WO2025154875A1 - 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법 - Google Patents

개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법

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WO2025154875A1
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최선미
강성곤
이광현
이동일
임희택
이호철
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Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
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    • G—PHYSICS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a design method of a nuclear reactor protection system for individual status signals.
  • Nuclear power plants have a protection system that receives various status signals such as temperature, pressure, flow rate, and state change rate, detects abnormal conditions, and determines whether to stop the reactor or operate engineering safety equipment.
  • status signals such as temperature, pressure, flow rate, and state change rate
  • the purpose of the present invention is to provide a design method of a nuclear reactor protection system for individual status signals.
  • the above object of the present invention is achieved by a design method of a nuclear protection system for an individual status signal, wherein the nuclear protection system receives the individual status signal and determines a reactor shutdown or an operating condition of a safety device, the nuclear protection system has a basic number of channels for the input and determination, and includes a step of designing the number of channels according to whether at least one of a malfunction consideration requirement, a single failure requirement, and an online maintenance requirement is applied; a step of designing multiplexing of the channels according to whether a reliability improvement requirement is applied; and a step of designing application of heterogeneous devices to the channels according to whether a self-diversity implementation requirement is applied.
  • each channel includes comparison logic and simultaneous logic.
  • the number of channels can be increased, if a malfunction consideration requirement is applied, the number of channels can be increased, and if an online maintenance requirement is applied, the number of channels can be increased.
  • the number of channels may be increased by 1 each by applying the above malfunction consideration requirements, single failure requirements, and online maintenance requirements.
  • Multiplexing of the above channels can be performed within individual channels.
  • the application of the above heterogeneous devices is applied in a state where individual channels are multiplexed, and can be applied to at least one of between channels and within channels.
  • the method further includes a step of adjusting the number of channels depending on whether the requirement for reducing the number of channels is applied, while all of the malfunction consideration requirements, single-fault requirements, online maintenance requirements, reliability improvement requirements and self-diversity implementation requirements are applied, and the adjustment of the number of channels can be performed when the single-fault requirement is satisfied by a channel of another type of device when a channel of one type of device is bypassed.
  • a step of determining the number of types of heterogeneous devices may be further included depending on whether the requirement for minimizing the types of heterogeneous devices is applied.
  • the number of types of heterogeneous devices can be two.
  • a design method of a nuclear reactor protection system for individual status signals is provided.
  • FIG. 1 is a part of a flow chart showing a design method of a nuclear reactor protection system according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart of a design method of a nuclear reactor protection system according to one embodiment of the present invention when malfunction is not considered.
  • Figures 3a to 3g show the design results of each reactor protection system shown in Figure 2.
  • Figure 4 is a flow chart of a case in which malfunction is considered in a design method of a nuclear reactor protection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS 5a to 5g illustrate the design results of each reactor protection system shown in Figure 4.
  • the present invention described below can be implemented by a design system using a computer and a communication device.
  • the communication device includes both wired communication and wireless communication.
  • the design system may include a malfunction consideration requirement application judgment unit, a single failure requirement application judgment unit, an online maintenance requirement application judgment unit, a reliability improvement requirement application judgment unit, a self-diversity implementation requirement application judgment unit, a channel number reduction requirement application judgment unit, and a heterogeneous device type minimization requirement application judgment unit.
  • the design system may include an input unit that receives input for determining whether to apply, a design unit that designs a protection system by reflecting the application result, and an output unit that outputs the design result.
  • the present invention relates to a design method of a nuclear reactor protection system for individual status signals.
  • the individual status signals may be, but are not limited to, temperature, pressure, flow rate, or output change rate of a reactor.
  • the reactor protection system receives individual status signals and determines the conditions for reactor shutdown or safety device operation, and the nuclear power plant executes reactor shutdown or safety device operation based on this determination.
  • the reactor protection system has the basic number of channels for the above input and judgment.
  • Each channel includes comparison logic and simultaneous logic.
  • the comparison logic receives a variable input, compares it with a fixed/variable set value, and generates an initiation signal if the set value is violated.
