(2005 년안전기술정보회의 ) 2005. 04. 두산중공업 ( 주 )
목 차 CPCS 개요 운영현황 개발필요성 국내외기술개발동향 기술개발추진단계 특허권및저작권 계통구성 알고리즘개발항목 기능설계연계도 적용 DNBR 방식
CPCS 개요 (1) 보호계통 (KSNP+, APR1400) 보호계통 PPS CPCS RTSS DPS RPS ESFAS HIGH LOGARITHMIC POWER TRIP HIGH/LOW PRZ. PRESSURE TRIP HIGH/LOW S/G WATER LEVEL TRIP LOW S/G PRESSURE TRIP, ETC. CONTAINMENT ISOLATION ACTUATION SIGNAL CONTAINMENT SPRAY ACTUATION SIGNAL MAIN STEAM ISOLATION ACTUATION SIGNAL SAFETY INJECTION ACTUATION SIGNAL AUXILIARY FEEDWATER ACTUATION SIGNAL 1 & 2 RECIRCULATION ACTUATION SIGNAL LOW DNBR TRIP HIGH LPD TRIP AUX. TRIPS (ASGT, RCP SPEED, OUT OF RANGE) To interrupt power source to the CEAs whenever it receives a trip signal Shunt Trip, UV Trip HIGH PZR PRESSURE TRIP HIGH CONTAINMENT PRESSURE TRIP AUX. FEEDWATER ACTUATIONSIGNAL TBN TRIP Connected DPS Trip Signal, MG-SET sources of electricity breaking 주 ) ESFAS:Engineered Safety Features Actuation System, UV : Under Voltage, PSZ:Pressurizer, DPS : Diverse System RTSS : Reactor Trip Switch Gear System, ASGT :Asymmetric Steam Generator Transient Trip
CPCS 개요 (2) CPC I/O 흐름도 OPERATOR MODULE DIGITAL DISPLAY ALARM RCS PRESSURE CEAC PENALTY FACTOR CEA RSPT SIGNAL EXCORE DETECTOR SIGNAL RCP SPEED SIGNAL HOT LEG TEMPERATURE COLD LEG TEMPERATURE CPC DATA LINK LOW DNBR PRETRIP LOW DNBR TRIP HIGH LPD PRETRIP HIGH LPD TRIP TO PLANT COMPUTER TO RPS TO RPS 10 5 0 DNBR 20 10 0 200 100 0 POWER MARGIN TO THE DNBR TRIP CALIBRATED NEUTRON FLUX POWER MARGIN TO THE LPD TRIP KW/FT 주 ) DNBR : Departure From Nuclear Boiling Ratio 핵비등이탈률기준 : 1.3 이상, Planar Radials 177, Axial 4 Div. Sub Channel (The ratio of the heat flux to cause departure from nucleate boiling to the actual local heat flux or a fuel rod.) LPD : Local Power Density 국부출력밀도기준 21kw/ft 이하, Axial 10 Div. Normal 5~10 kw/ft, 13.9 kw/ft RCS : Reactor Coolant System, RCP: Reactor Coolant Pump
운영현황 (1) 영광 3,4 호기 원자로정지 : 12 회 (3 호기 6 회, 4 호기 6 회 ) 제어봉위치신호 (8) 운전원실수 (3) 가변과출력트립 (1) CPC 채널트립 : 22 회 (3 호기 11 회, 4 호기 11 회 ) 제어봉위치신호 (8) RCP 속도 (3), 노외핵계측기신호 (3), 전원공급장치 (3) 저온관온도신호 (2), CPU/MPC Board(2) 원인불명 (1) 10 년이내에하드웨어전면교체예상 (CPU 단종, 예비부품부족 ) 주 ) MPC : Multi Peripheral Controller RCP: Reactor Coolant Pump
