correction error corresponding to the level correction error signal 15c generated by the sensing unit 10 is smaller than a preset error setting value, and if it is small, weights the level correction error to compensate for the level correction error. The level correction error signal 15c having increased error is passed through the proportional integrating circuit 21 to generate a processed flow request signal. If the level correction error is larger than a preset error setting value, the level correction error signal 15c is applied to the level correction error signal 15c. Without assigning any weight, the flow rate correction error signal 15c generated by the level correction error signal 15c is passed directly to the proportional integrating circuit 21 to generate a processed flow request signal. Then, the generated flow request signal is sent to the main water pump speed signal conversion unit 23, the main water supply control valve opening signal conversion unit 25, and the precipitation pipe water supply control valve opening signal conversion unit 27, respectively, to supply the main water supply pump ( 3), by converting the main water supply control valve 5 and the precipitation pipe water supply control valve 7 into a signal for controlling each of them, as a result, to control the water level in the steam generator. Among these, since the main water supply pump 3 is connected to the two steam generators in common pipe, the flow rate request signal output from the proportional integrating circuit 21 to the main water supply pump 3 is the main water supply pump speed signal conversion unit 23. Before passing through the high signal selection unit 22, the flow request signal is compared with the flow request signal output from the water supply control system of another steam generator, and the high flow request signal is selected from the main water supply pump. It is output to the speed signal converter 23.
한편, 가중치는 원자로정지 고수위 여유도에 대한 저수위 여유도의 비율로 정의되는데, 예를 들어 원자로정지 저수위 여유도가 고수위 여유도에 대해 2배인 경우에는 가중치가 2가 되며, 3배인 경우에는 3이 된다. 가중치는 결과적으로 원자로정지에 대한 상하 여유도를 동일하게 하기 위하여 수위보정오차에 곱해지게 된다. 그리고 오차설정치는 통상 '0'으로 설정되나 필요에 따라 급수제어시스템의 제어범위 밖의 값으로 설정할 수 있다. 즉, 급수제어시스템의 제어범위가 설정치 ±2%이고 오차설정치를 -2% 이하의 값으로 설정해 놓으면 정상운전 때에는 수위보정오차가 오차설정치보다 크게 되므로 수위보정오차신호(15c)는 수위보정오차에 가중치가 곱해지는 경로를 지나지 않게 된다.On the other hand, the weight is defined as the ratio of the low water level margin to the reactor high water margin margin. For example, if the reactor stop low water level margin is twice the high water level margin, the weight is 2, and in the case of 3 times, do. As a result, the weight is multiplied by the level correction error to equalize the upper and lower margins for reactor shutdown. The error set point is normally set to '0', but can be set to a value outside the control range of the water supply control system if necessary. That is, if the control range of the water supply control system is set value ± 2% and the error set value is less than -2%, the level correction error signal is larger than the error set value in normal operation. It does not pass the path where the weight is multiplied.