  • the initiation signals perform a function of receiving inputs from each channel in the simultaneous logic circuit and performing voting (1 out of 2, 1 out of 3, 2 out of 3, 2 out of 4), and performs different voting depending on the related multi-design.
  • the basic number is 1 will be described as an example, but the present invention is not limited thereto.
  • FIGS. 1 to 5g A design method of a nuclear reactor protection system according to the present invention is described with reference to FIGS. 1 to 5g.
  • the number of channels (N) is determined by determining whether to apply the single failure requirement (S30) and whether to apply the online maintenance requirement (S31).
  • the requirement of minimizing the types of heterogeneous devices can also be expressed as an economic requirement.
  • redundancy can be applied by (-1), because when one type of device is bypassed due to a failure or maintenance, the single failure requirement can be satisfied by another type of device.
  • the 2nd device consisting of heterogeneous devices ((N+1 as 3) can satisfy the single failure criterion.
  • Logic circuits with different shapes in Figs. 5a to 5g indicate heterogeneous devices.

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Abstract

본 발명은 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법에 관한 것으로, 상기 원자로 보호계통은 상기 개별 상태신호를 입력받고 원자로 정지 또는 안전기기의 작동조건을 판단하며, 상기 원자로 보호계통은 상기 입력 및 판단을 위한 기본 개수의 채널을 가지며, 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건 중 적어도 하나의 적용여부에 따라 상기 채널의 개수를 설계하는 단계; 신뢰도 향상 요건의 적용여부에 따라 상기 채널의 다중화를 설계하는 단계; 및 자체 다양성 구현 요건의 적용여부에 따라 상기 채널에의 이종기기 적용을 설계하는 단계를 포함한다.

Description

개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법
본 발명은 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법에 관한 것이다.
원자력발전소에는 온도, 압력, 유량 및 상태변화율과 같은 다양한 상태신호를 입력받고, 이로부터 이상상태를 감지하여 원자로 정지 또는 공학적 안전설비의 구동을 결정하는 보호계통이 있다.
최근, 디지털 설비의 도입 및 여러 요건에서의 요구 사항에 의해 보호계통의 적절한 설계가 매우 중요해지고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법에 있어서, 상기 원자로 보호계통은 상기 개별 상태신호를 입력받고 원자로 정지 또는 안전기기의 작동조건을 판단하며, 상기 원자로 보호계통은 상기 입력 및 판단을 위한 기본 개수의 채널을 가지며, 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건 중 적어도 하나의 적용여부에 따라 상기 채널의 개수를 설계하는 단계; 신뢰도 향상 요건의 적용여부에 따라 상기 채널의 다중화를 설계하는 단계; 및 자체 다양성 구현 요건의 적용여부에 따라 상기 채널에의 이종기기 적용을 설계하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 기본 개수는 1개이며, 상기 각 채널은 비교논리 및 동시논리를 포함하며, 상기 채널의 개수를 설계하는 단계에서는, 오동작 고려 요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시키고, 단일고장 요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시키고, 온라인 정비요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시킬 수 있다.
상기 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용에 의한 채널의 개수의 증가는 서로 독립적으로 수행될 수 있다.
상기 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용에 의해 채널의 개수는 각각 1개 증가될 수 있다.
상기 채널의 다중화는 개별 채널 내에서 수행될 수 있다.
상기 이종기기의 적용은, 개별 채널이 다중화된 상태에서 적용되며, 채널 간 및 채널 내 중 적어도 하나에 대해 적용될 수 있다.
오동작 고려 요건, 단일고장 요건, 온라인 정비요건, 신뢰성 향상 요건 및 자체 다양성 구현 요건이 모두 적용된 상태에서, 채널 개수의 감소 요건의 적용여부에 따라 채널 개수를 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 채널 개수의 조절은 일 기종의 채널이 바이패스되는 경우 타 기종의 채널로 단일고장 요건을 만족하는 경우에 수행될 수 있다.
상기 채널 개수의 감소 요건이 적용되면 채널 개수는 4개에서 3개로 감소할 수 있다.
