KR910003805B1 - 원자력 발전소의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자력 발전소의 제어 방법

제 1 도는 본 발명에 따라 종합된 원자력 발전소와 회로 지령 시스템의 개략적인 다이아 그램.

제 2a, 2b 도, 2c 도는 그리고 2d 도는 본 발명에 따라 제 1 도에 도시된 원자로에서, 대략적인 크세논의 축상분포를 결정하기 위한 논리 흐름 다이아 그램.

제 3a 도, 3b 도, 그리고 3c 도는 본 발명에 따라서 원자로 제어봉에만 사용할 수 있는 출력을 결정하기 위한 논리 흐름 다이아 그램.

제 4 도는 본 발명의 일부분이며 PWR에서 축방향 오프셋.

제 5 도는 본 발명에 따른 다른 기술이며 PWR에 대한 전형적인 온도 작동 영역을 나타내는 그래프.

제 6 도는 본 발명에 따라서 원자로 냉각재 온도의 강하를 통해 이용할 수 있는 출력증가를 계산하려고 초기 조건을 결정하기 위한 논리 흐름 다이아 그램.

제 7 도는 본 발명에 따라서 감소된 온도 일시궤적을 정의하기 위해 필요한 관계를 설정하기 위한 논리 흐름 다이아 그램.

제 8a 도 그리고 8b 도는 온도 강하에 유용한 최대 출력 증가와 분당 5%의 유용한 출력증가, 그리고 단계적 출력증가를 결정하기 위한 논리 흐름 다이아 그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9 : 원자로 19 : 제어봉

21 : 출력분포 및 봉제어 시스템 27 : 보론 시스템

29 : 보론 제어 시스템 31 : 터어빈

33 : 발전기 35 : 터어빈 드로틀 밸브제어기

37 : 디스패취 컴퓨터

본 발명은 발전소의 급 출력변화 가능성의 실시 표현, 온라인을 발생하므로써 원자력 발전소를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 회로망 디스패취 시스템으로 발전소를 인터페이스하는데 유용하다.

다수의 전력 발생 유닛이 결합된 전력발생 네트워크에서, 몇몇 유닛은 기본적인 부하를 제공하기 위해 최대 출력으로 계속 작동한다. 다른 유닛의 출력은 부하의 변화할 수 있는 부분을 따라 그리고 출력을 조절하기 위해 변화된다. 어떤 부하의 증가나 예기치 못한 발전 유닛의 손실에 대해 충분히 보상할 수 있는 가장 경제적인 방법으로 필요한 출력을 발생하는 패턴에 따라서 개개의 유닛이 가진 총부하의 일부를 할당하는 중앙 디스패취 스킴을 통해 자동으로 네트워크에서 발생 유닛을 제어하는 것은 일반적인 사실이다. 현대의 디스패취 시스템은 디지탈 컴퓨터를 사용하는데 이는 1-4분 간격으로 급속하고 연속적으로 부하 분포 문제를 해결하며 개개의 발생 유닛에 부하 할당을 새롭게 한다. 그리하여 상당한 시간 스케일로 네트워크에서 각 유닛의 급속 출력변화 가능성과 작동 상태를 디스패취 시스템에 공급하는 것이 필요하다.

높은 자본과 비교적 비싼 연료 가격때문에, 원자력 발전소는 기본적으로 장진되는데, 즉 기본 부하를 공급하기 위해 계속해서 최대 출력으로 작동된다. 그러나 네트워크에서 핵용량이 증가함에 따라, 원자력 발전소는 더이상 기본장진으로는 안될때가 오지만 최소한 얼마를 더 장진해야 한다. 불행히도 원자력 발전 유닛의 급속 출력 변화 가능성은 화력 발전소나 수력 발전소의 경우처럼 쉽게 결정되지 않는다. 이는 원자력 발전소의 운전자가 유닛의 급속 출력변화 가능성의 평가를 전화로 디스패취에게 알리거나 설정된 스텝 변화 가능성의 자동 디스패취 시스템을 사용하여 알리는 것을 필요로 한다. 전자의 경우는 물론 고정된 스텝 변화가 사소한 숫자이며 가끔 큰 급속 출력변화가 스텝 변화에 대해서 경사 변화를 통해 원자력 발전소에 도움을 줄 수 있기 때문에 후자가 최적 이하의 결과를 가져오는 반면 상당한 시간을 필요로 한다.

원자력 발전 장치의 급속 출력변화 가능성을 온라인 실시 방법으로 결정하는데 있어서 어려움은 원자로가 짧은 시간에 그 출력수준을 변화할 능력이 원자로의 현재 상태뿐만 아니라 과거의 상태에도 의존하게 된다는 것이다. 이것은 분열 반응산물로써 크세논이 형성된다는 사실에 기인하고 있다. 크세논은 매우 높은 중성자 흡수 단면적을 가지고 있는데 사실 급속히 출력을 증가할 수 있는 능력을 제한하는 원자로의 독물인 것이다. 크세논의 붕괴와 생성에 대한 시간 상수는 원자로에서 크세논의 실시수준이 지난 몇시간에 대한 원자로의 작동 수준에 대한 함수이며 디스패취 시스템에 사용된 1-4분의 사이클 타임에 대해 변화하지 않는다는데 있다.

원자력 발전소의 급속 출력변화 가능성을 결정하는데 있어서 어려움은 현재 크세논의 양에 기인할뿐만 아니라 원자로내에서 그 분포에도 기인한다는 것이다. 이런 현상은 원자로가 제어되는 방법을 고려하므로써 가장 잘 이해될 수 있다. 분열 가능물질은 원자로내에 수직으로 장치된 연료봉에 포함되어 있다. 주로 가압수형 원자로의 경우 물인 원자로 냉각재가 연료봉 주위를 순환하며 분열 반응에 의해 발생된 열에너지에 의해 가열된다. 분열 반응에서, 우라늄 원자는 열에너지를 추가하는 몇개의 중성자를 방출하면서 쪼개진다. 몇몇 중성자는 이탈되고, 다른 것은 현존하는 크세논에 의해 흡수되거나 포획된다. 그러나 여전히 남아 있는 다른 중성자들은 반응을 지속하기 위해 또다른 원자를 쪼갠다. 그러나 원자가 쪼개질때 생성된 중성자는 너무 빨리 이동하여 다른 원자를 쪼갤 수 없기 때문에 먼저 임계 에너지 수준으로 감속되어야 한다. 냉각재가 필요한 수준으로 중성자의 에너지 수준을 감속하는 감속재로써 역할을 한다. 분열율을 제어하기 위해 보론이 냉각재에 용해된다. 보론은 중성자를 흡수하여 냉각재의 보론 수준을 조절하므로써 원자로의 반응도를 조절할 수 있게 된다. 냉각재의 체적이 크기 때문에 보론 제어 시스템에 의해 영향을 받는 반응도의 변화는 상당한 시간을 필요로 하며, 그래서 긴 시간의 반응도 조정에 사용된다.

원자로의 반응도를 조절하는 또다른 수단은 제어봉 시스템이다. 제어봉은 중성자를 흡수하기 위해 연료봉 사이로 수직 삽입되어 분열율을 조절하게 된다. 제어봉은 기계적으로 위치되고 분열 반응에 대한 그들의 효과는 즉각적인 것이기 때문에 그들은 원자로의 반응도를 제어하는 가장 빠른 수단으로 되어 있다.

원자력 발전소의 출력이 영향을 받는 제3메카니즘은 원자로 냉각재의 온도를 변화하는데 있다. 원자로 냉각재로 전달된 열에너지는 증기 터어빈-발전기 조합에서 전력을 발생하는데 사용된다. 만약 추가된 부하가 터어빈 드로틀 밸브를 개방하므로써 발전 장치에 위치되었다면, 터어빈-발전기에 의한 에너지 이용의 증가는 원자로 냉각재 온도의 감소를 초래하게 될 것이다. 원자로 냉각재 온도의 이러한 하강은 감속효과를 증가하여 더 많은 중성자가 임계속도로 감속되며 원자로의 출력은 증가한다. 물론 이것은 평형 상태에 도달될때까지 냉각재 온도를 증가하게 될 것이다.

출력이 변하게 되는 세가지 수단은 모두가 원자로내에서 출력분포상에 동일한 효과를 가지는 것이 아니다. 이상 상태하에서, 원자로의 가장 높은 출력레벨은 원통형 원자로심의 중앙에서 일어나며 노심 주위로 접근할 수록 더 많은 중성자가 이탈하기 때문에 방사상 그리고 양수직 방향을 따라 차차 감소하게 된다. 보론 제어와 온도감소가 노심을 통해 순환하는 원자로 냉각재를 통해 작용하기 때문에 그들은 원자로 출력분포의 이상적인 패턴상에 거의 방해 효과를 갖지 않는다. 그러나 노심위에서 수직으로 삽입되고 철수되는 제어봉들은 수직방향으로 이상적인 출력분포 패턴을 변화시킬 수 있게 된다. 의곡 효과는 과거의 출력분포에 따라서 수직으로 분포되는 크세논의 존재에 의해 복합된다. 수직 방향에서 최대 출력수준의 위치가 노심의 수직중심점에서 이탈한 크기를 축상 오프셋이라 부르고 각각 중심점의 위에 또는 아래에 위치하는가에 따라 양 또는 음이될 수 있다. 각 원자로는 수직위치에서 최대 출력 포인트의 바라는 위치인 목표 축상 오프셋을 가지고 있으며, 양이거나 음인 이 오프셋은 연료 사이클중 변화한다.