수위보정오차를 키워주게 되면, 급수제어시스템의 전체적인 시스템 게인(gain)은 늘어나지 않으므로 게인(gain)의 증가로 인한 제어 불안정 현상 발생의 여지가 없으면서도 급수제어시스템의 속응성을 높일 수 있으며 고수위로 인한 원자로정지에 대한 여유도를 저수위로 인한 원자로정지 여유도만큼 높이는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 증기발생기 수위는 급수온도에 민감해서 급수온도가 낮아질수록 급수 공급에 따른 수축과 팽창효과가 커지므로 급수온도가 너무 낮은 상태에서 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호를 비례적분회로(21)에 통과시켜 유량요구신호를 발생시키게 되면 제어성능이 오히려 저하될 수 있다. 따라서 제어부(20)는 수위보정오차가 오차설정치보다 작은 경우에 다시 급수온도가 설정온도보다 낮은 지를 판단하여 만약 급수온도가 설정온도보다 낮을 경우 수위보정오차에 가중치를 곱하지 않은 상태의 수위보정오차신호(15c)를 비례적분회로(21)에 통과시켜 유량요구신호를 발생시키게 한다. 이 때 설정온도는 주급수제어밸브(5) 개방을 위해 요구되는 최소 급수온도인 200℉으로 결정되는 것이 일반적이다. 그러나, 여기서 만약 급수온도가 입력으로 사용하기 부적절하거나 어려울 경우에는 급수온도 200℉ 이하 대신에 강수관 급수제어밸브에서 주급수제어밸브(5)로 밸브전환이 일어나는 원자로출력, 즉 원자로 출력 약 15% 이하를 수위보정오차에 가중치를 부가하지 않는 기준으로 사용할 수도 있다.If the water level correction error is increased, the overall system gain of the water supply control system does not increase, so that the water supply control system can quickly increase its response even without raising the control instability due to the increase of the gain. It is possible to obtain the effect of increasing the margin for the reactor shutdown due to the reactor shutdown margin due to the low water level. However, since the steam generator water level is sensitive to the water supply temperature, the lower the water supply temperature, the greater the shrinkage and expansion effect due to the water supply. Thus, a signal obtained by multiplying the water level correction error by the weight in a state where the water supply temperature is too low is applied to the proportional integrating circuit 21. When passing through and generating a flow request signal, the control performance may be rather deteriorated. Therefore, when the water level correction error is smaller than the error set value, the controller 20 determines whether the water supply temperature is lower than the set temperature again. If the water supply temperature is lower than the set temperature, the water level correction error is not multiplied by the weight. The signal 15c is passed through the proportional integrating circuit 21 to generate a flow request signal. At this time, the set temperature is generally determined to be 200 DEG F, the minimum water supply temperature required for opening the main water supply control valve (5). However, if the feedwater temperature is inappropriate or difficult to use as an input, the reactor output, ie, the reactor output, is about 15% of the valve switching from the downwater feedwater control valve to the main feedwater control valve (5) instead of below the feedwater temperature of 200 ° F. The following may be used as a reference that does not add weight to the level correction error.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 원자력발전소 증기발생기의 급수제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.With this configuration, the water supply control method of the nuclear power plant steam generator according to the present invention will be described.
우선 증기발생기 내의 협역수위를 측정하고 수위에 상응하는 수위측정신호(15a)를 발생하여 수위측정신호(15a)와 미리 설정된 증기발생기 내의 수위에 상응하는 수위설정신호(15b)의 차이에 대응하는 수위오차신호를 발생시킨다. 마찬가지로 증기발생기로부터 배출되는 증기유량을 측정하고 증기유량에 상응하는 증기유량신호(11a)를 발생하고 증기발생기로 유입되는 급수유량을 측정하고 급수유량에 상응하는 급수유량신호(11b)를 발생하여 증기유량신호(11a)와 급수유량신호(11b)의 차이에 대응하는 유량오차신호(11c)를 발생시킨다. 그리고 나서 수위오차신호와 유량오차신호(11c)의 합에 대응하는 수위보정오차신호(15c), 즉 식(1)에 의하여 구해지는 수위보정오차에 대한 신호를 감지부(10)에서 발생시키게 된다.First, it measures the narrow water level in the steam generator and generates a water level measurement signal 15a corresponding to the water level so that the water level corresponding to the difference between the water level measurement signal 15a and the water level setting signal 15b corresponding to the water level in the predetermined steam generator is set. Generate an error signal. Similarly, by measuring the steam flow rate discharged from the steam generator, generating a steam flow signal (11a) corresponding to the steam flow rate, measuring the water supply flow rate flowing into the steam generator, and generates a water supply flow rate signal (11b) corresponding to the water supply flow rate The flow rate error signal 11c corresponding to the difference between the flow rate signal 11a and the water supply flow rate signal 11b is generated. Then, the sensor 10 generates a level correction error signal 15c corresponding to the sum of the level error signal and the flow error signal 11c, that is, a signal for the level correction error obtained by Equation (1). .