운영현황 (2) 울진 3,4 호기 원자로정지 : 2 회 (3 호기 2 회 ) 제어봉위치신호 (2) CPC 채널트립 : 2 회 (3 호기 2 회 ) 제어봉그룹 4&5 삽입순서 (2) 부품노후화및예비부품의부족으로인해하드웨어교체필요성증가
개발의필요성 주요주요부품의생산중단및노후화 영광 3,4 이후 CPCS 주요부품생산중단 노후화진행으로가동원전 CPCS 의순차적교체필요 공급사의 CPCS 개선개선한계 Common-Q CPCS 개발 ( 부품중단및구조적인문제점일부개선 ) 운전여유도또는운전성향상을위한알고리즘개선없음 알고리즘개선을통한통한성능성능개선개선필요 DNBR 계산방법의최적화등을통해운전여유도개선필요 제어봉집합체연산기 (CEAC) 계통단순화를통한운전성향상필요 해외해외기술종속탈피탈피및경쟁력확보확보 해외원천기술사로부터기술종속탈피원전보호계통국산화적용및확대적용기반구축
국내외기술개발동향 (1) 국외현황 미국웨스팅하우스사는 Common-Q CPCS 개발 Hardware 플랫폼을 Concurrent 3205에서 AC160으로변경 CEAC 수량을 2개에서 8개로변경하여구조적인문제점개선 부분적인알고리즘변경등 적용 Palo Verde #1,2,3( 미국 ) 신고리 #1,2( 06.3), 신월성 #1,2( 07.3) 신고리 #3,4( 공급계약추진중 )
국내외기술개발동향 (2) 국내현황 알고리즘기술수준알고리즘기술수준 소프트웨어기술수준소프트웨어기술수준 기능설계및알고리즘개발수행 ( 울진 #3,4~) 국내 CPCS 소프트웨어자체설계 / 검증수행 ( 영광 #5,6~) KNICS 주관의 CPCS 개발타당성검토과제수행 ( 03.6) 현황 Common Q CPCS 소프트웨어설계및검증시험수행중 ( 신고리 #1,2~) 하드웨어기술수준하드웨어기술수준 두산중공업 : 원전안전등급제어설비공급가능자회사 (HFC) 보유 우리기술 : 원전 PCS 국산개발완료 KNICS : 원전안전등급 Platform 개발중
기술개발추진단계 (1) 개량개량 Algorithm 개발개발 (KNFC/KAERI/KOPEC(SD)) - 기능설계및 DB 생산 - 개량형알고리즘개발 - 모의전산코드개발 - 검증시험자료생산 - 해외기술자문 과제과제총괄총괄및 H/W H/W개발 (( 두산중공업 )) -H/W Platform 선정 - Single Channel Facility 개발 -I/O Simulator 개발 - 개량알고리즘, 개선방안,S/W 개발총괄및검토 -KINS 인허가자문 System 개선방안 (( 한수원한수원 )) - 현장개선요구사항도출 - 운전원연계향상방안도출 - 설계결과물및통합시험절차서검토 S/W S/W 개발개발 (KOPEC(SD)) - 계통구조설계 - CPC/CEAC 소프트웨어개발 - OM/MTP 소프트웨어개발 - 소프트웨어확인및시험 계통시험계통시험 - 계통기능시험 - 계통성능시험
노심보호계통시제품완성H/W 플랫폼선정 기술개발추진단계 (2) 최종목표 : Common Q 노심보호연산기계통기술수준이상의성능을가진개량형노심보호계통개발 1 차년도 2 차년도 3 차년도 KAERI 최적실시간열수력모듈선정열수력모듈및 DB 생산열수력모듈및 DB 검증 KNFC 상세알고리듬개발 기능설계요건서작성 Offline 전산코드개발 기능설계검증시험자료생산 검증시험용전산코드개발 KOPEC(SD) 두산중공업 냉각재펌프계측기변경알고리듬개발 계통설계요건서작성 S/W 플랫폼선정 S/W 요건서작성 S/W 사양서작성 S/W 구현 SCF, 입출력알고리듬및 SW 총괄 / 검토시뮬레이터설계 SCF, 입출력시뮬레이터제작 통합 계통성능시험 계통기능시험 한수원 현장개선요구사항, 운전원연계기능향상방안도출, 통합시험절차서검토 2 단계대비 V/V Concept Phase V/V Req't Phase V/V Design Phase V/V
특허권및저작권 미국특허 3 건 (4080251, 4318778, 4330367 1973 년출원 ) 특허권리존속기간 ( 출원일기준 20 년 ) 만료 전산코드는저작권보호대상이나국내활용가능 ( 미국정부제한코드제외 ): 한전 -CE 기술협정 (1997)