목표 축상 오프셋에서 허용 편차의 양은 원자로의 전체 출력 수준의 함수이다. 더 낮은 출력 수준에서 더큰 축상 오프셋은 더 높은 전체출력 수준에서 축상 오프셋이 목표오프셋 주위의 좁은 대역내로 한정되는 반면 허용된다. 봉 제어가 축상 오프셋에 직접적인 영향을 가지기 때문에 봉 이동의 양, 즉 원자로의 급속 출력변화 가능성의 큰 부분이 현재 전체 출력수준과 축방향 오프셋에 의존하며. 후자는 물론 크세논 분포에 명시된 것처럼 과거의 원자로 상태에 대한 함수이다.

원자로 냉각재 온도의 감소를 통해 이용될 수 있는 급속 출력 변화의 양은 또한 제한되어 있다. 그것은 플랜트 설계 그리고 제어와 보호 한계의 함수이다. 또한 원자로 출력을 변화하기 위한 두개의 급속수단, 즉 봉 제어와 원자로 냉각재의 온도감소는 서로 연관되어 있다.

요약해서, 원자력 발전소에서 출력제한은 일반적으로 현재 출력수준과 축상 노심출력분포에 의존한다. 두인자 모두는 제한될 수 있다. 예를들어 더 이상의 출력증가가 기술적인 규격을 범하지 않으면 불가능할 정도로 노심상단을 향해 휘어진 출력을 가지고 50% 출력으로 작동되는 것이 가능하다. 만약 원자력 발전소가 원격에서 디스패취되고 축방향의 출력분포가 무시된다면 디스패취는 보호 시스템(또는 플랜트 작동자)이 플랜트 트립, 기술적인 규제나 강압적인 출력감소를 방지하기 위해 더이상의 원격 디스패췽이 없어질 때까지 플랜트의 어떤 가능성에 대한 제한을 모르게 된다. 예기된 가능성의 갑작스런 손실을 심각하고 연장된 경제적인 벌측과, 부하요구치에 부합하기 위해 네트워크의 능력을 삭감하는 것(비정상 전압이나 주파수 작동에 기인함) 그리고 역스핀을 제공하기 위해 플랜트의 무능에 기인한 네트워크 안정성의 상실등을 초대하게 된다.

출력 가능성에 축상 노심 출력분포의 충돌 평가는 단순한 문제가 아니다. 그에 관한 지식은 최신의 플랜트 제한에서 네트워크 디스패취를 형성하는데 효과적이 아니다. 축상 출력분포, 출력레벨과 노심한계 사이의 관계는 복잡하다. 출력분포는 터어빈 부하의 변화에 따라 달라진다. 그리하여 네트워크 부하 수행이 이루어진 후 출력이 변화하는 동안 제한은 실제화 된다.

본 발명의 주목적은 원자력 발전소에 사용되는 온라인 급속출력 변화 가능성을 개선하는 것이다.

본 발명은 광범위하게 원자력 발전소를 제어하는 방법에 있으며, 원자로의 반응도를 제어하기 위해 원자로심내에 선택적으로 위치할 수 있는 제어봉과, 터어빈을 포함하는 발전장치와 원자로심 사이에 열전달 매개체로 작용하는 원자로 냉각재를 가지고 있는 원자로를 포함하며, 상기 방법은 원자로의 현재 출력수준과 축상 오프셋을 측정하고, 원자로 냉각재 온도를 측정하며, 출력수준이 시간주기 동안 원자로 냉각재온도의 변화를 통해 증가되는 추가된 양을 결정하며 : 출력이 제어봉을 다시 위치하므로써 시간주기내에 현재 출력 수준이상으로 증가될 수 있는 최대양과, 봉위치 그리고 축상 오프셋 측정된 출력수준으로부터 온라인 상의 실시방법으로 결정하며, 원자로 냉각재 온도를 변화하고, 제어봉을 다시 위치시키므로써 출력이 증가될 수 있는 전체양과 동일한 예기된 전체출력 증가양만큼 증가된 출력을 포함하는 장치의 출력 변화를 선택하며, 선택된 출력의 변화에 의해 현재 출력수준으로부터 출력수준을 변화하기 위해 장치를 작동하는 것등을 특징으로 한다.

본 발명에 따라서, 원자력 발전소의 급속 출력변화 가능성은 단지 장치를 제어하는데 또는 네트워크 디스패취 시스템에 사용하기 위해 실시 온라인 방법으로 발생된다. 원자력 발전소의 노심물리에 의한 단기간의 출력변화에 부과된 제한을 분석하는데 추가하여, 본 발명은 또한 플랜트 제한의 어떤 균형과 작동자가 명령한 속박을 고려한다.

종래에 원자력 발전소는 미리 선택된 양의 단계적인 출력변화를 수용할 수 있도록 설계되었다. 예를들면, 10%의 단계적인 출력증가와 플랜트의 부하 제거 가능성의 감소량과 동일한 단계적인 감소 또는 현재 출력 수준과 최소 설계된 출력수준사이의 차이등이다. 그러나 노심물리의 현재 상태에 따라서, 플랜트는 자주 더 큰 급속 출력변화를 만들 수 있거나 선택된 비율로 현재수준에서 필요한 수준으로 출력을 램핑하므로써 즉각적인 변화를 제어하게 된다.

가압수형 원자로에서 전형적인 램프율은 예를들어 분당 5%이다. 이것을 토론할 목적으로 급속 출력변화는 단계적 변화와 일반적인 범위에 있는 램프 변화가 포함될 것이다. 그러한 램프율은 제어봉을 통해 그리고 원자로 냉각재 온도의 감소를 통해 가압수형 원자로에 이용할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 출력 가능성에서 급속 램프 감소는 현재 출력수준에서 원자로의 최소허용 작동 수준의 더큰양을 뺀것과 동일하거나 예를들어 15% 출력수준인 자동 원자로 제어의 더 낮은 한계와 동일한 것이다.

상기 출력변화 가능성은 모두 오히려 쉽게 계산된다. 결정하기가 가장 어려운 출력변화 가능성은 램프 증가이다. 먼저 언급한 것처럼, 이것은 급속히 출력을 증가하는 능력이 현재 출력 수준뿐만 아니라 크세논 존재양과 원자로심상의 축상분포에도 의존하기 때문이다.

넓게 말하면, 급속 출력증가 가능성은 현재 출력수준, 제어봉 위치 그리고 냉각재 온도를 온라인 실시방법으로 측정하여 결정하며 이들 측정된 값으로부터 제어봉을 재위치시키고 냉각재 온도의 변화를 통해 현재 출력수준 이상으로 출력이 증가하는 최대량을 결정하는 것이다. 좀더 상세히 봉 이동을 통해 이용할 수 있는 추가된 출력은 축상 오프셋으로 표현되는 출력의 축상 분포를 결정하기 위해 출력수준 측정을 사용하고, 봉위치와 축상 오프셋 그리고 출력수준의 현재 측정된 값으로부터 봉위치와 출력의 함수로써 원자로의 축상 오프셋 응답 특성의 표현을 발생하게 된다. 그때 축상 오프셋에 대한 한계가 설정된다. 처음에, 최대 출력이 현재 노심 사이클연소 상태에 대해 얻어질 수 있는 최대 축상 오프셋이 선택된다. 다음에 제어봉이 정해진 양만큼 철수되었다고 가정한다. 초기 가정에 대해서 전체 봉 철수가 가정된다.

가정된 제어봉 철수로부터 예기된 출력증가가 결정된다. 예기된 출력증가와 가정된 봉철수를 이용하여 예기된 축상 오프셋이 먼저 발생된 축상 오프셋 응답 특성으로부터 결정된다. 예기된 축상 오프셋이 그때 선택된 최대 축상 오프셋과 비교되며, 만약 그것이 선택된 한계와 동일하거나 그 이하이면 예기된 출력증가는 제어봉에 사용할 수 있는 출력증가로 이용된다. 그러나 만약 예기된 축상 오프셋이 축방향 오프셋에 대해 선택된 한계를 초과하면, 가정된 봉철수는 증가분만큼 감소하며 그러한 과정은 반복된다. 축방향 오프셋 한계를 초과하지 않을 수준으로 내려오도록 출력증가를 발생하기 위해 몇가지 가정이 필요하다.

