KR850001144B1 - 경수 냉각형 원자로 조업방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

경수 냉각형 원자로 조업방법

제1도 및 제2도는 본 발명에 의한 조업 방법을 설명하기 위한 선도.

본 발명은 제어봉을 이동시키고 냉각재의 화학적 및 물리적 상태를 변경하는 것에 의해서 경수 냉각형 원자로를 조업하는 방법에 관한 것이다. 통상적으로, 경수에 의해서 냉각되는 원자로, 특히, 가압수형 원자로에 대한 조업의 경우에 있어서, 조작자는 중성자 흡수재로 이루어지는 제어봉을 연료봉들 사이에서 깊게 또는 얕게 조정삽입시켜 이동하고, 또한, 냉각재의 화학적 및 물리적 상태를 변경하여, 특히, 감속재로서의 효율을 변경하기 위해서 냉각재 중에 함유된 가용성 붕소의 농도를 변경한다.

또한, 최근의 조업방법에 있어서는 터어빈에서의 출력 증대가 요구되는 경우, 냉각재가 보다 많은 양의 염을 흡수하여 보다 많은 양의 에너지를 공급하도록 원자로 에로의 복귀전에 저온 지관내의 냉각재 온도를 변경했다.

그러나, 지금까지는 조작자가 제어봉 또는 냉각재의 상태에 대해 조치를 취함에 있어서, 취해지는 조치에 따르게 되는 결과를 조치를 취하기 전에 미리 정확히 알 수 있게하는 어떤 기준점을 갖지 못했었고, 단지 조치에 대한 제한으로서 소정한도의 초과시에 시동하는 안전장치를 원자로에 설비하고 있는데, 이 안정장치는 조작자에 의한 오조작의 경우나 과대한 출력 프로그램의 요구시에 시동하여 원자로를 정지시키는 것으로 이같은 안정장치의 시동에 의한 제한은 원자로의 연속적인 조업상 유익하지 못하다.

한편, 종래에 있어서는 조작자에 의해 취해지는 조치에 따른 결과를 예견할 수 없었는데, 그 이유는 조치에 따라 결과로서 나타나는 중성자속, 출력 및 연료상태에 관한 파라메터들의 변화를 평가하기 위한 적절한 계산 수단을 현장에서 이용할 수 없었기 때문이다. 또한, 상기제반 파라메터들의 경시적인 변화를 제어봉의 이동 또는 냉각제 상태의 변경에 의한 변동의 함수로서 계산하기 위해 종래에 사용하였던 수학적 모델들은 초대형 컴퓨터를 이용해서도 대단히 긴 처리시간을 요한다. 게다가, 종래에 있어서 ?상기한 수학적 모델을 활용하기 위해 원자로 노심에서 취한 측정치들을 전처치 과정을 통해 수치형태로 변환한 후에 데이터로서 도입하는데, 이때 소요되는 시간은 상기한 수학적 모델을 이용하는 계산수단이 원자로로부터 멀리 떨어져 있다는 사실을 고려해 볼 때, 상기한 수학적 모델을 이용하여 조작자가 원자로의 조업을 최적화 하는데 유용한 원자로에 있어서의 각종 파라메터의 변화에 대한 예견은 충분히 짧은 시간내에 수행할 수가 없다. 한편, 원자로 노심의 상태를 나타내는 제반 파라메터의 변화를 계산하는 데 이용되는 수학적 모델들 ?모두 원자로 주변 환경에 있어서의 중성자 확산에 대한 방정식인 동일 형태의 방정식들로 부터 유도되기 때문에 원자로 조업에 이용되는 각종 파라메터들의 계산은 항상 동일한 원리를 기초로 하며, 이들 계산을 행하는데 필요한 수학적 모델들은 원자로의 조업을 담당하는 조작자를 보조할 수 있도록 극히 단시간에 있어서의 원자로 근방에서의 이용과 결코 양립될 수 없었다.

