KR20210039782A - 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법 - Google Patents

원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법은: (a) 원자로가 비상 사고시 정지되었는지 확인하는 단계와, (b) 노심에서 생성되는 열이 제거되는지 확인하는 단계와, (c) 2차측 동작여부를 확인하는 단계와, (d) 원자로 격납 용기의 건전성을 확인하는 단계와, (e) 원자로 격납 용기내 압력을 확인하는 단계 및 (f) 1차측 재고량을 확인하는 단계를 포함하며, (a) 단계 내지 (f) 단계는 동시에 수행되어 이상을 운전원(operator)에게 표시한다.

Description

원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법{EMERGENCY OPERATION GUIDE METHOD FOR NUCLEAR POWER PLANT}
본 기술은 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소에 사고가 발생하여 안전 방벽에 손상 또는 위협이 발생할 때, 운전원들은 비상운전절차서(EOP, Emergency Operation Procedure)를 수행하도록 되어있다. 이 비상운전절차서는 비상 상태시 급격히 증가할 수 있는 운전원들의 작업부하 감소를 통해 원자력 발전소의 안전성을 향상시키는데 그 목적이 있기 때문에, 비상시 운전원이 수행해야 하는 직무들이 일련의 절차서 단계 형태로 운전원들에게 제공된다.
디지털 주제어실이 도입된 신고리 발전소의 경우, 비상사고 발생시 원자로 트립 후 조치(Standard Post Trip Action, SPTA)와 사고진단(Diagnostic Action, DA) 절차서를 수행한 후 이를 바탕으로 증상기반 비상운전절차서와 회복절차서로 진입하여 원자력 발전소의 안전성을 확보한다. 그러나 이러한 증상기반 비상운전절차서는 원자력 발전소의 필수안전기능(critical safety function)들을 운전원의 단계 수행과 동시에 감시하도록 요구하고 있기 때문에, 비상시 운전원들은 절차서에 기술된 단계를 이해한 후 이들을 수행해야 할 뿐 아니라 필수안전기능들의 위반 여부를 동시에 감시해야 한다. 따라서 현재 사용 중인 비상운전절차서의 경우 운전원들의 작업 부하가 과중하게 될 수 있는 가능성을 여전히 포함하고 있다.
상술한 바와 같이 비상상황에 진입하게 되면 발전소 변수가 매우 급격하게 변동하며, 운전원들의 업무상 부담이 크게 증가한다. 이러한 상황에서는 결과적으로 오조치 혹은 누락에 의한 사고 유발 가능성이 증가한다.
본 실시예로 해결하고자 하는 과제 중 하나는 원자로 트립후 조치(SPTA)를 자동적으로 수행하여 운전원에 인가된 업무 부하에 의하여 발생할 수 있는 인적 오류를 감소시키고자 하는 것이다.
본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법은: (a) 원자로가 비상 사고시 정지되었는지 확인하는 반응도 제어 단계와, (b) 노심에서 생성되는 열이 제거되는지 확인하는 노심 냉각 단계와, (c) 2차 계통의 정상 여부를 확인하는 RCS 열제거 단계 단계와, (d) 원자로 냉각재의 과냉각으로 인한 열충격 여부를 확인하는 RCS 건전성 확인 단계와, (e) 원자로 격납 용기내 냉각재 유출 여부를 확인하는 격납용기 건전성 확인 단계 및 (f) 1차측 재고량을 확인하는 RCS 재고량 확인 단계를 포함하며, (a) 단계 내지 (f) 단계는 동시에 수행되어 이상을 운전원(operator)에게 표시한다.
본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법의 어느 한 모습에 의하면, (a) 단계 내지 (f) 단계는 지능화 시스템에 의하여 수행된다.