노심물리의 현상태에 대한 축방향 오프셋의 응답 특성은 다수의 곡선군을 저장하므로써 발생된다. 각각의 곡선군은 선택된 원자로의 크세논 분포에 대해 제어봉 위치와 출력수준의 함수로써 축방향 오프셋의 특성을 나타낸다. 곡선군들은 노심사이클의 연소상태에 관해서 그룹으로 나누어 진다. 예를들어 본 발명의 양호한 실시예에서, 연료 연소 사이클의 초기, 중기, 말기에 관한 세그룹이 선택되었다. 노심 사이클 연소의 현 상태에 일치하는 곡선군의 그룹을 선택한 후에, 현재 측정된 봉위치와 축상 오프셋의 값과 출력수준 사이의 관계를 가장 근접하게 표현한 곡선군이 선택된다. 이는 선택된 그룹에서 각 곡선군으로부터 현재 출력수준에 일치하는 곡선을 선택하고, 각각의 그러한 곡선으로부터 봉위치의 현재 측정된 값에서 축상 오프셋의 예기된 값을 결정하므로써 이루어 진다. 예기된 축상 오프셋과 측정된 축상 오프셋 사이의 차를 최소화하는 선택된 축상 오프셋 곡선에 관한 곡선군은 그때 노심 물리의 현재 상태를 나타내는 것으로 선택된다. 축상 오프셋의 예기치와 측정치 사이의 차는 실제상태로 곡선을 조정하기 위한 바이어스로써 이러한 곡선군에 사용된다. 예기된 축상 오프셋은 그때 예기된 출력수준과 선택된 봉위치를 사용하여 조정된 곡선군으로부터 결정된다.

예기된 출력 증가는 봉위치의 가정핀 변화를 예기된 반응도 변화로 치환하고, 반응도 변화의 함수로써 증가된 출력수준을 결정하므로써 정해지며, 변화는 선택된 봉위치와 현재 봉위치사이의 차와 동일하다.

위에 언급했듯이 가압수형 원자로에 위치한 증가된 부하는 새로운 요구에 부합하도록 반응도의 증가를 야기하는 냉각재 온도를 낮게한다. 냉각재 온도의 감소를 통해 얻을 수 있는 추가된 출력의 억제는 원자로 온도에 대해 수용 가능한 작동 범위를 규정하는 한계이다. 이용 가능한 출력증가를 결정하는데 가장 관심이 있는 제한은 터어빈 드로틀 밸브의 포화한계와 노심안전도 그리고 증기 습윤 이송의 고려를 포함한다. 이용 가능한 출력은 냉각재 온도의 함수로써 출력의 변화를 규정하는 함수를 만들고, 온도에 대한 한계를 선택하고, 한계에 허용된 것으로 온도에 관련된 출력 변화 함수에 대해 최대치를 결정하므로써 정해진다. 제어봉이 가능한 가장 큰 범위로 철수 될것이고, 그 효과는 즉시 나타나기 때문에 냉각재 온도의 강하를 통해 이용가능한 출력을 결정하기 위한 초기 조건은 예기된 출력수준과 제어봉의 재위치로 에상된 원자로 냉각재의 온도이다. 예기된 온도 강하는 다음중 큰것으로 선택된다. (1) 프로그램된 온도와 측정된 냉각재 온도사이의 차 (2) 제어봉상의 급속출력변화도중 프로그램된 수준으로부터 미리 선택된 전형적인 냉각재 온도의 편차, 이런 온도 편차의 전형적인 값은 화씨 -4°이다. 냉각재 온도의 함수로써 출력의 변화를 규정하는 함수는 원자로 출력계수를 평균 원자로 감속재 온도 계수로 나눈 값과 동일한 기울기를 갖는다. 한계는 원자로 냉각재 온도와 출력의 1차 암수로 정의되며, 한계에 허용된 최대 출력변화를 결정하기 위해 냉각재 온도의 함수로써 출력변화를 정의하는 함수와 유사하게 해결된다.

냉각재 온도의 강하를 통해 그리고 제어봉상의 이용 가능한 출력의 전체 변화가 한번 결정되면 축상 오프셋 한계는 예기된 전체 출력 수준과 관련된 값으로 조정되며 나머지의 모든 계산은 이용 가능한 출력의 정의된 해를 발생하기 위해 반복된다.

마지막으로, 단계적인 증가를 통해 이용 가능한 출력은 만약 램프 증가가 미리 선택된 단계적 증가보다 적다면 램프 증가를 통해 이용 가능한 출력으로 감소한다. 출력의 단계적 증가에서 이러한 제한이 만들어진다.

증가하거나 감소하던가에 관계없이 모든 출력의 단계적 그리고 램프 변화는 작동자 삽입 한계가 더 제한적이라면 플랜트 보호 시스템의 균형과 작동자 삽입한계에 의해 또한 제한된다. 플랜트 한계의 균형은 키이성분과 시스템의 일시적인 손실과 관련된다. 보호 시스템 제한은 비등에서의 출발 또는 푸트당 킬로와트의 설정점에 대한 마아진으로 규정된다. 작동자 제한은 출력변화의 양과 최후 출력수준상에 제한으로 규정된다.

급속 출력변화 가능성은 네트워크 디스패취 시스템에 의해 사용된다. 출력의 실제 변화는 디스패취 시스템에서 발생된 출력변화 신호에 따라서, 드로틀 밸브를 위치함에 따라 영향을 받는다. 그리하여 봉제어 시스템은 제어봉을 요구되는 출력변화에 협조하도록 재위치된다. 디스패취에서의 출력변화 신호가 제어봉에 이용할 수 있는 출력에 의해 그리고 냉각재 온도의 강하를 통해 제한되기 때문에 급속 이용가능 출력의 최대 이용되는 원자력 발전소의 한도를 초과하지 않고 수행될 수 있다.

본 발명은 원자력 발전소를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따라서 자동 디스패취 시스템이 장치된 가압수형 원자력 발전소(1)를 개략적으로 설명하고 있다. 발전소(1)는 원자력 증기 공급계통(NSSS)(3), 터어빈-발전기 결합부(5) 그리고 원격 디스패취 인터페이스 시스템(7)등을 포함하고 있다.

NSSS(3)는 1차 루우프(13)내의 원자로 냉각재(물)에 의해 증기 발생기(11)로 전달되는 열을 발생할 원자로(9)를 포함하고 있다. 증기 발생기(11)는 터어빈 드로틀 밸브(17)를 포함하고 있는 2차 루우프(15)를 통해 터어빈-발전기 결합부(5)로 증기를 공급한다.

원자로(9)는 반응도를 조절하고 원자로 내의 출력의 수직분표(축상 오프셋)를 제어하기 위해 상기에 언급했듯이 원자로심으로부터 삽입되고 수축되는 제어봉(집합적으로 19로 도시함)을 가지고 있다. 봉 위치는 플럭스 측정기(23)에 의해 측정된 것과 같은 원자로내에서의 출력수준, 온도 측정기(25)에 의해 측정된 것과 같은 원자로 냉각재 온도 그리고 터어빈 드로틀밸브(17)에 의해 공급된 기준온도등을 감시하는 봉제어 시스템(21)과 출력분포에 의해 제어된다. 플럭스 측정기(23)는 원자로(9)의 상하부 반쪽면에서 출력수준을 지적하는 중성자 플럭스 수준을 측정한다. 두값의 합이 원자로의 전체출력수준이며 차는 잘 알려진 방법으로 축상 오프셋을 결정하는데 사용된다. 온도 측정기(25)는 1차회로(13)의 열관과 냉관에 대한 평균 냉각재 온도를 제공한다. 터어빈 드로틀 밸브에 의해 공급된 기준 온도는 터어빈-발전기에 의해 NSSS상에 놓여진 출력 요구치를 나타낸다.

원자로(9)의 반응도는 보론을 용해한 보론 시스템(27)과 중성자 흡수체에 의해 또한 제어된다. 보론 제어 시스템(29)는 플럭스 측정기(23)에 의해 측정된것으로써 축상오프셋과, 온도 측정기(25)에 의해 측정된 것으로써 원자로 냉각재 온도, 그리고 터어빈 드로틀 밸브(17)에 의해 공급된 기준 온도로 지적된 것과 같은 출력 요구치의 함수로써 원자로 냉각재내의 보론 수준을 조절한다.

상기 언급했듯이, 제어봉(19)과 보론 시스템(27)은 원자로(9)의 반응도를 제어하는 반면, 실제 그들은 NSSS/터어빈-발전기 결합부에서 초기 출력변화에 대해서 보다는 오히려 설계변수에서 원자로의 작동을 유지하기 위해 수동 모우드로 사용된다. 이것은 PWR의 감속재 온도 계수가 음이기 때문에 가능하다. 원자로의 더 큰 열출력이 요구될때 원자로 냉각재 온도의 감소는 감속효과를 증가하며 원자로 반응도의 증가를 가져온다. 반응도는 설계와 제어한계내에 요구치에 부합하기 위해 증가한다.