또한, 원자로의 작동중에 수학적 모델을 이용하여 예견을 실현하기 위한 실시간적인 처리도 그 처리시간이 계산기의 작동수단을 고려해 볼때, 원자로의 작도기간에 비해 길기 때문에 가능하자 못하였다. 따라서, 본 발명의 목적은 노심의 출력을 모든 순시점에서 최적하게 얻기 위하여 제어봉을 이동시키고 냉각재의 화학적 및 물리적 상태를 변경하는 것에 의해 경수 냉각형 원자로를 조업하기 위한 공정을 마련하는 것이며, 상기 공정에 있어서 원자로 조업을 담당하는 조작자가 즉각 이용할 수 있는 예견을 조업 파라메터의 변화에 관련하여 얻을 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다.

따라서, 상기 목적 수행을 위해서 다음과 같은 일련의 조작이 행해진다. 즉, (가) 제어봉의 위치 및 냉각재의 물리적 및 화학적 상태에 관련하는조업 파라메터의 순시치를 수치형태로 측정하여 이것을 연속적으로 기록하는 단계와 ;

(나) 조업 파라메터의 현저한 변경이 있을 때마다, 또한 원자로가 작동하는 동안 원자로 근처에서 정해진 시간 간격을 두고 원자로 노심내의 중성자속, 출력분포 및 연료 상태에 관련하는 파라메터들의 순시치를 소정기간동안 원자로를 조업하기 위하여 조업 파라메터의 함수로서 충분한 정밀도로 정확하게 계산하는 단계와;

(다) 원자로 노심의 상태에 관련하는 상기 파라메터들의 값들을 소정의 시간 간격으로 측정하는 단계와 ;

(라) 원자로 노심의 상태에 관련하는 상기 파라메터들의 계산치 및 측정치들을 연속적으로 기록하는 단계와 ;

(마) 상기 파라메터의 계산치를 측정치로 대체하는 단계와 ;

(바) 제어봉 또는 냉각재의 상태에 대해 취해진 일련의 조치나 원자로에 의해 공급될 출력의 프로그램으로부터 초래되는 변경된 파라메터들과, 출력 프로그램의 추적, 즉 소정 원자로 노심상태의 취득, 보존 또는 제공을 위해 조업 파라메터에 취해질 필요한 조치를 원자로의 안전한도를 고려하여 파라메터들의 기록치들로부터 예견적으로 계산하는 단계와 ;

(사) 조치를 예견 계산 결과의 함수로서 자동적 또는 수동적으로 제어봉 및 냉각재의 상태에 대해 취하는 단계가 행해진다.

이하, 원자로의 조업에 관계되는 수개의 조작들을 수행하는 데 준수되어야할 조건들이 정해질 수 있게끔 하는 본 발명에 따른 공정의 일실시예를 참조하여 이들 조작을 설명하겠다.

우선, 본 발명에 의한 조업방법의 일 실시예를 수행하는 데 사용하기 위해서, 16비트 128,000어용량을 갖는 중앙 메토리와, 자기디스크와, 각종 주변장치(예로서, 프린터, 텔레타이프라이터, 디스플레이큰솔 및 편치카드 판독기)를 구비한 계산기를 원자로 근방에 설치한다. 또한, 통상적으로 원자로 노심의 내부에는 노심의 상태를 정확히 검지할 수 있는 동시에 방사능의 분포 및 몇개의 중요한 중성자 인자를 제공하는 자동 제어장치를 설치하고, 원자로 용기 외부에도 노심내의 각종 높이에 있어서의 중성자속 ?측정하고 각종 위치에 있어서의 물리적 및 화학적 측정치들을 취하여 원자로의 각종 파라메터(예로서, 압력, 배출량, 온도, 붕소농도 등)를 결정하기 위한 자동제어장치를 설치하는데, 이같은 자동제어 장치는 계산기에 수치 데이터를 연속적으로 공급하기 위해 사용되므로, 계산기에는 계산에 고려되는 어떤 종류의 파라메터들에 대한 순시적인 실제 데이터가 도입된다.