계통구성 (1) 표준원전 CPCS 구성도 CHANNEL A CHANNEL B CHANNEL C CHANNEL D OM OM OM OM 18 CEAS 18 CEAS 18 CEAS 18 CEAS 37 CEAS 37 CEAS Isolation Optical Isolation Assembly CEA No1. CEA No2. Optical Isolation Assembly Deviation Penalty 4 Isolated Data Links CRT Display Deviation Penalty 4 Isolated Data Links Processor:6,CPOIA:80 CPOIA(CEA Position Optical Isolation Assembly
계통구성 (2) Common Q CPCS 구성도 CEA POSITION DISPLAY CHANNEL A CHANNEL B CHANNEL C CHANNEL D OM Intra Channel Network MTP 18 CEAS Analog Inputs (RSPT1) OM OM OM 55 CEAS 55 CEAS MTP Analog MTP Analog MTP Inputs Inputs (RSPT1) (RSPT2) 18 CEAS Analog Inputs (RSPT2) CPPCEAC 1 1 CPPCEAC CPPCEAC CPP CEAC CPPCEAC CPPCEAC CPPCEAC CPPCEAC 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 CEAC1 / CEAC2 HSLs To CPC Redundant RSPT1 HSLs To CEAC 1 Redundant RSPT2 HSLs To CEAC 2 Multiple Redundant Cross Channel HSLs For CEA Position Transmission (RSPT Data Links) Processor:32,OIA:48 CPP:CEA Position Processor
계통구성 (3) 개량형 CPCS 구성도 CHANNEL A CHANNEL B CHANNEL C CHANNEL D OM OM OM OM MTP 18 CEAS Analog Inputs (RSPT1) 55 CEAS 55 CEAS MTP Analog MTP Analog MTP Inputs Inputs (RSPT1) (RSPT2) 18 CEAS Analog Inputs (RSPT2) CCP1 CCP2 CCP1 CCP2 CCP1 CCP2 CCP1 CCP2 Redundant RSPT CEAC1 CEAC1 CEAC2 CEAC2 Deviation Penalty 8 Isolated Data Links Target CEAs OM : Operator Module, MTP : Maintenance and Test Panel CCP : Channel Communication Processor CEAC : CEA, CEA : Control Element Assembly RSPT : Reed Switch Position Transmitter
계통구성 (4) CPC 계통부품비교 구분 CPCS Common Q CPC 개량형 CPCS CPP,CCP 0 8 8 CEAC 2 8 4 프로세서개수 CPU(CPC) 4 4 4 Auxiliary 0 4 0 합계 6 24 16 채널간광섬유격리장치개수 (73 CEAs) 4x20 4x12 4x6
알고리즘개발항목 (1) 노심보호계통계통구성의최적화 - 후보모델 : 통합형, 분산형 최적핵비등이탈률 (DNBR) 계산방법의적용 (CETOP-D) - 열적여유도증가 노심축방향출력분포합성법개선 ( 함수셋선정에따른 RMS오차감소 ) - Saddle 또는 Flat-type 출력분포의정확도향상 계측기입력신호검증절차의개선 - 오신호의선별 (CPC 입력신호 Pattern에따른판별 )
알고리즘개발항목 (2) 냉각재펌프 (RCP) 의계측기신호변경 ( 표준원전에서 RCP 모터입력전류, 전압안전등급화가능 ) - 전류와공급전원주파수이용 보조정지인자에대한예비정지경보신호의추가 ( 가변과출력정지, 비대칭증기발생기과도상태정지, 허용운전범위초과정지등 ) 운전원연계기능개선 -Power Calibration (24시간간격,Common-Q) - Flow Calibration (12시간간격 ) - COLSS-Out-of-Service Tech Spec Limit Line 감시 (15분간격제한치평가 )