본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법의 어느 한 모습에 의하면, (a) 단계 내지 (f) 단계는, 각각 복수의 원자로 운전 변수들을 수집하는 단계와, 수집된 원자로 운전 변수의 값이 비정상 범위 내인지 파악하는 단계와, 수집된 원자로 운전 변수의 값이 비정상 범위 내일 때 운전원에게 표시하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 의하면 원자로 정지(trip)등의 비상 상황에서 운전원의 업무 부담을 경감시켜 사고 위험을 예방할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법의 개요를 나타내는 순서도이다.
도 2는 원자력 발전소의 일 예를 설명하기 위한 개요도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법의 개요를 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법은 (a) 원자로가 비상 사고시 정지되었는지 확인하는 반응도 제어 단계(S100)와, (b) 노심에서 생성되는 열이 제거되는지 확인하는 노심 냉각 단계(S110)와, (c) 2차 계통의 정상 여부를 확인하는 RCS 열제거 단계(S120)와, (d) 원자로 냉각재의 과냉각으로 인한 열충격 여부를 확인하는 RCS 건전성 확인 단계(S130)와, (e) 원자로 격납 용기내 냉각재 유출 여부를 확인하는 격납용기 건전성 확인 단계(S140) 및 (f) 1차측 재고량을 확인하는 RCS 재고량 확인 단계(S150)를 포함하며, (a) 단계 내지 (f) 단계는 동시에 수행되어 이상을 운전원(operator)에게 표시한다.
도 2는 원자력 발전소의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 원자력 발전소는 핵분열로 발생한 열을 냉각하는 1차 계통과, 1차 계통에서 열을 제공받아 증기터빈을 구동하는 2차 계통을 포함한다.
원자로는 여러 가지 이유로 긴급 정지(trip)가 이루어질 수 있다. 일 예로, 가압기 고압력, 증기발생기 저수위 등의 사유가 발생하면 원자로의 긴급 정지(trip)가 이루어진다.
원자로 긴급 정지가 이루어진 후, 원자로 트립 후 조치(SPTA, Standard Post Trip Action)이 수행된다. 원자로 트립 후 조치는 복수의 필수 안전 기능들을 검사 및 제어한다. 필수 안전 기능들은 (a) 원자로가 비상 사고시 정지되었는지 확인하는 반응도 제어 단계(S100)와, (b) 노심에서 생성되는 열이 제거되는지 확인하는 노심 냉각 단계(S110)와, (c) 2차 계통의 정상 여부를 확인하는 RCS 열제거 단계(S120)와, (d) 원자로 냉각재의 과냉각으로 인한 열충격 여부를 확인하는 RCS 건전성 확인 단계(S130)와, (e) 원자로 격납 용기내 냉각재 유출 여부를 확인하는 격납용기 건전성 확인 단계(S140) 및 (f) 1차측 재고량을 확인하는 RCS 재고량 확인 단계(S150)를 포함한다.
종래 기술에 의한 원자로 트립 후 조치는 각 단계를 수행하기 위하여 ① 절차서에서 확인을 요하는 변수들을 수집하고, ② 운전원은 수집된 변수가 절차서에 기재된 기준 만족 여부를 수동으로 확인하고, ③ 확인된 결과에 따라 운전원이 수동으로 절차서에 기재된 제안된 조치를 수행하거나 불만족시 조치 사항을 수행한다. 이러한 조치는 반응도 제어 단계, 노심 냉각 단계, RCS 열제거 단계, RCS 건전성 확인 단계, 격납용기 건전성 확인 단계 및 RCS 재고량 확인 단계를 순차적으로 수행하면서 이루어졌다.
그러나 원자로 비상 정지(trip)등의 비상상황에 진입하게 되면 발전소 변수가 매우 급격하게 변동하고, 운전원들의 업무상 부담이 크게 증가하여 결과적으로 오조치 혹은 누락에 의한 사고 유발 가능성이 증가한다.
본 실시예는 기존 운전원이 수동으로 변수를 수집하고, 수집된 변수가 절차서에 기재된 기준 만족 여부를 수동으로 확인하는 과정을 지능화 시스템(미도시)으로 수행하므로 운전원의 업무상 부담을 감소시켜 사고 가능성을 감소시킬 수 있다.