한편, 계산기에는 초기에 펀치카드 또는 자기매체에 의해 소정량의 기초 데이터가 도입되는데, 이들 기초 데이터는 이용되는 수학적 모델에 의해서 중성자의 계산에 필요케 되는 심효 단면적 및 그외의 어떤 다른 파라메터와 같이 원자로에 관련하는 중성자 데이터로서 기하학적이다. 또한 계산기에는 조작의 개시시에 전처리과정이나 내부의 자동제어장치로부터 공급되는 중성자속, 출력 등의 축방향분 포관련하는 데이터도 도입된다.

계산기에 전송되는 것으로서 원자로내에서 실시간적으로 얻어지는 데이터를 형성하는 파라메터들은 본질적으로 제어봉의 위치, 냉각제의 유입온도 및 배출온도, 원자로에 요구되는 출력레벨, 냉각재의 붕소농도 및 축방향의 중성자속 편차에 관련한다. 상기에 있어서, 축 방향의 중성자속 편차에 관련하는 파라메터는 (OH-OB)/(OH+OB)의 비를 나타낸다. 단, 여기서 OH는 노심상반부의 중성자속이고, OB는 노심하반부의 중성자속이다.

계간기에 있어서는 시간도 고려되고, 계산기는 도입되는 다른 각종 정보에 상응하는 일시를 기록한다. 계산기는 이들 각종의 데이터들로부터 출력, 중성자속, 연료소비 및 연료봉에 따라 형성되는 제논(Xenon)농도의 축방향분포, 그리고 상기 정의된 바와 같은 축방향 편차를 실시간적으로 연속 제공한다.

한편, 계산된 파라메터들중의 어떤 것들은 또한 원자로에서 측정도 되는데, 계산을 위한 수학적 모델이 현장에서의 사용을 위해 간략화 되었다는 사실을 고려해 볼 때, 어느 정도의 원자로 조업 기간이 경과한 후에는 계산치와 측정치간에 다소의 편차가 발생할 수도 있다. 따라서, 수학적 모델의 재조절을 위해 정해진 시간 간격으로 계산치를 측정치로 바꾼다.

이와같이, 모델을 정기적으로 재조절하면 장기간의 조업에 대해서 양호한 정확도를 유지하면서 간략화된 모델을 사용할 수 있게 된다. 더우기 계산기에 조업 파라메터로 호칭되며 수치형태로 연속 측정되는 제어봉 또는 냉각재의 상태에 관련하는 파라메터들을 입력시키는 것에 의해서 원자로 노심의 상태에 관련하는 파라메터들을 연속적으로 얻어낼 수 있는데, 이같은 파라메터들의 변화에 대한 계산은 조작자가 원자로를 조업할 수 있게끔 하는 정도로 충분히 정확하다.

한편, 원자로중에 도입되는 기초 데이터중에는 출력 또는 중성자속 분포에 관한 안전 제한치, 임계비등 개시온도 및 원자로 작동 정지인수가 포함된다.

따라서, 상술한 바로부터 계산기 및 본 발명에 의한 조업 방법의 주요 역활이 원자로 노심의 상태를 나타내는 파라메터들을 연속적으로 계산하고 기록하는 것임을 명백히 알 수 있다.

한편, 상기한 파라메터들의 값들은 필요에 따라 편집되고, 각종 시점에서 얻어진채로 보존될 수 있다. 원자로는 연료봉들 사이에서 이동될 수 있는 제어봉 그룹을 제어 수단으로서 구비한다.

이하 일정한 축방향 변화 방법으로서 호칭되는 하나의 제어방법이 제1및 2도를 참조하여 설명되며, 또한 상기 도면은 각각 제어봉그룹 A,B,C,D 중 한그룹 D의 이동과 시간에 따른 대음 중성자속차의 변화를 도시하고 있다.

제1도는 원자로의 조업에 있어서, 제어봉그룸 D에 의해서 점유되며, 제어봉 인출스텝의 수로서 측정되는 연속적인 위치들을 시간의 함수로서 도시한 것으로, 이 파라메터는 제어봉의 완전 삽입시에는 영이며, 제어봉의 완전 인출시에는 최대이다.