상기 채널 개수를 조절한 이후에, 상기 이종기기의 종류의 최소화 요건의 적용여부에 따라 이종기기의 종류의 개수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이종기기의 종류의 최소화 요건이 적용되면 상기 이종기기의 종류의 개수는 2개가 될 수 있다.
본 발명에 따르면 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법를 나타낸 순서도의 일부이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법에서 오동작을 고려하지 않은 경우의 순서도이고,
도 3a 내지 도 3g는 도 2에 나타낸 각 원자로 보호계통의 설계결과물을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법에서 오동작을 고려한 경우의 순서도이고,
도 5a 내지 도 5g는 도 4에 나타낸 각 원자로 보호계통의 설계결과물을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하에서 설명하는 본 발명은 컴퓨터 및 통신장치를 이용하는 설계 시스템에 의해 수행될 수 있다. 통신장치는 유선통신 및 무선통신을 모두 포함한다.
설계 시스템은 오동작 고려 요건 적용판단부, 단일고장 요건 적용판단부, 온라인 정비 요건 적용판단부, 신뢰도 향상 요건 적용판단부, 자체 다양성 구현 요건 적용판단부, 채널 개수 감소 요건 적용판단부 및 이종기기 종류 최소화 요건 적용판단부를 포함할 수 있다. 또한, 설계 시스템은 적용여부를 판단하기 위한 입력을 받아들이는 입력부와, 적용결과를 반영하여 보호계통을 설계하는 설계부 및 설계결과를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명은 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법에 대한 것으로, 개별 상태신호는, 이에 한정되지 않으나, 반응기의 온도, 압력, 유량 또는 출력 변화율 등일 수 있다.
원자로 보호계통은 개별 상태신호를 입력받고 원자로 정지 또는 안전기기의 작동조건을 판단하게 되며, 원자력 발전소는 이 판단에 따라 원자로 정지 또는 안전기기의 작동을 실행한다.
원자로 보호계통은 상기 입력 및 판단을 위한 기본 개수의 채널을 가지고 있다. 각 채널은 비교논리와 동시논리를 포함한다. 비교논리는 변수의 입력을 받아서 고정/가변 설정치와 비교하여 설정치를 위반하는 경우 개시신호를 발생시킨다. 해당 개시신호들은 동시논리 회로에 각 채널에서 입력을 받아서 voting을 수행하는 기능을 한다(1 out of 2, 1 out of 3, 2 out of 3, 2 out of 4) 등 관련되는 다중설계에 따라 다른 voting을 수행한다. 이하에서는 기본 개수가 1인 경우를 예시하여 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 5g를 참조하여 본 발명에 따른 원자로 보호계통의 설계방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법를 나타낸 순서도의 일부이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법에서 오동작을 고려하지 않은 경우의 순서도이고, 도 3a 내지 도 3g는 도 2에 나타낸 각 원자로 보호계통의 설계결과물을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 보호계통의 설계방법에서 오동작을 고려한 경우의 순서도이고, 도 5a 내지 도 5g는 도 4에 나타낸 각 원자로 보호계통의 설계결과물을 나타낸 것이다.
먼저, 오동작(spurious actuation) 요건의 적용여부를 결정한다(S10). 오동작 요건을 고려하면, 즉, 오동작 시에도 원자로 보호계통의 기능을 유지되도록 하려면, 채널수(N)은 1이 증가하여 2가 된다. 오동작 요건을 고려하지 않으며, 채널수(N)는 1을 유지한다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 오동작 요건을 적용하지 않은 경우의 설계방법에 대해 설명한다.
우선 단일고장요건의 적용여부를 결정한다(S20) .
단일고장요건은 단일(1개가)고장이 발생하더라도 해당시스템이 요구된 기능을 수행하는데 문제 없이 본기능이 수행하는 요건을 말한다.
단일고장요건을 적용하면 채널수(N)은 1이 증가하여 2가 된다.
다음으로 온라인 정비(maintenance bypass)요건의 적용여부를 결정한다(S211, S213).
