KR20160052861A - 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은, 서로 다른 기종의 복수의 제어기기를 포함하고, 상기 복수의 제어기기 중 어느 하나의 제어기기에 공통원인고장이 발생할 경우, 다른 제어기기가 상기 공통원인고장이 발생한 제어기기의 역할을 수행하도록 한다.

Description

이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통{Reactor Protection System Having Different Kind of Control Apparatus}

본 발명은 원자로 보호계통에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 기종의 제어기기를 포함하여 어느 하나의 제어기기에 공통원인고장이 발생하더라고 다른 제어기기가 역할을 대체하여 원전 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통에 관한 것이다.

원자력 발전소는 보통 100개 이상의 개별적인 기능을 가진 계통(System)으로 구성된다. 이들 계통은 크게, 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급계통(NSSS: Nuclear Steam Supply System), 증기를 발전기로 전달하는 2차 순환냉각계통, 상기 2차 순환냉각계통으로부터 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈 발전기 계통, 및 기타 부수설비로 구분된다.

현재 한국 원자력발전소의 주종을 이루고 있는 가압 경수로형 발전소를 살펴보면 원자로를 중심으로 한 1차 계통과, 증기발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함하는 2차 계통과, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통과, 송배전계통과, 계측제어계통, 및 기타 보조계통들로 구성되어 있다.

원자력 발전소의 운전을 수행하면서 각 계통의 건전성을 감시하기 위해서는, 여러 종류의 센서를 원자로 계통에 설치하고, 상기 센서로부터 입력되는 신호를 감시하여 원자력 발전소의 상태를 파악해야 한다.

이때 원자력 발전소 운전 중 원자로의 안전에 영향을 미치는 계통의 이상이나 핵증기 공급계통내의 냉각 기능의 이상이 발생하는 경우, 이러한 이상 상태를 감지하여 제어봉 낙하에 의한 원자로 정지기능을 개시하고, 공학적 안전설비작동계통을 구동하여 원자로를 냉각시켜야 하며, 이러한 과정을 실질적으로 수행하는 것이 원자로 보호계통이다.

원자로 보호계통은 원자로 보호 기능을 수행함으로써, 원자력 발전소에 사고가 발생하더라도 원자력 발전소를 안전한 상태로 유지하고, 방사선 및 방사능 물질이 외부로 누출되지 않도록 하는 기능을 한다. 따라서 원자로 보호계통은 원자력 발전소의 안전성 및 신뢰성에 가장 중요한 역할을 담당하는 계통이라 할 수 있다.

발전소 현장에 대한 원자로 보호계통의 최적한 적용을 위해서는, 높은 신뢰도 및 높은 정밀성을 갖는 원자로 보호계통을 구현하여야 하고, 또한 원자로 보호계통 내부 및 외부에서 사소한 고장이 발생하더라도 원자로를 정지시키는 기능에 지장이 없어야 한다.

일반적으로 기존 원자로보호계통(RPS, Reactor Protection System)은 PLC에 기반을 둔 다중화된 디지털 시스템으로, 비교논리 프로세서(BP, Bistable Processor), 동신논리 프로세서(CP, Coincidence Processor)가 이중화 혹은 삼중화로 구성되어 있다.

다만, 이와 같은 기존의 원자로보호계통은 공통원인고장 발생 시 안전기능을 수행할 수 없다는 문제가 있다. 이에 따라 공통원인고장이 발생한 경우 대책을 수립할 수 없어 안정성이 크게 떨어지게 된다.

따라서 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있는 상황이다.

한국등록특허 제10-1089835호

본 발명에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은 제어기기에 공통원인고장이 발생한 경우에도 안정성을 확보할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은, 서로 다른 기종의 복수의 제어기기를 포함하고, 상기 복수의 제어기기 중 어느 하나의 제어기기에 공통원인고장이 발생할 경우, 다른 제어기기가 상기 공통원인고장이 발생한 제어기기의 역할을 수행하도록 한다.

그리고 상기 복수의 제어기기는, PLC(Programmable Logic Controller) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)일 수 있다.

또한 상기 PLC 및 상기 FPGA를 모두 포함하는 공통채널 및 상기 PLC 및 상기 FPGA 중 어느 하나를 포함하는 단일채널 중 적어도 어느 하나가 포함된 n개의 채널을 포함할 수 있다.

그리고 상기 PLC 및 상기 FPGA는, 원자로 계통들의 상태를 나타내는 복수의 센서신호들을 기반으로 입력된 신호값을 기 저장된 트립 설정치와 비교하여 트립신호를 발생시키는 비교논리 프로세서 및 상기 n개의 채널의 비교논리프로세서로부터 발생된 트립신호 중 적어도 일부 트립신호를 논리조합하여 최종트립신호를 출력하는 동시논리 프로세서를 포함할 수 있다.