기능설계연계도 RCP frequency & current UPDVAR inputs CEA positions (RSPT 1 & 2) CFLOW & UPDVAR inputs CFLOW Flow (50 msec) CRDEV CEA Deviation (100 msec) CPWRD Power Distribution (250 msec) OM/MTP Target CEA positions Temp., Pressure Excore signal CEA deviation penalty CFLOW inputs Outputs to CPWRD & SDNBR UPDVAR Power Update DNBR Aux. Trips (50 msec) SDNBR B.E. DNBR & Quality (2 sec) Outputs to CFLOW & CPWRD TRPGEN Trip Signal 주 ) B.E. : Best Estimated. CPWRD : Cubic Spline 함수세트선정, 상수만재계산. UPDVAR : 예비정지경보기능추가,. CFLOW : RCP 센서변경추가. SDNBR : CETOP-D 사용알고리즘수정
적용 DNBR 방식 (1) 노심최소 DNBR 비교 Min. DNBR 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 CETOP-D CETOP2(CPC) MATRA TORC 영광 3-4 호기 1 주기 DNBR 여유도증가량 CETOP-D: 2.5%-3.3% MATRA: 2.5%-9.8% 2.0 BOC MOC EOC 0 8000 13000 Burnup(M W D /M TU ) 주 ) CETOP-D: 최적노심열수력그룹수로설계코드, 운전조건에따른전달계수, P4 에서 0.05 초 CETOP2: 단순화된그룹수로해석코드, 그룹수로 4 개, 미리정의된전달계수, P4 에서 0.05 초 MARTA : KAERI 개발, 부수로설계코드, COBRA-IV-I 기반, P4 에서 0.5 초 ( 목표 :0.2 초 ) TORC: 상세부수로해석코드 BOC: Beginning of Cycle, MOC:Middle, EOC:End.
적용 DNBR 방식 (2) 노심 DNBR 계산코드비교 ( 영광 ¾ 호기 1 주기 MOC) DNBR Error, E DNBR (fraction) 0.10 0.05 0.00-0.05 MOC TORC-S CETOP-D CPC 코드 TORC-S CETOP-D 평균오차 +0.005-0.029 표준편차 0.021 0.013 CPU time(sec)* 0.1 < 0.001-0.10-0.6-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 CPC -0.021 0.017 < 0.001 Axial Shape Index, ASI E DNBR = DNBR DNBR( TORC D) DNBR( TORC D) * 2.8 GHz Pentium CPU ( < ~0.05 sec) Common Q(AC-160, 33MHz CPU) = 0.45 sec 약어 : TORC( Thermal Hydraulics of a Reactor, CE 사상세부수로해석코드 ) TORC-S(Simple), TORC-D(Detail),CETOP (CE Thermal Online Program)
적용 DNBR 방식 (3) 노심 DNBR 여유도평가 (CETOP-D 적용 ) 2%~4% 증가 연소도 구분 CPC CPC PF CPCadj. CETOP- D Base DNBR Margin(%) Net DNBR Margin(%) BOC 2.230 1.0105 2.207 2.292 +2.8 +3.8 MOC 2.073 1.0146 2.043 2.112 +1.9 +3.4 EOC 2.245 1.0123 2.218 2.313 +3.0 +4.3 주 ) 1. CPC PF : One-sided upper tolerance limit of the CPC DNBR uncertainty( 계산방법론불확실도반영 ) 2. CPCadj. = CPC/CPC PF 3. Base DNBR Margin = DNBR(CETOP-D)/DNBR(CPC) - 1 4. Net DNBR Margin = DNBR(CETOP-D)/DNBR(CPCadj.) - 1