그리하여 PWR 출력의 증가는 터어빈 드로틀밸브(17)를 개방하므로써 영향을 받게 된다. 이는 터어빈(31)에 좀더큰 에너지 입력과 발전기(33)에서의 좀더큰 출력을 야기한다. 에너지의 초기 증가는 2차루우프(15)내에서 증기의 저장된 에너지에 의해 제공된다. 그러나 이것은 원자로 냉각재 온도의 감소를 야기하는 증기 발생기(11)에 의해 열에너지의 요구치를 증가시킨다. 낮아진 원자로 냉각재 온도는 요구치에 부합하는 데 필요한 수준으로 반응도의 증가를 야기한다.

제어봉(19)과 보론 시스템(27)은 그때 프로그램된 수준으로 원자로의 온도를 조정하기 위해 사용된다. 시스템 응답을 개선하기 위해 출력 요구치를 나타내는 기준 온도를 드로틀밸브(17) 앞으로 제어봉 시스템(21)과 보론 제어 시스템(29)에 공급된다. 상기 언급한 것처럼 보론 시스템은 반응을 느리게 하며 원자로 온도상에서 무시할 수 있는 단기간 효과를 가진다. 그러나 제어봉 시스템은 반응도와 원자로 온도상에 즉각적인 효과를 나타낸다.

터어반 드로틀밸브(17)는 종래의 방법으로 터어빈 드로틀밸브 제어기(35)에 의해 제어된다. 출력의 필요한 변화는 제 1 도에 도시된 것처럼 원격에서 작동자에 의한 입력을 통해 또는 원격 디스패취 허용 인터록(39)을 통해 디스패취 컴퓨터(37)에 의해 원격에서 제어기(35)로 공급된다. 원격 출력변화 명령은 디스패취 컴퓨터에 의해 발생된 것에 첨가하거나 변화한 것으로 인위적으로 발생될 수 있다. 허용된 인터록(39)은 운전자가 출력변화의 배타적인 제어, 출력변화 명령이 NSSS 가능성을 초과하지 않게 되는 보호 시스템 인히비트, 다른 플랜트의 한계가 초과하지 않는다는 것을 확인하는 다른 인히비트 신호등을 취할 수 있도록 하는 작동자 허용 인터록을 포함하고 있다.

제 1 도에 기능적으로 표현된 원격 디스패취 인터페이스 시스템(RDIS)(7)은 측정된 NSSS 데이타와, 플랜트 균형(BOP) 데이타 그리고 작동자 삽입 출력 변화 한계등을 가지고 있어서 플랜트의 급속 출력 변화 가능성을 계산하게 된다. 이것은 출력 네트워크의 경제적인 원격 디스패취 연산으로 원자력 발전소를 종합 하는데 필요한 다이내믹(즉, 온라인) 정보의 중요한 부분이다.

RDIS 계산은 그들이 플랜트 제어견지에서 가장 제한된 것이기 때문에 급속 출력변화 가능성에 관한 것이다. 일반적으로 더큰 출력 변화는 작동자가 보론 제어 시스템을 이용할 수 있기 때문에 더 느린 비율로 얻어질 것이다.

NSSS 급속 출력 변화 가능성은, 제 1 도의 블록(41)에 지적한 것처럼, 측정된 플랜트 조건과 노심물리의 변수간에 상호관계로부터 결정된다. 이러한 계산은 출력(반응도)과 축상 출력분포 한계에서 인자가 된다. 측정된 조건은 출력, 축상 오프셋, 봉위치 그리고 원자로 냉각재 온도이다.

일반적으로 말해, 플랜트의 균형은 만약 모든 시스템과 성분들이 기능을 발휘하면 15%-100% 사이의 범위내에서 어떤 출력변화를 처리할 수 있다. 만약 이들중 어느 하나가 일시적으로 작동하지 못한다면, NSSS의 출력변화 가능성은 제한되어야 한다. NSSS 가능성 상에서 플랜트 제한의 어떤 균형이 중요한 성분과 시스템(급수 펌프, 응축펌프, 재순환수 펌프, 급수 가열기, 증기 재가열기 밸브등)의 상태를 감시하므로써 제 1 도의 블록(43)에 지적된 것처럼 결정된다. 좀더 간단히 작동자는 비작동 성분의 효과를 추출해내며(표준 기술을 사용하여) 플랜트 출력가능성 계산에 어떤 제한을 가해야 한다.

제 1 도의 블록(45)에 지적된 것처럼, 설비는 또한 출력변화의 크기와, 절대적인 최소, 최대 출력한계상에 제한을 가하기 위해 작동자용으로 수행된다. 이들은 출력상에(PCI 한계, 봉굽힘, N-1 루우프 작동등) 어떤 일시적인 제한을 고려하는데 필요하다. 이들 한계는 NSSS 출력 변화 계산에서 제거된다.

RDIS(7)에 의해 계산된 PWR의 급속출력변화 가능성은 작동자에 의해 출력변화를 만드는데 사용되지만 우선 네트워크중 다른 플랜트로부터의 비슷한 데이타를 따라 네트워크 디스패취 컴퓨터(37)에 적용된다. RDIS는 원격라인을 통해 전달된 출력 변화 가능성으로 플랜트의 위치에서 충족되거나 원격라인을 통해 전달된 플랜트 입력 데이타로 원격 디스패취 컴퓨터(37)에서 충족될 수 있다.

또한 디스패취 컴퓨터는 네트워크중의 각 플랜트의 증가된 출력가격을 이용할 수 있으며, 증가된 출력가격은 디스패취 부하 위치 결정에 무겁게 영향을 준다. 일반적으로 대부분의 출력은 가장 싼 소스로부터 발생될 것이다. 그러나 이러한 규칙에 가끔 예외가 있다. 예를들어 스피닝 리버스 듀티에 대해 최소 부하로 작동하는 불충분한 장치를 유지하는데 필요한 것과 수송 손실등은 주어진 플랜트에서 출력발생의 경제성에서 묵과된다. 네트워크상의 장치에 어떤 출력발생 한계는 모든 장치의 부하에 영향을 준다. 예를들어 만약 플랜트가 더 이상의 출력증가를 공급하려는 능력을 일시적으로 상실했다면 디스패취 컴퓨터는 출력가격, 수송손실, 그리고 다른 경제적인 인자를 재추출할 것이며, 네트워크상의 모든 작동장치의 현재 그리고 미래 출력 발생의 필요성을 최소 가격으로 재분배하게 된다.

디스패취 컴퓨터(37)는 원격 디스패취 허용 인터록(39)을 통해 터어빈 드로틀 제어기(35)에 적용되는 출력변화 명령을 발생하기 위해 각 플랜트, 네트워크 부하 요구치 현재 부하 할당 그리고 저장된 경제적인 데이타에 응용할 수 있는 출력변화 능률을 이용한다. 적절한 경제적인 디스패취 시스템의 예는 완전한 시스템을 설명하려고 여기에 참고로 병합된 공동 소유의 미합중국 특허 제3,932,735호에 설명되어 있다. 특허된 디스패취 시스템에서, 급속 출력변화 가능성의 온라인 표시는 컴퓨터에 공급되지 않는다. 대신에 미리 선택된 출력 발생제한을 이용한다. 화력발전소의 출력 발생제한은 일반적으로 잘 알려져 있거나 현재 출력수준과 기본적인 수행 데이타로부터 쉽게 결정된다. 그러므로, 이들 플랜트는 손쉽게 경제적인 회로망의 조작으로 분해된다. 이는 핵발전소에서 그러한다.

본 발명의 RDIS는 경제적인 디스패취 계획에 사용키 위해 PWR 장치의 온-라인 급 출력 변동 능률을 디스패취 컴퓨터(37)에 공급해 준다. 제 1 도의 RDIS(7)은 다음식 대표적인 급출력 변동 능률을 내게된다. 1) 경사식 감소, 2) 계단식 감소, 3) 경사식 증가, 4) 계단식 증가

로드 할당용 디스패취 컴퓨터 주기 시간이 1 내지 4분임을 고려하면, 급 출력변동 계산을 위해 고려되는 경사율은 이 시간대에서 상당히 출력변동에 영향을 주는 것이다. PWR에 대한 전형적인 급경사율은 분당 5%의 출력 변동이며, 이 비율은 이 특정의 비율이 본 발명의 동작에 중대한 영향을 미치지 않음을 안다하더라도 예를들기 위해 사용될 것다.

RDIS에 의해 수행된 기능은 플랜트 범용 컴퓨터나 회로망 디스패취 컴퓨터 따위의 디지탈 컴퓨터에 의해 가장 잘 실행된다. 각각의 4부분의 급 출력변동 능률이 결정되는 방식은 별도로 설명될 것이다.