지능화 시스템은 출력 영역, 중간 영역, 선원 영역의 중성자속 감속 여부에 관한 변수 등을 수집하고, 수집된 변수들의 값들을 기초로 반응도 제어 단계(S100)를 수행한다. 지능화 시스템은 수집된 변수의 값이 비정상 범위에 있는지 여부를 파악하고, 각 변수가 비정상 범위에 있는 경우에 운전원(operator)에게 해당 안전 기능의 색상 정보를 표시한다.
운전원이 제어 콘솔을 통하여 색상 정보가 표시된 안전 기능에 진입하면, 지능화 시스템은 비정상 범위에 있는 변수 혹은 계통을 표시하고, 수동 원자로 트립 직무와 연관된 정보를 제공한다. 해당 직무 불가능 시, 지능화 시스템은 운전원에게 원자로 정지 불능시 조치 회복 절차서로 진입하도록 안내한다.
RCS 재고량 확인 단계(150)는 노심 냉각 단계(S110)와 연관된 계통으로 안전 주입 계통이 동시에 적용된다. 지능화 시스템은 가압기 수위, 가압기 압력, 안전 주입 발생 경보등 점등 여부, 안전주입 펌프 작동 여부, 안전 주입 계통 밸브 배열 만족 여부 등의 변수를 수집하고, 변수들의 상태를 기초로 RCS 재고량 확인 단계(150)와 노심 냉각 단계(S110)를 수행한다.
지능화 시스템은 수집된 변수들로부터 안전 주입 발생 경보등이 미점등된 것을 검출하면, 운전원에게 해당 안전기능의 색상정보를 제공한다. 운전원이 제어 콘솔을 통하여 해당 안전기능으로 진입 시, 지능화 시스템은 운전원에게 안전 주입 미발생 상황임을 고지하고 수동으로 안전 주입 신호를 발생시키도록 안내한다. 지능화 시스템은 수집된 변수로부터 부적절하게 안전 주입 계통 밸브가 배열된 경우를 검출하면, 현 상태의 밸브 배열 도식도에 조치가 필요한 밸브를 표시하여 운전원이 해당 밸브를 조절할 수 있도록 안내한다.
지능화 시스템은 증기발생기 협역 수위 및 광역 수위 그리고 증기발생기 압력 변수값 등을 수집하여 RCS 열제거 단계(120)를 수행한다. 지능화 시스템은 가압기 사고 상황 시 증기 발생기의 협역 수위가 6% 미만인 경우 운전원에게 현 필수 안전 기능 상태를 색상 정보로 안내한다. 색상 정보를 파악한 운전원이 해당 안전 기능을 수행할 때, 지능화 시스템은 증기발생기 수위와 보조급수 계통을 표시하고 증기발생기 수위 회복을 위해 보조 급수 계통의 유량을 조절해야 함을 안내한다.
지능화 시스템은 원자로 냉각재 계통의 유로들의 저온관 온도, 가압기 압력 정보를 수집하고, 수집된 변수들의 값들을 기초로 RCS 건전성 확인 단계(S130)를 수행한다. 지능화 시스템은 수집된 원자로 냉각재 계통의 냉각률이 55.5℃/hr를 초과할 시 이를 색상 정보로 운전원에게 알린다. 지능화 시스템은 운전원이 해당 안전기능 진입시 냉각률을 감소시키기 위해 안전주입 유량 감소 조건 정보를 제공한다. 지능화 시스템은 원자로 냉각재 계통의 냉각률이 55.5℃/hr이내 일 때, 운전원에게 안전주입 유량 감소 직무를 안내한다.
지능화 시스템은 격납용기 내부압력, 격납용기 배수조 수위, 격납용기 방사능 준위, 격납용기 격리 신호 등을 수집하여 격납 용기 건전성 확인단계(S140)를 수행한다. 지능화 시스템은 격납용기 내부압력이 1.55kg/cm2를 초과할 때 해당 색상 정보를 운전원에게 제공한다. 색상 정보가 제공된 운전원이 해당 안전 기능으로 진입하면 지능화 시스템은 격납용기 살수 동작 직무를 안내하고 관련 계통 정보들을 제공하여 격납용기 살수 계통이 가용 여부를 알린다.