온라인 정비요건을 적용하면 채널수(N)은 1이 증가한다. 따라서 단일고장요건과 온라인 정비요건을 모두 적용하면 채널수(N)은 3이 되고, 단일고장요건만 적용하면 채널수(N)는 2가 된다.
다음으로 신뢰도 향상요건의 적용여부를 결정한다(S212, S214, S217).
신뢰도 향상요건을 적용하면, 각 채널을 다중화한다.
마지막으로 자체다양성 구현 요건의 적용여부를 결정한다(S215, S216, S218).
자체다양성 구현 요건을 적용하면, 같은 원인에 의해 동작이 실패하지 않는 2개 이상의 논리회로를 사용한다. 즉, 이종기기를 도입하는 것이다. 이종기기로는, 이에 한정되지 않으나, PLC, FPGA, DCS 및 아날로그 전자카드에서 2개 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
이상과 같은 적용요건의 선택에 따라 설계된 보호계통은 도 3a 내지 도 3g와 같다. 도 3a 내지 도 3g에서 모양이 다른 논리회로는 이종기기를 의미한다.
오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용여부에 따라 채널수(N)가 결정된다. 신뢰도 향상 요건의 적용여부에 따라 채널의 다중화가 결정된다. 도 3a의 설계 1, 도 3b의 설계 2, 도 3f의 설계 6 및 도 3g의 설계 7은 채널의 다중화요건이 적용된 설계이며, 도 3c의 설계 3, 도 3d의 설계 4 및 도 3e의 설계 5는 채널의 다중화요건이 적용되지 않은 설계이다.
또한, 자체다양성 구현 요건의 적용여부에 따라 채널에의 이종기기 적용여부가 달라진다. 설계 1, 설계 2, 설계 4 및 설계 6은 자체 다양성 구현 요건이 적용된 경우이다. 설계 1은 채널 간에서 자체 다양성 구현 요건이 적용된 경우이며, 설계 2는 채널 내에서 자체 다양성 구현 요건이 적용된 경우이다.
다음으로 도 4 및 도 5a 내지 도 5g를 참조하여 오동작 요건을 적용한 경우의 설계방법에 대해 설명한다.
앞에서와 동일하게 단일고장요건의 적용여부(S30) 및 온라인 정비요건 적용여부(S31)을 결정하여 채널수(N)를 결정한다.
단일고장요건과 온라인 정비요건을 모두 적용하면 채널수(N)는 4가 된다. 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용에 의한 채널의 개수의 증가는 서로 독립적으로 수행된다.
다음으로, 신뢰도향상요건 적용여부(S311) 및 자체다양성 구현 요건의 적용여부(S312, S313)를 판단한다.
신뢰도 향상요건을 적용하면 각 채널을 다중화하며, 자체다양성 구현 요건을 적용하면 이종기기를 도입한다.
다음으로 4개 채널, 다중화 및 이종기기 도입까지 적용된 경우에 대해 채널 개수의 감소 요건의 적용여부(S314)를 판단한다.
채널 개수의 감소 요건은 기술최적화 요건으로도 표현될 수 있다.
채널 개수의 감소 요건이 적용되면 채널수를 4개에서 3개로 감소시킨다. 채널 개수의 감소는 일 기종의 채널이 바이패스되는 경우 타 기종의 채널로 단일고장 요건을 만족하는 경우에 수행될 수 있다.
다음으로 이종기기 종류 최소화 요건의 적용여부(S315)를 결정한다.
이종기기 종류 최소화 요건은 경제성 요구로도 표현될 수 있다. 신호/기능 다양성 설계시 다중성을 (-1)씩 적용가능한데, 이는 한가지 기종이 고장이나 정비 목적으로 bypass 될 때에 다른 기종으로 단일고장요건을 만족 가능하기 때문이다. 다시 설명하면, 이기종 기기로 구성된 1번이(N+1=3) 온라인 정비를 수행할때 (3 -1=>2개로 되어 단시간의 시험 및 정비시간동안만)) 이기종 기기로 구성된 2번이 ((N+1로 3) 단일고장기준을 만족할 수 있다.
이를 통해 규제요건만족(단일고장기준/온라인정비) 및 안전에 영향이 없으면서 최적화된 설계가 가능하다.