5%/분의 출력 감소

일반적으로 말해서, 임의의 크기인 5%/분 단위의 출력감소는 봉제어 시스템의 성능이내가 되고 출력 감소에 따라 신장되는 현재의 축상 출력분포 제어 전략(예, 일정한 축상 오프셋)의 한계치 이내가 된다. 플랜트나 오퍼레이터 삽입한계에 대한 균형을 고려하여, 플랜트의 경사 감소 능률(P_PN)은

P_PN= [(P_TU-L), ΔPLO, BPO 한계]의 최소치

단, P_TU= 현재 측정된 터이빈 부하(출력)

L = [.15, PLO]의 최소치

.15 = 15% 자동 오퍼레이터 제어의 하한

PLO = 오퍼레이터가 삽입한 출력하한

△PLO = 오퍼레이터가 삽입한 출력변동 한계

계단식 출력감소

출력(P_SD)에서 계획 부하 거부 용량(P_LR, 즉 50% 또는 90%)에서 단계식 감소는 유효하다. 그러므로,

P_SD= [△PLO, (P_TU- PLO) , P_LR, BOP 제한]의 최소

5%/미소 출력감소

5%/최소(P_UP)에서 유효한 출력증가는 제어봉(P_R)에 유용한 출력의 합 및 원자로 냉각온도(P_T)에서의 감소를 통해 유용한 전력의 합이다. 그렇지 않으면 어떤 보호계통이 삽입된 오퍼레이터 또는 BOP 제한들을 제한시킨다. 그러므로,

P_UP= [(P_R+ P_T), 보호계통 제한, 오퍼레이터 삽입제한, BOP 제한]의 최소

A. 제어봉들에서 얻어지는 출력

제어봉들에서 얻어진 출력의 결정의 기본 개념은 축상 출력 분포의 한계내에서 얼마나 많은 봉 철수가 얻어질 수 있는지를 결정하는 것이다. 철수량의 양과 봉가격특성은 제어봉에 공급될 수 있는 반응량을 산출한다.

출력계수는 이어서 이 반응도를 출력변동으로 변환하는데 쓰인다.

상기한 과정에서 한가지 난점은 봉철수와 축상 출력분포 한계와의 관계가 단일치가 아니란 점이다. 이는 노심내의 축상 크세논 분포 및 시간에 의존한다. 그렇지만, 축상의 크세논 분포는 직접 측정될 수 없다.

크세논 분포의 계산은 계속된 2, 3일간의 시간/출력 과정에서의 노심의 분석을 포함한다.

측정된 크세논 데이터 및 계산의 정교성의 결함을 극복하기 위해, 노심내에 존재하고 봉의 철수 및 축 출력 분포 사이에의 관계에 정확성을 부여해 주는 크세논 분포의 간접측정을 허용해 주는 일련의 상호 관계가 개발되었다. 이 상호 관계의 사용은 3단계로 나누어진다. 처음에, 근사적으로 존재하는 크세논 분포(△Xe)가 다양한 미리 선택된 △Xe'들하에서 어떤 가능성을 가지고 측정된 봉 위치(R_P)와 축 오프셋(A.O-)과 비교함으로 결정된다. 이것은 가장 근사적으로 현재의 동작 상태를 만족하는 출력/축 오프셋/봉위치/△Xe 상호 관계를 제공한다. 제2단계는 조정된 상호 관계는(비록 반복 기법이지만) 축 오프셋 제한 범위내에서 가능한 봉의 행로의 양을 결정한다.

이 정보는 그후(상술한 바와 같이) 봉들 단독으로 유용한 출력을 결정하는데 사용된다.

제어봉들에 대한 것만의 출력을 계산하는 과정은 간단히 다음과 같이 된다.

1. 근사축 크세논 분포를 결정한다.

2. A.O. 및 R_P데이타를 크세논 분포를 근사적으로 반영하도록 조정한다.

3. 출력 분포 제한들을 계산한다.

4. 최대 허용 봉 트래블에 유용한 출력을 계산한다.

이 과정의 논리 흐름은 제 2 도 및 제 3 도에 도시되었고 각 단계의 상술은 이하에 설명한다. 이 논리흐름도에서 동그라미의 로마숫자와 다른 것들은 분리도들 사이에 흐름을 표시한 것이다.

1. 근사축 크세논 분포의 결정

상호 관계들 또는 노심 연소(전형적으로 노심 수명의 처음, BOL : 중간, MOL : 및 종기 EOL)의 선택된 단계들에서 다양한 크세논 분포(△Xe)들에 대한 봉위치 (R_P), 축 오프셋(A.O.) 및 출력(P)의 곡선족들이 저장된다. 이 상호 관계들은 분석적 표현(일반적으로 4차 또는 그 이하의 다항식)으로서 또는 보간법 루우틴을 가진 테이블 조견표로서 유용한 것이다.

제 2a 도의 흐름도에서의 블록(47)에 도시된 대로, 코어 연소의 적당한 상태가 처음에 결정되었다. 결정된 노심 연소 상태에 대한 여러가지 크세논 수준에서의 곡선족들의 집합은 그후 블록(49)에 표시된 대로 선택된다. 블록(51)은 결정된 노심 연소 상태에서 선택된 크세논 분포(△Xe) k에 대응한 각 곡선족들의 그룹들을 예시한 것이다. 다음에, 블록(53)에 지시된 바와 같이, 제 2b 도의 블록(55)에서 처럼, 측정된 터이빈 출력(P_TU)에 대응한 곡선이 블록(51)에서의 각 크세논 수준(△Xe)에 있는 각 곡선족들로부터 선택된다. 측정된 제어봉 위치(R_P)_m및 블록(55)에 도시된 측정된 터이빈 출력수준에 대한 봉위치 대한 축 오프셋 곡선들을 사용함으로 예기된 축 오프셋 A.O.는 유용한 각 크세논 수준(일반적으로 그와 같은 세 레벨이 만족스럽다)에 대해 블록(57)에서 결정된다. 블록(59)은 결정이 만들어지는 한 방식을 도시적으로 나타낸 것이다. 축 오프셋의 예상 값들의 각각은 그후 제 2c 도의 블록(61)에서 측정된 축 오프셋과 비교되어 측정값에 가장 가까운 예상 축 오프셋을 결정한다. 이 예상 축 오프셋은 노심에서 실제 크세논 분포를 아주 근사하게 나타내는

로 명칭된 상호관계들과 관련이 있다.

크레논 분포

에 대응한 축오프셋 대 봉위치 곡선족들은 블록(63)에 지시된 것처럼 선택된다. 블록(65)에 도시된 곡선족들은 제 2d 도의 블록(67)에서 나오는 관계에 의해서 정의된다.

2. 크세논 분포를 근사적으로 반영하도록 A.O. 및 R_P데이타를 조정함

측정된 축상오프셋,

과 측정된 봉위치에서 가장 근접한 기대된 축상 오프셋

사이의 차로써 제 2c 도의 블록(69)에서 계산되는 바이어스는 블록(67)에 설명된 방정식으로 제 2d 도의 블록(71)에 응용된다. 이 것은 실제 크세논 분포와 상호 관련되고, 블록(65)에 설명된 곡선군을 전이하는 효과를 가진다. 이렇게 조정된 곡선군은 그때 블록(73)에 저장된다.

3. 출력 분포한계의 계산

제 3a, 3b 및 3c 도들은 출력분포 제한들을 계산하기 위한 논리 흐름도를 도시한 것이다. 처음에, 100% 출력이 가능한 점에서 최대 포지티브 축 오프셋으로 구성된 한 결정이 제 3a 도의 블록(75)에서 이뤄진다.

앞서 논의된대로, 축 오프셋 상의 제한들은 원자로에서 달성할 수 있는 출력 수준이 소망의 또는 목표값으로부터 축 오프셋이 이탈하는 것이상으로 감소하는 것을 따르게 된다. 실제로, 최대 출력이 목표축 오프셋 주위의 비교적 좁은 폭내에서 달성된다. 목표축 오프셋이 원자로 노심의 수직 중간점에 가까이 위치된 반면, 그의 정확한 위치는 노심 순환 연소 상태의 함수로서 변동한다.

제 4 도는 좌표상에서 구성된 축 오프셋과 출력의 함수로서 출력 제한들을 도식적으로 나타낸 것이다. 출력에서 봉들의 상방향으로 후퇴를 함에 따라 감소하여 축 오프셋이 포지티브 방향으로 증가하기 때문에, 포지티브축오프셋의 제한이 가장 중요한 점이 된다.

제 4 도에서 볼수 있는 것처럼, 100% 출력은 목표 밴드 THBI의 상위제한들까지 포지티브 목표축 오프셋 이상의 축 오프셋으로 달성된다. 그러므로 제 3 도의 블록(75)에서 결정된 대로, 최대 출력이 가능한 점인 최대 축 오프셋 AO_max'는 목표축 오프셋 TAO 및 목표 밴드 상위 제한 TBHI의 함과 같다.