제2도는 각종 조작에 수반되는 중성자속의 차성분 △

=α×(

_H-

_B)에 있어서의 대응 변화를 시간의 함수로서 도시한 것이다. 원자로 시험프로그램으로 수행되는 조작에 있어서의 출발조건은 제어봉그룹 D의 삽입이 199스텝이고, 상대출력레벨이 공칭출력의 73%이다. 제어봉그룹 D의 삽입이 제1도에 도시된 바와같이 변경되고 중성자속의 차성분

가 제2도에 도시된 바와같이 변경되는 수시간의 조업기간이 경과한 후, 조작자는 수행될 시험의 범주내에서 제논진동의 트리거를 위해 제어봉그룹 D를 시점 T₁에서 204스텝으로 설정해야만 한다.

따라서, 이 경우 조작자가 당면케 되는 문제는 최적의 조업을 유지함과 동시에 특히 소망의 안전한도를 주시하면서 제어봉그룹 D의 새로운 삽입을 고려하여 원자로의 조업이 확실하게 행해질 수 있도록 냉각재중의 붕소농도, 즉, 냉각재에 첨가되는 붕소산 또는 물의 양을 알고 있어야 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 조작자는 제어봉 그룹의 새로운 삽입효과 및 냉각재중의 붕소함유량에 대해 행해질 수정을 미리 계산하기 위해, 예정의 프로그램을 조치의 함수로서 이용한다.

따라서, 이같은 프로그램 및 제어봉그룹 D의 소망의 삽입에 대응하는 입력데이터를 이용하면 조작자는 냉각재에 첨가될 붕소산의 양의 형태로 조업의 표식을 디스플레이스크린 및 프린터를 통해 즉시적으로 얻는다. 조작자는 또한 별도의 프로그램을 이용하여 제어봉그룹 D의 새로운 삽입후 계속되는 수시간 동안에 중성자속의 축방향분포 및 제논진동의 변화와, 필요한 프로그램에 의존하는 붕소산의 첨가량을 알 수 있다.

본 발명의 방법은 파라메터들의 변화와 관련하는 예견을 가능하게 하며, 제어봉의 삽입과 같이 소정의 데이터를 변경하는 경우에 취해질 양호한 조치를 알 수 있게 한다. 제어봉그룹 D를 204스텝으로 새로이 삽입하고, 예견적인 계산의 결과에 따라 붕소 함유량을 변경하는 것에 대응하는 시점 T₁이후의 중성자속은 제2도에 도시된 바와같이 시점 T₂까지 변하는데, 시점 T₂에서는 제어봉그룹 D의 재삽입에 의해 제논진동을 억압하는 것이 바람직하다.

따라서, 이같은 안정화를 실현하기 위해서는 제어봉그룹 D를 165스텝으로 설정하고, 축방향편차를 냉각재의 붕소함유량을 수정하는 것에 의해서 그의 평형치에 대해 ±3%로 유지하는 것이 바람직한데, 이렇게 하기 위해서, 조작자는 165스텝으로 설정된 제어봉그룹 D에 관한 축방향평형치의 편차치를 계산할 수 있는 프로그램 및 이미 계산된 값의 ±3% 범위내에 축방향편차가 유지되게끔 냉각재에 첨가되어야 할 붕소산 또는 물의 양을 결정할 수 있는 프로그램을 이용한다.

결과적으로 이와같이 하여, 조작자는 제논 진동이 감쇄되게끔 수행되어야 할 모든 조작을 미리 알고서 원자로의 조업을 행할 수 있게 된다.

제1도에 도시된 조작의 경우, 이는 축 방향평형편차치 및 냉각재중의 가용성 붕소의 농도에 대해 취해질 조치를 알지 못하는 조작자에 의해서 수행된 실제 조작을 도시한 것으로, 축 방향편차가 180스텝의 제어봉 그룹 D에 관한 평형에 실제 대응하는 값에서 안정화된 것을 볼 수 있다.