또한 상기 공통채널은 2개가 구비되며, 상기 단일채널은 상기 PLC를 포함하는 단일채널과 상기 FPGA를 포함하는 단일채널의 2개가 구비되고, 상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/3 보팅논리를 수행할 수 있다.

그리고 상기 공통채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우, 상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/2 보팅논리를 수행하며, 상기 단일채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우, 상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행할 수 있다.

또한 2개의 공통채널의 동시논리 프로세서로부터 출력된 최종트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행하여, 원자로정지차단기를 구동하여 원자로를 정지시키거나, 또는 공학적 안전설비-기기제어계통(ESF-CCS)을 구동하여 공학적 안전설비(ESF)를 작동하는 개시회로를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 이종의 제어기기를 포함하므로, 어느 하나의 제어기기 측에 공통원인고장이 발생하더라도 다른 제어기기가 해당 역할을 수행하여 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 이에 따라 안전계통의 기술적 우위를 선점하여 내수 및 수출 경쟁력을 확보할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통에 있어서, 각 제어기기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통이 구현된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통에 있어서, 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우에서의 실행 로직을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 원자로 보호계통은, 서로 다른 기종의 복수의 제어기기를 포함한다. 그리고 상기 복수의 제어기기 중 어느 하나의 제어기기에 공통원인고장이 발생할 경우, 다른 제어기기가 상기 공통원인고장이 발생한 제어기기의 역할을 수행하도록 할 수 있다.

여기서 상기 제어기기는, PLC(Programmable Logic Controller) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통에 있어서, 각 제어기기를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은, PLC 및 FPGA로 구성된 제어기기를 포함한다.

그리고 본 실시예에서 상기 원자로 보호계통은 상기 PLC 및 상기 FPGA를 모두 포함하는 공통채널과, 상기 PLC 및 상기 FPGA 중 어느 하나를 포함하는 단일채널 중 적어도 어느 하나가 포함된 n개의 채널을 포함한다.

또한 상기 PLC 및 FPGA는, 비교논리프로세서(BP)와, 동시논리프로세서(CP)를 각각 포함한다.

상기 비교논리프로세서는 원자로 계통들의 상태를 나타내는 복수의 센서신호들을 기반으로 입력된 신호값을 기 저장된 트립 설정치와 비교하여 트립신호를 발생시키는 역할을 수행한다.

그리고 상기 동시논리프로세서는, 상기 n개의 채널의 비교논리프로세서로부터 발생된 트립신호 중 적어도 일부 트립신호를 논리조합하여 최종트립신호를 출력하는 역할을 수행한다.

이때 상기 동시논리프로세서에 의해 출력된 상기 최종트립신호는 후술할 개시회로로 전달되며, 상기 개시회로는 원자로정지차단기를 구동하여 원자로를 정지시키거나, 또는 공학적 안전설비-기기제어계통(ESF-CCS)을 구동하여 공학적 안전설비(ESF)를 작동하게 된다.

이하에서는, 이와 같은 원자로 보호계통를 실제로 구현한 실시예를 통해 작동 과정을 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통이 구현된 모습을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 제어기기를 포함하는 원자로 보호계통은, 4개의 채널을 포함한다. 그리고 상기 4개의 채널 중 2개의 채널, 즉 A채널 및 B채널은 공통채널로서 PLC과 FPGA의 이중화로 구성된다.

또한 나머지 2개의 채널, 즉 C채널 및 D채널은 단일채널로서 각각 PLC, FPGA의 단일 형태로 구성된다. 구체적으로 본 실시예에서 C채널은 PLC가, D채널은 FPGA의 단일 형태인 것으로 하였다.

이때 A~D채널은, 각각 해당 제어기기의 비교논리프로세서(BP)와, 동시논리프로세서(CP)를 각각 포함한다.

그리고 상기 A채널 및 B 채널의 센서 입력은 PLC의 비교논리프로세서 및 FPGA의 동시논리프로세서에 모두 입력되며, 이들은 각각 독립적으로 기능 수행이 가능하다.

또한 동시논리프로세서는, 각 채널에서 동일 기종의 제어기기로부터 트립신호를 입력받아 2/3 보팅논리를 수행하여 동시논리 출력을 결정한다. 즉 각 채널의 PLC 동시논리프로세서는 A채널, B채널, C채널에 구비된 총3개의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/3 보팅논리를 수행하고, 각 채널의 FPGA 동시논리프로세서는 A채널, B채널, D채널에 구비된 총3개의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/3 보팅논리를 수행하게 된다.