블록(75)에서 계산된 AO_max치는 계산된 출력증가 가능성이 최대 출력에 도달된다는 것을 가정한다. 물론, 반드시 그렇게 되는 것이 필요한 것은 아니다. 최대 출력에 대한 AO_max를 사용하면 보수적인 결과, 즉 실제 상한 출력수준은 계산된 출력수준보다 더 크게되는 결과가 나타난다. 이것은 제 4 도를 다시 참조하므로써 이해될 수 있다. 단지 65% 출력에서의 증가가 축상 오프셋을 100% 출력에 대한 한계내에 유지하므로서 얻어질 수 있는 결정을 뒤따르는 계산이 점 A로서 지시되는 것처럼 가정하면 그봉을 회수하므로써 상승 예를들면 B로 되는 것이 분명하나, 축상 오프셋이 증가한다. 이것은 축상 오프셋이 곡선 C로서 정의되는 미리 규정된 한계내에 남아있을 동안은 수용 가능하다. 100% 출력에 대한 축상 오프셋을 사용함으로써 얻어지는 연속성은 우발적인 결과 또는 비반복적인 결과를 방지하기 위해 계산상에서 유지된다.

만약 얻을 수 있는 증가된 출력의 더욱 신뢰할 수 있는 계산이 요구된다면, 반복플래그의 ITFIST는 제 3a 도의 블록(27)에서 1로 세트된다. 다음 제1반복으로 ITFIST는 제어봉에서 얻어지는 전력의 계산이 원자로 냉각재 온도 P_UP에서 감소되어 제어봉(79)에서 시험될때 아래에 기술된 방식으로 진행한다. P_UP값이 결정된 후에 ITFIST는 연결 X를 통하여 지시된 것처럼 프로그램 루우프가 블록(79)로 되돌아 갈때 0이 되기 때문에 ITFIST는 다시 질문되고, 프로그램은 블록(81)로 연결되는데 여기서 AO_max는 축상 오프셋 한계가 제 4 도에 도시된 곡선 C에 도시된 식에 따라 갱신된다. 그러면 허용 가능한 축상 오프셋은 예기된 출력수준에서 축상 오프셋에 대한 허용치를 반영하도록 수정한다.

4. 허용된 봉행로로 얻을 수 있는 출력( P_R)을 계산

제1반복으로 총 봉행로 △R_P는 봉이 완전히 회수될 수 있다고 가정하면, 측정된 봉위치 및 최후 봉 위치간의 차이로서 제 3a 도의 블록(83)에서 결정된다. 제2 및 일련의 반복으로서 봉은 제1위치에 있게되고 또한 총 봉행로가 블록(85)에서 결정되기 전에 지시된 것처럼 완전히 회수되도록 하는 것이 가정된다. 이어서 다음에 도시되는 것처럼 최후 봉 위치는 블록(85)의 R_P에 대한 일련의 계산에 대해 위치를 완전히 회수하므로써 점차 감소될 수 있다.

봉위치 R_P의 변화는 전체봉 가격대 봉위치 곡선을 이용한 제 3b 도의 블록(87)의 반응도 변화 △ρ로 변환된다. 한조의 이들 곡선은 BOL, MOL 및 EOL로 표기된 3개의 노심 사이클 연소단계를 위해 블록(89)에 도시되었다.

수정곡선을 이용한 예로서 도시된 것처럼 봉위치를 변화하는 것은 반응온도에서 Pcm 변화로 측정되는 것과 같은 전체봉 가격에서의 △ρ변화를 산출한다.

반응도 △ρ의 변화는 예기된 상한 출력수준 RF를 결정하기 위하여 블록(91)내에 사용되는데 예기된 상한 출력수준은 가정된 봉을 하나로 회수하여 도달할 수 있어야 한다. 이것은 블록(93)에 도시된 것과 같은 그런 한세트의 출력결합대 터이빈 출력곡선을 사용하여 성취된다. 전류 출력수준 P_TU를 알면 대응값 ρ는 MOL과 같은 적합한 노심 사이클 연소 상태와 연합된 곡선을 이용하여 결정될 수 있다.

이러한 ρ의 값에 △ρ를 첨가하므로써 예기된 최후 출력수준 P_F는 결정될 수 있다.

다음, 예기된 출력수준 P_F에 대한 예기된 축상 오프셋 AO_F은 예기된 봉위치 및 블록(73)으로서 저장된 봉위치대 축상오프셋 곡선의 조정군을 이용한 블록(95)에서 결정된다. 이 단계는 제 3c 도의 블록(97)에 그래프로 나타나 있다. 만일 예기된 축상 오프셋 AO_F이 블록(99)에 결정된 것처럼 최대 허용 가능한 축상 오프셋 AO_max과 동일하거나 미만이라면, P_F는 단독으로 봉에 도달될 수 있는 최후 출력수준이며, 그리고 그것으로써 초래되는 출력의 변화는 블록(101)에 도시된 것처럼 전류 출력수준 P_TU을 뺀 P_F와 동일하다. 그래서 만약 AO_F가 AO_cax를 초과하면 봉회수의 가정은 2개의 단계로서 P_PF를 감소시킴으로서 블록(102)내에서 제조될 수 있고, 예기된 출력 및 예기된 축상 오프셋의 신규 계산은 제 3a 도의 블록(85)에 루우프를 되돌림으로서 제조될 수 있다. 수번의 반복들은 축상 출력분포 한도내에서 단독 제어봉으로 성취 가능한 최대 출력수준을 결정하기 위하여 필요하다.

B. 원자로 냉각재 온도의 감소를 통하여 얻을 수 있는 출력

원자로 냉각재 온도의 감소를 통하여 얻을 수 있는 출력은 터어빈 발생기, 증기발생기 및 원자로 제어 및 안전 한계에 의해 억지로 부과되는 것이 제한된다. 허용된 감소 온도 동작 영역은 제 5도 에 그래프로 도시되어 있다. 냉각재 온도에서의 감소를 통하여 얻어지는 전력에 대한 초기 조건은 제어봉 단독으로 성취 가능한(예를들면 제 5 도의 점(1) 예기된 출력이다. 온도 강하로 얻어질 수 있는 전력의 증가는 제 45 도를 교차하는 궤적에 의해 나타날 수 있다. 이 궤적은 감속재 및 출력 계수의 기능이다. 과도 현상은 그 궤적이 동작영역의 어느 경계선 예를들면 점(3)에 도달할때 끝난다. 이 교차점은 봉 및 온도 하강으로 얻어지는 총출력 P_TOT를 결정한다.

1. 궤적의 시작점

감소된 온도 궤적에 대한 초기 조건을 결정하기 위한 플로우 논리는 제 6 도에 도시된다. 감소된 온도 증가의 시작점에서의 출력수준 P_IC은 전류 출력수준의 합 및 제어봉으로 얻을 수 있는 예기된 출력 증가로서 블록(103)내에서 계산된다. 그 초기 온도 조건은 초기 출력수준에서 프로그램된 냉각재 온도를 먼저 계산함으로써 결정된다.

프로그램된 온도는 블록(105)내의 4개의 방정식에 지시된 것처럼 출력 수준의 일차함수이다. 다음 감소된 출력증가의 시작점에서의 온도차 △T_IC는 측정된 냉각재온도 및 프로그램된 냉각제 온도간의 차의 최소(거의 부)로서 블록(107)에서 결정된다. 그리고 제어봉으로 신속한 출력증가는 그 온도가 출력증가를 앞지르는 것이 가정될 동안 프로그램된 값에서의 전형적인 온도 편차가 최소로서 블록(107)에서 결정된다. 이 기대된 온도 하강에 대한 대표적인 값은 화씨 -4°이다. 감소된 온도의 출력 상승에 대한 초기조건을 결정하는 최종 단계로서 과도 현상 α_MIC의 시작점에서의 감속재 온도계수는 Pcm/℉로서 블록(109)내에서 결정된다. 감속재 온도계수 대 터이빈 출력곡선의 사용은 적합한 P_IC및 노심 사이클 연소상태를 위한 측정된 냉각재 온도에서 블록(111)내에 도시되어 있다.

2. 감소된 온도 과도 현상 궤적

감소된 온도 출력상승 동안 궤적의 결정은 제 7 도의 블록(113)에 도시된 바와 같은 다수의 관계를 셋팅업하는 것을 요망한다.

△T = a₂+ b₂P_TOT이다. (4)

여기서 △T는 프로그램된 온도에서의 편차이고 P_TOT는 감소된 온도 궤적 및 제어봉으로부터 얻어지는 전류 출력을 포함하는 총출력이다. 상수 a₂는 시작축을 지닌 궤적의 교차점을 정의하고 b₂는 이 함수의 기울기를 표시한다. 블록(113)에서 보인것처럼, 기울기 b₂는 감속재 온도계수 α_m으로서 계산되는 원자로 출력 계수 α_p와 동일하다.

출력계수 α_p는 블록(93)에 도시된 것처럼 출력결함대 터어빈 출력곡선의 기울기이다. 이러한 곡선은 2차 방정식에 의해 정의되며 기울기 α_P는 총출력 P_TOT의 1차 함수이다.

감속재 온도계수는 블록(111)의 곡선에 의해 도시된 것처럼 주어진 온도에 대한 출력의 1차 함수이다. 그변화 α_m는 초기 상태(제 5 도의 점 1) 및 최종상태(점 3)에서의 감속재 온도계수의 평균치이다.