이 경우, 어떤 이유로 인해서 긴급정지가 시점 T₃에서 발생되면 이때 조작자는 재시동에 필요한 조작을 알기 위해 다시 계산기를 이용하고, 재시동 후에는 제어장치 그룹이 급속한 출력회복 위치에 유지될 수 있도록 냉각재의 붕소농도에 취해질 조치가 결정되어야만 하는데, 소위 "정지후의 재시동"으로 불리우는 프로그램은 입력 데이터로서 제어봉그룹의 출력회복위치 또는 출력레벨을 공급하는 것에 의해 냉각재의 가용성 붕소농도에 취해질 조치를 정지 후 수반되는 소정의 기간중에 알 ?있게 한다.

이때, 계산기는 소망의 시점에서 조작자에게 수행될 조작에 대한 지시를 제공한다.

이와같이, 본 발명의 방법은 계산기에 질문하는 조작자에 의해 의도되는 조작의 여부를 예견하는 것에 의해 긴급정지를 회피할 수 있을 뿐만 아니라, 긴급정지 후의 재시동과 같은 조작을 안전하게 수행할 수 있게한다. 계산프로그램이 급히 다른 상황 및 일련의 조작에 대응하여 고려될 수 있기 때문에, 계산기에 부과될 수 있는 임무수행의 능력은 예견적인 계산의 분야에만 한정되지 않는다. 즉, 원자로 조업 파라메터의 어떤 변경의 결과로써 어떤 파라메터예로서, 출력레벨, 제어봉의 위치, 가용성 붕소의 농 ?또는 냉각재의 유입 및 배출 온도와 같은 파라메터의 변경을 계산할 수 있다. 이들 예견적인 계산은 반응도 또는 축방향편차의 값에 관련하는 소정의 조건을 부과하는 것에 의해 수행될 수 있다. 또한, 부하 추적 프로그램 즉, 원자로에 의해 공급될 시간 함수로서의 출력프로그램 범주내에서 수행될 조작의 결정에 대응하는 보다 복잡한 프로그램도 고려될 수 있다.

어떤 출력 프로그램, 예로서, 원자력 발전소가 원격 제어되는 경우에서와 같이 대단히 급속한 출력변동을 포함하는 프로그램도 고려될 수 있다. 계산기에 의해서 결정된 원자로 조업에 관련하는 지시 또는 예견적인 계산은 모든 경우에 있어서, 원자로의 안전 한도를 고려하므로써, 어떤 오조작도 회피된다.

또한, 계산기는 다른 기능 예로서, 시험의 수행시 또는 사고 후에 노심내에서 취해진 측정의 분석을 행하거나, 연료의 상태를 극히 정확하게 결정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 원자로로부터 원격의 장소에서 분석을 행하는 경우보다 분석속도가 대단히 높아지게 된다.

본 발명에 의한 방법의 잇점은 원자로의 조업에 유용한 모든 파라메터들이 보지되어야 할 출력 프로그램 및 안전한도를 고려하면서 원자로의 작동중에 실시간적으로 계산될 수 있다는 것이다. 원자로 노심의 상태가 현장에서 수치적으로 표시되기 때문에 이에 의해서 어떤 종류의 예견적인 계산을 행할 수 있거나, 또는 어떤 출력 프로그램에 상응할 수도 있으며, 또한, 조작자는 취할 수 있는 조치의 결과 또는 소기의 목적에 대해 취해질 조치를 미리 알 수 있다.

본 발명의 방법에 의한 또 다른 잇점은 액체 냉각재중의 가용성 붕소에 대해 취해지는 조치가 극히 정확하기 때문에 원자로는 소량의 배출물로 작동될 수 있다. 계산의 보조적인 조건으로서, 배출량의 최소화, 제어봉 이동의 최소화 또는 제어조건으로서의 기타 파라메터를 계산에 도입하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 방법은 상기한 실시예에만 국한되지 않으며, 모든 변형 실시예를 포함한다. 예로서, 모든 파라메터의 순시적인 인식에 필요한 계산은 조작자가 행할 수 있는 조작의 결과를 예견적인 계산에 의해서 얻을 수 있도록 조작자와 계산기간의 소통 가능성 및 계산기의 실시간적인 이용과 처리시간이 양립할 수 있다면, 중성자 확산의 계산으로부터 유도되는 적당한 수학적인 모델을 이동하여 임의 형태의 계산기에 의해 수행될 수 있다.