그런 다음에, 제어부(20)에서는, 수위보정오차신호(15c)에 대응되는 수위보정오차를 미리 설정된 오차설정치와 비교하여 수위보정오차가 오차설정치보다 큰경우 수위보정오차신호(15c)를 비례적분회로(21)에 통과시키고, 수위보정오차가 오차설정치보다 작은 경우에는 측정된 급수온도가 미리 설정된 설정온도보다 큰 경우인지를 다시 한 번 더 판단하게 된다. 만약 급수온도가 설정온도보다 작은 경우에는 수위보정오차가 오차설정치보다 큰 경우와 마찬가지로 수위보정오차신호(15c)를 비례적분회로(21)에 통과시키고 급수온도가 설정온도보다 큰 경우에는 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호를 비례적분회로(21)에 통과시켜 유량요구신호를 발생시키게 된다.Then, the control unit 20 compares the level correction error corresponding to the level correction error signal 15c with a preset error set value and proportionally integrates the level correction error signal 15c when the level correction error is larger than the error set value. When the water level correction error is smaller than the error setting value, the circuit 21 passes through the circuit 21 to determine whether the measured water supply temperature is larger than the preset setting temperature. If the water supply temperature is lower than the set temperature, the water level correction error signal 15c passes through the proportional integrating circuit 21 and the water level correction error is larger than the set temperature, as in the case where the water level correction error is larger than the error set value. The signal multiplied by the weight is passed through the proportional integration circuit 21 to generate the flow rate request signal.
다음으로 유량요구신호는 주급수펌프속도신호변환부(23), 주급수제어밸브개도신호변환부(25) 및 강수관급수제어밸브개도신호변환부(27)로 보내져 각각 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관급수제어밸브(7)를 제어하는 제어신호로 변환되어 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관(downcomer)제어밸브(7)를 제어하게 되며 이에 의하여 증기발생기 내의 수위가 조절되게 된다. 이 중 주급수펌프(3)는 두 개의 증기발생기에 공통배관으로 연결되어 있기 때문에 비례적분회로(21)에서 주급수펌프(3)로 출력되는 유량요구신호는 주급수펌프속도신호변환부(23)에 입력되기 전에 높은신호선택부(22)를 거치게 됨은 전술한 바와 같다.Next, the flow request signal is sent to the main water pump speed signal conversion unit 23, the main water supply control valve opening signal conversion unit 25, and the precipitation pipe water supply control valve opening signal conversion unit 27, respectively, to supply the main water supply pump 3. , The main water supply pump (3), the main water supply control valve (5) and the downcomer control valve (7) is converted into a control signal for controlling the main water supply control valve (5) and the precipitation pipe water supply control valve (7) To control the water level in the steam generator. Among these, since the main water supply pump 3 is connected to the two steam generators in common pipe, the flow rate request signal output from the proportional integrating circuit 21 to the main water supply pump 3 is the main water supply pump speed signal conversion unit 23. It goes through the high signal selection unit 22 before being input to the) as described above.
도 4는 증기발생기의 수위 오버슈트(overshoot)가 가장 큰 주급수펌프 한 대 상실시 종래의 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템과 본 발명의 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템에서의 수위변화를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래의 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템(b)에서는 HLO기능이 동작해야 증기발생기 수위를 제어할 수 있는 데 반해 본 발명의 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템(a)에서는 증기발생기 수위감소에 따른 오버슈트(overshoot)의 크기가 증기발생기 수위감소 크기의 절반이 되며 고수위로 인한 원자로정지 여유도도 저수위로 인한 원자로정지 여유도의 절반이 되어, 가중치를 고려하면 원자로 정지에 대한 상대적인 상하 여유도가 동일해졌음을 알 수 있다.4 is a water level change in the water supply control system of the conventional nuclear power plant steam generator and the water supply control system of the nuclear power plant steam generator of the present invention with one main feed water pump having the largest water level overshoot of the steam generator. As a drawing, as shown here, in the water supply control system (b) of the conventional nuclear power plant steam generator, the water supply control system of the nuclear power plant steam generator of the present invention can be controlled while the HLO function can be controlled. In (a), the size of the overshoot due to the steam generator level decrease is half the size of the steam generator level decrease, and the reactor shutdown margin due to the high water level is also half the reactor shutdown margin due to the low water level. This indicates that the relative up and down margin for the reactor shutdown is the same.