직선 상태 α_MIC에서의 감속재 온도계수는 블록(109)내에서 계산된다. 블록(111)내에 도시된 곡선을 정의한 일차 방정식은 최후점 α_MF에서 감소재 온도계수를 계산하도록 사용되고, α₄는 0출력에서의 적절한 곡선의 시작이며, b₄는 기울기이다.

최종온도 T_F(점 3에서의)는 프로그램된 최종온도 T_PROG,F및 온도편차 △_T의 합과 동일하다.

프로그램된 최종온도 T_PROG.F는 무부하온도 T_NL를 지닌 출력의 일차 함수이며 초기 상태로서의 상수 K₃의 일차 함수이다.

3. 얻어지는 출력상승 결정

제 8a 도 및 8b 도는 5%/분에서 얻어지는 출력상승을 결정하는 플로우 논리를 도시한다. 제1단계로서, 제5도에 도시된 가능한 동작영역의 경계선으로서 정의되는 것처럼 궤적의 한계는 블록(115)내에 결정된다. 우측 경계선(4)은 터어빈 트로틀치의 포화 특성이다. 그것은 온도편차 △T, 총출력 P_TOT및 상수 a 및 b의 일차 함수이다. 일반적으로 제 5 도의 아래쪽 경계선(5)는 노심 안정도 및 증기 습윤 이송에 대하여 고려함으로서 설정된다. 일반적으로, 이것은 온도 편차 △T, 총출력 P_TOT및 상수 a₁및 b₁의 직선 함수인 일련의 직선 토막으로 이루어진다.

제 5 도에 도시도한 가능한 동작영역의 좌측 경계선은 자동 제어의 하한을 표시하는 것이지만, 온도 강하에 따른 출력 증가를 결정하는 인수는 아니다.

제 5 도에 살펴보면, 감소된 출력온도 궤적(2)는 충분히 멀리 뻗어가면 경계선(4) 및 (5), 즉 가능한 동착 영역의 모서리에 있는 선 및 외부에 있는 선과 교차하게 될 것이다. 그 궤적의 초기 조건 및 기울기는 어느 경계선이 먼저 교차될 것인지 결정한다. 블록(117)에서, 블록(115)의 각 식은 각 경계선(4)(5)와 감소된 온도 궤적의 교차점을 결정하도록 블록(113)의 10개의 식으로써 동시에 풀리게 된다. 그 궤적이 항상 다른 경계선과 교차하기 전에 가능한 동작 영역을 규정하는 경계선과 교차한다는 것을 제 5 도에서 알 수 있으므로, 블록 (117)에서 얻어진 P_TOT중 작은 것이 블록(119)에서 P(최종치)로서 선택된다. P(최종치)는 제어봉 상에서 감소된 온도 출력의 증가를 통해 얻어질 수 있는 최종 출력을 나타낸 것이다.

다음에, 5%/분로 얻어지는 출력증가 P_UP는 블록(121)에서 다음값, 즉 P(최종치)와 현재의 출력레벨 P_TU과의 차, 오퍼레이터에 의해 결정된 최고의 허가 출력레벨 P_HI와 현재의 출력레벨 P_TU와의 차, 오퍼레이터에 의해 허가된 최대의 출력변동 △P_HI공칭의 전체 출력 P_NOM과 현재의 출력레벨 P_TU와의 차, 핵비등에서의 이탈에 대한 여유도, 바닥 보호 기점당 킬로왓트에 대한 여유도 및 플랜트한계의 균형에 대한 최소치로서 결정된다.

만일 이것이 제 6 도의 블록(123)에서 시험될때 ONE에 해당하는 ITFIRST로 표시한 바와 같이 P_UP을 계산하는 첫단계라면, P_UP의 계산값은 블록(125)에 (P_UP) 보존로서 기억되고, ITFIRST는 블록(127)에서 ZERO로 셋트되며, 프로그램은 꼬리표 X로 표시한 바와 같이 제 3a 도에서 블록(79)로 복귀하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이어서 축상 오프셋의 계산이 출력증가 P_UP에 이르도록 예상 출력레벨과 관련된 축상 오프셋 한계를 써서 행하여질 것이다. 다시 봉상에서 얻어지는 출력은 예상 축상 오프셋이 한계 이내로 될때까지 가정된 봉 회수를 점차 감소시킴으로써 결정된 것이다. 다음에 이 출력 평가는 온도 감소에 대해 얻을 수 있는 출력에 대한 새로운 값과, P_UP의 새로운 평가치를 얻도록 다른 한계치와 합산되어 비교된 두개의 개정된 출력 계산치를 결정하기 위한 초기 조건으로 사용될 것이다.

ITFIRST가 블록(123)에서 시험되는 이때 그것은 ZERO와 같아질 것이며, 이어서 블록(129)에서 P_UT의 새로운 값이 P_UP의 마지막 계산값 즉(P_UP) 보존의 예비 설정한계 K내에 수렴하게 되는지 결정하도록 시험이 행해진다. 만일 그렇지않다면, P_UP의 새로운 값은 블록(131)에서 보존되고, P_UP의 연속적인 계산값들간의 차의 크기가 K와 같거나 이하일때까지 또다시 반복이 행해진다. K의 전형적인 값은 1%가 되며, 이 수렴상태에 도달하려면 전형적으로 5내지 6번의 반복이 필요하게될 것이다.

블록(129)의 조건이 충족되면, 이 계산이 계단식 증가를 위한 것인지의 여부에 대한 결정이 블록(133)에서 행하여 진다. 만일 그렇지 않다면, P_UP는 분당 5%의 출력 상승 능률이 된다.

본 발명의 양수인에 의해 설계된 PWR 장치는 10%의 계단식으로 증가하도록 설계되어 있다. 그렇지만, 이와 같은 출력증가는 P_UP와 동일한 한계, 즉 축상 오프셋 한계, 온도 한계, 최대 출력한계, 안전한계, 오퍼레이터 한계 및 BOP 한계를 결정된다. 따라서, 제 8b 도의 블록(135)에서 표시한 바처럼 계단식 출력증가는 위에서 도시한 바와 같이 미리 출력증가에 대한 적절한 한계를 고려한 0.1(10%) P_UP의 최소치로서 결정된다.

지금까지 본 발명의 특정 실시예가 상세히 설명되었지만, 본 분야의 숙련 기술자는 본 명세서의 지침에 의해 여러가지 변형 및 수정이 이루어질 수 있음을 명백히 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재한 특정의 구성은 예시적인 것에 불과할뿐, 첨부된 청구범위의 범위에 주어진 본 발명의 범위를 이것으로 국한하려는 것이다.

Claims (24)