이때 도 3과 같이 상기 공통채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우, 상기 동시논리프로세서는 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/2 보팅논리를 수행하게 된다. 그리고 상기 단일채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우, 상기 동시논리프로세서는 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행하게 된다.

예를 들어 B채널에 대한 우회가 발생한 경우, 상기 동시논리프로세서는 B채널을 제외한 A채널 및 C채널의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받고, 이에 대해 2/2 보팅논리를 수행하게 되는 것이다.

한편 다시 도 2를 참조하면, 각 채널은 개시회로(IC)를 더 포함하며, 상기 개시회로는 상기 동시논리프로세서로부터 출력된 최종트립신호를 전달받고, 이에 대응하여 원자로정지차단기를 구동하여 원자로를 정지시키거나, 또는 공학적 안전설비-기기제어계통(ESF-CCS)을 구동하여 공학적 안전설비(ESF)를 작동하는 구성요소이다.

본 실시예의 경우, 2개의 공통채널에 구비된 개시회로는 동시논리프로세서로부터 출력된 최종트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행하게 된다.

이에 따라 본 실시예와 같은 경우에는 공통원인고장이 발생 시 기본적으로 A채널 및 B 채널에 의해 원자로 정지가 발생하나, A, B중 어느 한 채널이 고장난 상황인 경우, 공통원인고장 발생 기종에 따라 C 또는 D 채널로 원자로 정지를 수행하게 된다. 즉 PLC에 공통원인고장이 발생하고, A채널이 고장난 상황이라고 가정할 경우에는, B채널과 D채널에 의해 원자로 정지가 발생하게 될 것이다.

이상과 같이, 본 발명의 경우 PLC 기반의 제어기기뿐 아니라 PLC와는 동작방식이 다른 이종의 FPGA 기반 제어기기와 혼합하여 구성하기 때문에, PLC의 공통원인고장이 발생하더라도 FPGA기반 제어기기가 그 기능을 대체하여 수행하며, 반대로 FPGA기반 제어기기의 공통원인고장이 발생하더라도, 역시 PLC가 그 기능을 대체하여 수행할 수 있게 된다. 따라서 원전 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 서로 다른 기종의 복수의 제어기기를 포함하고,
   상기 복수의 제어기기 중 어느 하나의 제어기기에 공통원인고장이 발생할 경우, 다른 제어기기가 상기 공통원인고장이 발생한 제어기기의 역할을 수행하도록 하는 원자로 보호계통.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제어기기는,
   PLC(Programmable Logic Controller) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)인 원자로 보호계통.
3. 제2항에 있어서,
   상기 PLC 및 상기 FPGA를 모두 포함하는 공통채널 및 상기 PLC 및 상기 FPGA 중 어느 하나를 포함하는 단일채널 중 적어도 어느 하나가 포함된 n개의 채널을 포함하는 원자로 보호계통.
4. 제3항에 있어서,
   상기 PLC 및 상기 FPGA는,
   원자로 계통들의 상태를 나타내는 복수의 센서신호들을 기반으로 입력된 신호값을 기 저장된 트립 설정치와 비교하여 트립신호를 발생시키는 비교논리 프로세서; 및
   상기 n개의 채널의 비교논리프로세서로부터 발생된 트립신호 중 적어도 일부 트립신호를 논리조합하여 최종트립신호를 출력하는 동시논리 프로세서;
   를 포함하는 원자로 보호계통.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공통채널은 2개가 구비되며, 상기 단일채널은 상기 PLC를 포함하는 단일채널과 상기 FPGA를 포함하는 단일채널의 2개가 구비되고,
   상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/3 보팅논리를 수행하는 원자로 보호계통.
6. 제5항에 있어서,
   상기 공통채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우,
   상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 2/2 보팅논리를 수행하며,
   상기 단일채널 중 어느 하나의 채널에 대한 우회가 발생한 경우,
   상기 동시논리프로세서는, 동일 기종 제어기기의 비교논리프로세서로부터 트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행하는 원자로 보호계통.
7. 제5항에 있어서,
   2개의 공통채널의 동시논리 프로세서로부터 출력된 최종트립신호를 입력받아 1/2 보팅논리를 수행하여, 원자로정지차단기를 구동하여 원자로를 정지시키거나, 또는 공학적 안전설비-기기제어계통(ESF-CCS)을 구동하여 공학적 안전설비(ESF)를 작동하는 개시회로를 더 포함하는 원자로 보호계통.

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