이종기기 종류 최소화 요건이 적용되면 이종기기의 종류의 개수가 감소되며, 예를 들어, 2개로 감소할 수 있다.
이상 설명한 각 요건은 인허가요건, 설계요건, 안전요건 및 비용 등을 감안하여 적용여부를 결정할 수 있다.
이상과 같은 적용요건의 선택에 따라 설계된 보호계통은 도 5a 내지 도 5g와 같다. 도 5a 내지 도 5g에서 모양이 다른 논리회로는 이종기기를 의미한다.
오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용여부에 따라 채널수(N)가 결정된다. 신뢰도 향상 요건의 적용여부에 따라 채널의 다중화가 결정되며, 자체 다양성 구현 요건의 적용여부에 따라 채널에의 이종기기 적용여부가 달라진다.
도 5d의 설계 11은 오동작 고려 요건, 단일고장 요건, 온라인 정비요건, 신뢰도 향상 요건 및 자체 다양성 구현 요건이 모두 적용된 경우의 설계이다. 4개 채널에, 각 채널마다 이중화되어 있으며, 채널별로 서로 다른 4가지의 이종기기가 적용되어 있다.
설계 11에서 채널 개수의 감소 요건이 적용되면, 도 5e의 설계 12 및 도 5g의 설계 14와 같이 채널수가 3개로 감소한다. 설계 11에서 이종기기 종류 최소화 요건이 적용되면 도 5e의 설계 12 및 도 5f의 설계 13과 같이 2개의 이종기기만을 사용하게 된다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 개별 상태신호에 대한 원자로 보호계통의 설계방법에 있어서,
    상기 원자로 보호계통은 상기 개별 상태신호를 입력받고 원자로 정지 또는 안전기기의 작동조건을 판단하며,
    상기 원자로 보호계통은 상기 입력 및 판단을 위한 기본 개수의 채널을 가지며,
    오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건 중 적어도 하나의 적용여부에 따라 상기 채널의 개수를 설계하는 단계;
    신뢰도 향상 요건의 적용여부에 따라 상기 채널의 다중화를 설계하는 단계; 및
    자체 다양성 구현 요건의 적용여부에 따라 상기 채널에의 이종기기 적용을 설계하는 단계를 포함하는 설계방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기본 개수는 1개이며,
    상기 각 채널은 비교논리 및 동시논리를 포함하며,
    상기 채널의 개수를 설계하는 단계에서는,
    오동작 고려 요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시키고,
    단일고장 요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시키고,
    온라인 정비요건이 적용되면 채널의 개수를 증가시키는 설계방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용에 의한 채널의 개수의 증가는 서로 독립적으로 수행되는 설계방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오동작 고려 요건, 단일고장 요건 및 온라인 정비요건의 적용에 의해 채널의 개수는 각각 1개 증가되는 설계방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 채널의 다중화는 개별 채널 내에서 수행되는 설계방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이종기기의 적용은,
    개별 채널이 다중화된 상태에서 적용되며,
    채널 간 및 채널 내 중 적어도 하나에 대해 적용되는 설계방법.
  7. 제6항에 있어서,
    오동작 고려 요건, 단일고장 요건, 온라인 정비요건, 신뢰성 향상 요건 및 자체 다양성 구현 요건이 모두 적용된 상태에서,
    채널 개수의 감소 요건의 적용여부에 따라 채널 개수를 조절하는 단계를 더 포함하며,
    상기 채널 개수의 조절은 일 기종의 채널이 바이패스되는 경우 타 기종의 채널로 단일고장 요건을 만족하는 경우에 수행되는 설계 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 개수의 감소 요건이 적용되면 채널 개수는 4개에서 3개로 감소하는 설계 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 채널 개수를 조절한 이후에,
    상기 이종기기의 종류의 최소화 요건의 적용여부에 따라 이종기기의 종류의 개수를 결정하는 단계를 더 포함하는 설계 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이종기기의 종류의 최소화 요건이 적용되면 상기 이종기기의 종류의 개수는 2개가 되는 설계 방법.
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