본 실시예에 의한 지능화 시스템은 운전자에게 관련 보조 계통의 정보를 제공한다. 보조 계통은 냉각재 계통의 운전을 지원하며, 보조 계통으로는 화학 및 체적 제어 계통, 1차기기 냉각 계통, 1차기기 냉각 해수 계통 그리고 전력 계통이 있다. 해당 시스템들은 필수 안전 기능에 직접적으로 관여하고 있지 않지만, 비정상 상태가 장기간 고착될 시 주요 계통들에 악영향을 미친다.
예를 들어, 1차기기 냉각 계통은 냉각재 상실 사고 상황에서 공학적 안전 설비에 냉각수를 공급한다. 기기 냉각 계통이 작동하지 않는 상황에서는 안전 주입 계통에서 발생하는 열이 지속적으로 누적되어 추후에 문제가 발생할 가능성이 있다. 이러한 상황에서 지능화 시스템은 운전원에게 안전기능을 유지하는 계통들과 관련된 보조계통의 정보를 제공하여 해당 계통의 가용 여부를 미리 확인할 수 있도록 한다.
도 3은 노심 냉각 단계(S110)과 RCS 재고량 확인 단계(150) 직무 중 저압 안전 주입 펌프 역할을 하는 잔열 제거 펌프의 기동 확인 직무 상황의 계통도를 개요적으로 도시한 도면이다. 노심 냉각 단계(S110)과 RCS 재고량 확인 단계(150)에서 RCS 재고량을 유지하기 위해서는 안전주입 계통의 적절한 운전이 필요하며, 저압 안전 주입 펌프에서 생성된 유량은 열교환기를 통해 기기 냉각 계통과 열 교환을 수행한다. 도 3에서 도시된 것과 같이, 본 실시예에 의한 지능화 시스템은, RHR 펌프가 정상적으로 기동하는 것을 녹색으로 표시하여 운전원에게 정보를 제공한다. 그러나, 기기 냉각수 펌프(CCW pump)가 작동하지 않기 때문에 문제가 발생할 수 있으며 지능화 시스템은 도 3으로 도시된 것과 같이 적색으로 표시하여 운전원에게 알린다. 본 실시예에 의한 시스템은 이처럼 직무와 연관된 추가적인 정보들을 운전원에게 제공한다.
본 실시예에 의한 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법에 의하면 지능화 시스템은 반응도 제어 단계(S100), 노심 냉각 단계(S110), RCS 열제거 단계(S120), RCS 건전성 확인 단계(S130), 격납용기 건전성 확인 단계(S140) 및 RCS 재고량 확인 단계(S150)를 동시에 수행하며, 비정상 범위에 있는 변수를 파악하여 그로부터 필요한 조치를 취하도록 운전원에게 표시한다. 따라서, 본 실시예에 의하면 운전원 직무의 일부를 소프트웨어가 병렬적으로 수행하기 때문에 빠르게 조치가 필요한 사항들이 운전원에게 우선적으로 제공되어 신속하게 비상 운전을 수행할 수 있으며, 신속한 조치가 필요한 SPTA를 빠른 시간 내에 수행하면서 운전원의 업무상 스트레스를 줄일 수 있다는 장점이 제공된다.