원자로의 조업에 유용한 계산의 파라메터는 전술한 파라메터 이외의 다른 파라메터를 포함할 수 있고, 노심내에서 발생하는 재현상의 수치료시의 정확도는 조업 방법의 실시간적 이용과 양립하는 처리시간 동안 현장에서 사용되는 계산기로 상기 정확도를 얻을 가능성에 의해서만 한정된다.

상술한 예에서 본 발명에 의한 조업 방법은 고흡수성의 제어봉그룹을 이용하여 일정한 축방향편차로 조작하는 경우에 적용되었지만, 본 발명은 다른 조작 방법의 경우, 예로서, 프랑스특허 제77-19316호에 명세된 바와같이 그레이(gray)군 및 조절군으로 호칭되는 저흡수성의 제어봉균을 이용하는 조작의 경우에도 적용될 수 있다.

상술한 예에서 취해질 조치에 대한 지시 또는 예견적인 계산을 얻기위해 계산기에 질문하는 조작자에 의해 조치가 취해졌지만, 원자로의 조업을 위해 계산기에 의해서 공급되는 명령에 자동적으로 응답하는 수단을 고려할 수도 있다.

그러나, 조작자가 관여된 경우에는 본 발명의 방법에 의해 조작자가 고려하고 있는 여러가지 다른 조업방법을 시뮬레이션으로서 실험적으로 연구할 수 있으며, 이들 새로운 조작 방법의 결과는 신속하고도 자동적으로 얻어진다.

또한, 본 발명의 방법은 가압수형 원자로에 적용될 뿐만 아니라, 냉각재로서 물을 사용하는 다른 형태의 원자로에도 적용될 수 있다.

Claims (1)

1. 원자로 노심에서의 출력의 적정공급이 모든 순시점에 대하여 얻어지도록 제어봉의 이동과 냉각재의 물리적 및 화학적 상태의 변경에 의해서 경수 냉각형 원자로를 조업하는 방법에 있어서 제어봉의 위치 및 냉각재의 물리적 및 화학적 상태에 관련하는 조업 파라메터의 순시치를 수치형태로서 연속적으로 측정하여 기록하는 단계와 ; 조업 파라메터의 현저한 변경이 있을 때마다, 원자로가 작동하는 동안 원자로 근처에서 예정의 시간 간격을 두고 원자로 노심내의 중성자속, 출력 분포 및 연료상태에 관련하는 파라메터를의 순시치를 조업 파라메터의 함수로서 소정 기간동안의 원자로 조업에 충분한 정밀도를 확보하며서 정확하게 계산하는 단계와 ; 원자로 노심의 상태에 관련하는 파라메터들의 값들을 소정의 시간 간격을 두어 측정하는 단계와 ; 원자로 노심에 관련하는 파라메터들의 계산치 및 측정치들을 연속적으로 기록하는 단계와 ; 원자로 노심에 관련하는 계산치를 측정치로 대체하는 단계와 ; 제어봉 또는 냉각재의 상태에 대해 취해진 일련의 조치나 원자로에 의해 공급될 출력의 프로그램으로부터 초래되는 변경된 파라메터들과, 출력 프로그램의 추적, 즉, 소정 원자로 노심상태의 취득, 보존 또는 제공을 위해 필요한 취해질 조치를 원자로의 안전한도를 고려하여 파라메터들의 기록치들로부터 예견적으로 계산하는 단계와 ; 조치를 예견 계산결과의 함수로서 자동적 또는 수동적으로 제어봉 및 냉각재의 상태에 대해 취하는 단계로 이루어진 경수 냉각형 원자로 조업방법.

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