1. 원자로의 반응도를 제어하기 위해 원자로심에 선택적으로 위치될 수 있는 제어봉과 터어빈 발전기를 포함한 원자로심 및 전력발성장치 사이에 열전달 매개물로 작용하는 원자로 냉각재를 가진 원자로를 포함하며, 원자로의 크세논 레벨이 변하지 않는 시간주기내에 완성된 출력변화를 통해 원자력 발전소를 제어하기 위한 방법으로서, 원자로의 현재 출력레벨 및 축상 오프셋을 측정하는 단계와, 현재 제어봉 위치를 측정하는 단계와 ; 원자로 냉각재 온도를 측정하는 단계와 ; 상기 시간주기동안 원자로 냉각재 온도의 변화를 통해 출력레벨이 증가 가능한 추가된 양을 결정하는 단계로 이루어진 방법에 있어서, 측정된 출력레벨, 축상 오프셋 및 제어봉 위치로부터 실시간 기준을 측정하고, 출력이 제어봉의 재위치를 통해 상기 시간주기내에 현재 출력 레벨 이상으로 증가하는 최대 양을 결정하는 단계와 ; 제어봉의 재위치와 원자로 냉각재 온도의 변화를 통해 출력이 증가될 수 있는 전양과 동일한 예기된 전체 출력증가 만큼 출력의 변화를 포함하는 장치의 출력변화를 달성하고 선택하는 단계와 ; 선택된 출력변화에 의해 현재 출력레벨에서 출력레벨을 변화하기 위해 장치를 작동하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제어봉을 재위치하여 출력증가 가능성을 결정하는 단계는 a) 제어봉 위치, 축상 오프셋 및 출력레벨의 현재 측정된 값으로부터 현재 출력레벨과 제어봉 위치의 함수로서 발전장치의 현재 축상 오프셋의 응답 특성의 표시를 발생하는 단계와 ; b) 축상 오프셋의 한계를 선택하는 단계와 ; c) 제어봉의 소정의 해제를 선택하는 단계와 ; d) 미리 선택된 제어봉의 해제로 예기된 출력증가를 결정하는 단계와 ; e) 축상 오프셋 응답 특성으로부터 소정의 제어봉 해제와 예기된 출력증가에 의해 영향을 받는 예기된 축상 오프셋을 결정하는 단계와 ; f) 예기된 축상 오프셋과 선택된 축상 오프셋의 한계를 비교하여 예기된 축상 오프셋이 선택된 오프셋 한계와 동일하거나 그 이하일때 제어봉의 재위치를 통해 출력이 증가하는 양만큼 예기된 출력증가를 사용하며, 예기된 축상 오프셋이 선택된 축상 오프셋 한계를 초과할때, 제어봉의 소정의 해제중 더작은 것을 선택하고, d) 단계 내지 f) 단계를 반복하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 발전장치의 현재 축상 오프셋의 응답특성을 결정하는 단계는 다수의 곡선군을 저장하고, 선택된 원자로 크세논 분포에 대해 출력레벨과 제어봉 위치의 함수로서 발전장치의 축상 오프셋 응답 특성을 나타내는 단계와 ; 제어봉 위치와 축상 오프셋의 현재 측정치와 발전장치의 출력레벨 사이의 관계를 가장 밀접하게 나타낸 곡선군을 선택하는 단계로 이루어지는데 축상 오프셋 응답 특성으로부터 예기된 축상 오프셋을 결정하는 단계는 선택된 곡선군으로부터 증가된 출력수준에 일치하는 곡선을 선택하고, 선택된 곡선과 선택된 제어봉 위치로부터 예기된 축상 오프셋을 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 봉위치, 축상오프셋의 측정치와 출력수준 사이의 관계를 가장 밀접하게 나타낸 곡선군을 선택하는 단계는 각 곡선군으로부터 현재 출력 수준에 일치하는 곡선을 선택하는 단계와 ; 각 선택된 곡선으로부터 제어봉 위치의 측정치에서 축상 오프셋의 기대치를 결정하는 단계와 ; 선택된 곡선군중에서 축상 오프셋의 기대치와 측정치 사이의 차를 최소화 하는 선택된 출력곡선과 연결된 군을 선택하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은 곡선의 축상오프셋 값에 대한 기준으로써 측정된 축상 오프셋과 선택된 곡선군의 선택된 곡선에서 결정된 기대치 사이의 차를 응용하므로써 선택된 곡선군을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 3 항에 있어서, 곡선군을 저장하는 단계는 다수의 곡선군 그룹을 저장하는 단계를 포함하며, 각 그룹의 곡선군은 원자로의 선택된 노심 사이클 연소 상태에 관련되어 있으며, 봉위치와 축상 오프셋의 현재 측정치와 발전장치의 출력레벨 사이의 관계를 가장 근접하게 나타낸 곡선군을 선택하는 단계는 먼저 현재 노심 사이클 연소상태와 관련된 곡선군의 그룹을 선택하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 2 항에 있어서, 출력수준이 냉각재 온도의 변화를 통해서 증가된 양을 결정하는 단계 다음에, 예기된 전체 출력레벨에 허용될 수 있는 최대 축상 오프셋으로 선택된 축상 오프셋의 한계를 수정하는 단계와(여기서 전체 출력 레벨은 제어봉을 통해 그리고 냉각재 온도의 강하를 통해 얻을 수 있는 출력의 전체 증가량과 현재 출력 수준의 합이다). 제 2 항의 단계(b) 이후를 전부 반복하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 선택된 축상 오프셋 한계는 다음 관계식 즉,

   

   여기서, TAO = 독표 축상 오프셋 TBHI = 최대 출력에서 TAO로부터 허용된 양의 펀차 P_T= 현재 출력레벨 P_ρ= 제어봉과 냉각재 온도 강하를 통해 얻을 수 있는 예기된 출력의 증가에 따라서 수정되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 2 항에 있어서, 예기된 출력증가를 결정하는 단계 : 선택된 봉위치와 측정된 봉위치 사이의 차로써, 봉위치의 변화인 △R_P를 결정하는 단계와 ; △R_P를 반응도 변화 △ρ로 변환하는 단계와 ; 반응도 변화의 함수로써 증가된 출력수준을 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 봉 위치의 변화 R_P를 반응도 변화 △ρ로 변환하는 단계는 : 현재 원자로심 사이클의 연소 상태에 대해 봉위치의 변화에 영향을 받는 반응도의 퍼센트 변화와 봉위치 사이의 관계를 나타내는 전체봉 영향 곡선을 저장하는 단계와 ; 전체 봉영향 곡선으로부터 봉위치의 변화 △R_P에 영향을 받게될 반응도의 퍼센트 변화를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 반응도 변화 △ρ의 함수로써 증가된 출력수준을 결정하는 단계는 : 현재 원자로심 사이클 연소상태에 대해 반응도의 퍼센트 변화와 출력사이의 관계를 나타내는 출력결함 곡선을 저장하는 단계와 ; 출력 결함 곡선으로부터 반응도 변화 △ρ에서 영향을 받게될 증가된 출력수준을 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 전체봉 영향 곡선과 출력 결함곡선을 저장하는 단계는 원자로의 각 선택된 노심 사이클 연소 상태에 대해 다수의 각 선택된 노심 사이클 연소 상태에 대해 다수의 각 곡선을 저장하는 단계를 포함하며, 반응도 변화 △ρ와 증가된 출력수준을 결정하는 단계는 먼저 현재 노심 사이클 연소상태와 관련한 적절한 곡선을 선택하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 출력수준이 원자로 냉각재 온도를 변화한 결과로서 증가될 수 있는 크기를 결정하는 단계는 : 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력의 변화를 규정하는 함수를 만드는 단계와 ; 온도 관련 출력변화 함수에 대해 한계를 선택하는 단계와 ; 한계에 허용된 온도 관련 출력 변화 함수에 대해 최대치를 결정하는 단계와 ; 최대치와 동일한 원자로 냉각재온도를 변화한 결과로써 얻어지는 출력레벨을 설정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 한계는 터어빈 드로틀 밸브포화 한계와 최소한 노심안전 한계 및 증기 습윤 이송 한계중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 13 항에 있어서, 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력의 변화를 규정하는 함수를 만드는 단계는 함수에 대한 초기조건으로써 냉각재 온도의 프로그램된 값에서의 선택된 편차와 봉이동을 통해 얻을 수 있는 출력증가와 현재 출력수준의 합을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 프로그램된 온도로부터 초기 온도편차는 1) 프로그램된 온도와 측정된 냉각재 온도 사이의 차와 ; 2) 제어봉상의 급속 출력 증가 기간중 프로그램된 온도로부터 미리 선택된 전형적인 원자로 냉각재 온도 편차중 음인것을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 프로그램된 온도로부터 소정의 원자로 냉각재 온도편차는 약 화씨 -4°인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서, 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력의 변화를 규정하는 함수는 원자로 출력계수를 평균 원자로 감속재 온도계수로 나눈것과 동일한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 15 항에 있어서, 선택된 한계는 원자로 냉각재 온도와 출력레벨의 함수로써 정의되며, 상기 함수는 한계에 허용된 최대 출력변화를 결정하기 위해 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력변화를 정의하는 함수와 유사하게 풀리는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력 변화를 정의하는 함수의 기울기는 초기 조건과 최대 출력 레벨에서 원자로 출력계수를 감속재 온도계수의 평균으로 나눈것과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 13 항에 있어서, 선택된 한계는 다음과 같은 식 즉

    △T = a + bP_TOT

    △T = a₁+ b₁P_TOT

    (여기서 P_TOT는 원자로 냉각재온도의 강하에 기인한 변화를 포함하는 전체 출력, a, b, a₁및 b₁은 상수) 방적정에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력 변화를 규정하는 함수는 다음과 같은 식 즉

    △T = a₂+b₂P_TOT

    

    a₂= △T_IC-b₂P_IC

    (여기서 P_IC=봉이동을 통해 출력이 변화한 후 출력레벨 △T_IC= 봉이동을 통해 출력이 변화한 후 프로그램된 값으로부터 온도편차) 방정식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서, 출력계수는 다음과 같은 식 즉

    α_P= k₁+ k₂P_TOT

    (여기서 k₁과 k₂는 상수) 방정식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 23 항에 있어서, 감속재 계수 α_m은 다음 관계와 같은 식 즉

    

    그리고 α_mic=a₃+b₃P_ICa₃=f(T·P_IC) b₃=f(T·P_IC) α_mf=a₄+b₄P_TOTa₄=f(T_F, P_TOT) b₄=f(T_F, P_TOT) T_F=△T+T_PROG,FT_PROG,F=T_NL+K₃P_TOT

    (여기서 T=측정된 냉각재 온도, T_F=P_TOT에서 원자로 냉각재 온도, T_NL=무부하 냉각재 온도 K₃=상수)에 의해 정의되며 그리고 상기 방정식과 제 22 항과 제 23 항의 방정식은 각 한계함수의 교차점에서 P_TOT의 값을 결정하기 위해 제 21 항의 각 방정식과 유사하게 풀이되며 함수는 원자로 냉각재 온도의 함수로써 출력 변화를 규정하고, 얻을 수 있는 전체 출력으로써 P_TOT의 더 작은 값을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.

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