이상과 같이, 수위보정오차가 오차설정치보다 작은 경우에는, 수위보정오차에 가중치를 곱한 신호를 비례적분회로(21)에 통과시켜 처리된 유량요구신호를 기초로 하여 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관제어밸브를 제어하도록 구성함으로써, 고수위로 인한 원자로 정지에 대해 종래에 비하여 보다 많은 여유도를 확보할 수 있어 증기발생기 수위가 수축되었다가 팽창되는 과도상태 발생 시 증기발생기 수위의 과도한 오버슈트(overshoot) 발생을 방지할 수 있게 된다.As described above, when the water level correction error is smaller than the error setting value, the main water supply pump 3 and the main body are based on the flow rate request signal processed by passing the signal obtained by multiplying the water level correction error by the weight to the proportional integrating circuit 21. By controlling the water supply control valve (5) and the downcomer pipe control valve, it is possible to ensure more margin than the conventional reactor shutdown due to the high water level, so that steam in the event of a transient state in which the steam generator level contracts and expands Excessive overshoot of the generator level can be prevented.
전술한 실시 예에서는, 감지부(10)가 유량오차신호발생부(11)와 수위보정오차신호발생부(15)로 구성된 것에 대하여 상술하였으나, 감지부는 수위보정오차를 감지하여 수위보정오차신호(15c)를 출력할 수 있다면 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiment, the sensing unit 10 is composed of the flow error signal generator 11 and the water level correction error signal generation unit 15, but the detection unit detects the water level correction error to detect the water level correction error signal ( Of course, if the output 15c) can be configured in various ways.
또한, 전술한 실시 예에서는, 수정보정오차에 가중치를 곱한 신호가 비례적분회로(21)를 통과하여 처리된 유량요구신호에 기초하여 주급수펌프(3), 주급수제어밸브(5) 및 강수관(downcomer)제어밸브 모두를 제어하는 것에 대하여 상술하였으나, 이 들 중 선택된 제어밸브 또는 주급수펌프(3)만 수정보정오차에 가중치가 곱한 신호가 비례적분회로(21)를 통과하여 처리된 유량요구신호에 기초하여 제어하고 나머지는 종래의 방법과 같이 제어할 수도 있을 것이다.In addition, in the above-described embodiment, the main water supply pump 3, the main water supply control valve 5, and the precipitation based on the flow rate request signal processed by passing the number information error by the weight multiplied by the proportional integration circuit 21. Although all of the downcomer control valves are controlled above, only the selected control valve or the main water supply pump 3 has a flow rate in which a signal obtained by multiplying the water information error by the weight is passed through the proportional integral circuit 21. The control may be performed based on the request signal and the rest may be controlled as in the conventional method.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고수위로 인한 원자로 정지에 대해 종래에 비하여 보다 많은 여유도를 확보할 수 있어 증기발생기 수위가 수축되었다가 팽창되는 과도상태 발생 시 증기발생기 수위의 과도한 오버슈트(overshoot) 발생을 방지함으로써 고수위로 인한 원자로 정지의 가능성을 현저히 저하시킬 수 있거나 고수위우선신호(HLO) 기능의 작동을 최소화할 수 있어 급수밸브의 건전성이 손상되는 가능성을 저하시킬 수 있도록 한 원자력발전소 증기발생기의 급수제어시스템 및 그 제어방법이 제공된다.As described above, according to the present invention, it is possible to secure more margin than the conventional method for the reactor shutdown due to the high water level, so that the overshoot of the steam generator level is excessive when the transient state occurs when the steam generator level is contracted and expanded. By preventing overshoot, nuclear power plants can significantly reduce the likelihood of reactor shutdown due to high water levels or minimize the risk of high water priority signal (HLO) functioning, thereby reducing the likelihood of damage to the integrity of feedwater valves. A feedwater control system of a generator and a control method thereof are provided.
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