또한, 단순한 판단 직무와 정보 수집만을 대체하기에, 완전 자동화 시스템에서 발생할 수 있는 운전원의 능력 감소(Operator skill degradation) 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
S100, S110, S120, S130, S140, S150, S200: 본 실시예에 의한 원자력 발소 비상 운전 가이드 방법의 각 단계

Claims (10)

  1. (a) 원자로가 비상 사고시 정지되었는지 확인하는 반응도 제어 단계;
    (b) 노심에서 생성되는 열이 제거되는지 확인하는 노심 냉각 단계;
    (c) 2차 계통의 정상 여부를 확인하는 RCS 열제거 단계 단계;
    (d) 원자로 냉각재의 과냉각으로 인한 열충격 여부를 확인하는 RCS 건전성 확인 단계;
    (e) 원자로 격납 용기내 냉각재 유출 여부를 확인하는 격납용기 건전성 확인 단계 및
    (f) 1차측 재고량을 확인하는 RCS 재고량 확인 단계를 포함하며,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (f) 단계는 동시에 수행되어 이상을 운전원(operator)에게 표시하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (f) 단계는
    지능화 시스템에 의하여 수행되는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (f) 단계는, 각각
    복수의 원자력 발전소 운전 변수들을 수집하는 단계와,
    수집된 상기 원자력 발전소 운전 변수의 값이 비정상 범위 내인지 파악하는 단계와,
    상기 수집된 상기 원자로 발전소 운전 변수의 값이 비정상 범위 내일 때 상기 운전원에게 표시하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법은
    수집된 상기 원자력 발전소 운전 변수들로부터 보조 계통의 정보를 판단하는 단계 및
    판단 상기 보조 계통의 정보로부터 보조 계통의 가용 여부를 상기 운전원에게 표시하는 단계를 더 포함하는 비상 운전 가이드 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (f) 단계는 동시에 수행되는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    출력 영역, 중간 영역, 선원 영역의 중성자속 감속 여부에 관한 변수를 수집하는 단계와,
    수집된 상기 변수의 값이 비정상 범위에 있는지 여부를 파악하는 단계와,
    상기 변수의 값이 변수가 비정상 범위에 있는 경우에 운전원(operator)에게 해당 안전 기능의 색상 정보를 표시하는 단계 및
    상기 운전원이 제어 콘솔을 통하여 색상 정보가 표시된 안전 기능에 진입하면, 비정상 범위에 있는 변수 혹은 계통을 표시하고, 수동 원자로 트립 직무와 연관된 정보를 제공하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계 및 상기 (f) 단계는,
    안전 주입 발생 경보등 점등 여부, 안전 주입 계통 밸브 배열 만족 여부의 변수를 수집하는 단계와,
    상기 안전 주입 발생 경보등 미발생 경우 및 안전 주입 계통 밸브가 부적절하게 배열된 경우중 어느 하나 이상인지 파악하는 단계 및
    상기 안전 주입 발생 경보등 미발생인 경우, 상기 운전원에게 안전 주입 미발생 상황임을 알리고 수동으로 안전 주입 신호를 발생시키도록 안내하고,
    상기 안전 주입 계통 밸브가 부적절하게 배열된 경우, 현 상태의 밸브 배열 도식도에 조치가 필요한 밸브를 표시하여 운전원이 해당 밸브를 조절할 수 있도록 안내하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    증기 발생기 협역 수위값을 수집하는 단계와,
    상기 증기 발생기의 협역 수위가 6% 미만인지 파악하는 단계 및
    상기 운전원에게 상기 증기발생기 수위와 상기 보조급수 계통을 표시하고 증기발생기 수위 회복을 위해 보조 급수 계통의 유량을 조절해야 함을 안내하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    냉각재 계통의 유로들의 저온관 온도, 가압기 압력값을 수집하는 단계와,
    수집된 원자로 냉각재 계통의 냉각률이 55.5℃/hr를 초과하는지 판단하는 단계 및
    상기 운전원에게 냉각률을 감소시키기 위해 안전주입 유량 감소 조건 정보를 안내하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    격납용기 내부압력 값을 수집하는 단계와,
    상기 격납용기 내부압력이 1.55kg/cm2를 초과하는지 판단하는 단계 및
    상기 운전원에게 격납용기 살수 동작 직무 및 관련 계통 정보들을 제공하여 격납용기 살수 계통이 가용 여부를 안내하는 단계를 포함하는 원자력 발전소 비상 운전 가이드 방법.
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