원자력안전기술정보회의

Apr. 8-9. 2, 2004

LPMSLPMSLPMSLPMS 운영현황운영현황운영현황운영현황 및및및및 개선방안개선방안개선방안개선방안

김김김김 선재선재선재선재

기계해석실기계해석실기계해석실기계해석실, 안전평가부안전평가부안전평가부안전평가부

2222

목목목목 차차차차

원자로계통의건전성감시필요성

LPMS 개요기능및감시원리

LPMS 관련규제요건경보구성및신호검출방법

충격위치및충격질량추정방법

LPMS 설비현황및개선방안LPMS 운영현황및개선방안실시간감시및분석시스템

3333

원자로시설의원자로시설의원자로시설의원자로시설의 건전성건전성건전성건전성 감시감시감시감시 필요성필요성필요성필요성

방사능물질의누출을방지하기위한압력경계압력경계압력경계압력경계

사고징후를사고징후를사고징후를사고징후를조기에조기에조기에조기에감지감지감지감지하여이에대한예방조치를 가능케함으로서

설계기준사고발생을사전에방지할수있게함.원자로시설의건전성을위협하는이상징후발생

최근영광 5,6호기, 울진 5호기 열전달완충판이탈사례

건전성확보를위해서는지속적인지속적인지속적인지속적인건전성감시가필요함.

국내원전은가동년수가증가함에따라손상확률이증대되고있으므

로 적극적인적극적인적극적인적극적인건전성감시활동이요구됨.

신호측정및분석등의기반기술개발을통하여건전성감시기술의감시기술의감시기술의감시기술의

신뢰성신뢰성신뢰성신뢰성을향상시키고있는추세임.

4444

LPMSLPMSLPMSLPMS----기능기능기능기능

기능압력경계및그주요기기(RPV, RCP, SG) 내부에금속성이물질이존재할때이를 조기에감지할수있는기능제공, 금속성이물질로인한주요안전기기의고장및설계기준사고를방지할수있게함. 금속성이물질의위치및중량등을분석하는정보제공

감시원리

압력경계 내부 표면에 금속성 이물질이 충돌하면 그 표면을 따라충격파동이 전파됨. 충격파동의 이동으로 압력경계에 진동이 발생하고 압력경계 외부표면에 부착되어 있는 가속도계 센서로 감지

가속도계로 감지된 진동 신호에 대해, 센서간 신호도달 시간차, 주파수 성분 특성 등의 분석을 통하여 금속성 이물질의 위치 및질량 등을 파악하게 됨.

5555

LPMS LPMS LPMS LPMS – 감시원리감시원리감시원리감시원리

감시 원리

금속충격 충격파동 충격파동의 전달 진동(가속도계)

V0 E2 , ν2

E1 , , m, R ν1

6666

LPMSLPMSLPMSLPMS----관련관련관련관련 규제요건규제요건규제요건규제요건

주요 관련 요건Reg. Guide 1.133 Rev. 1, Loose Part Detection Program for the Primary System of Light-Water Cooled ReactorsASME Code OM Standard Part 12, Loose Part Monitoring in Light-Water Reactor Power Plants

요건의 주요 내용계통탐지감도 : 0.25 lb ~ 30 lb (0.11 ~ 13.6 kg)충격 에너지 범위 : 센서로부터 3 ft 이내의 거리에서 0.5 ft-lb (0.68 J) 이상의 운동에너지를 갖는 충격을 감지

센서 위치 : 금속성 이물질이 모일 수 있는 구역 (원자로 용기 상부및 하부 공간, 증기발생기 입구 공간)에 최소한 2개의 가속도계 센서설치.

7777

LPMSLPMSLPMSLPMS----관련관련관련관련 규제요건규제요건규제요건규제요건

경보체계는 정상운전중 통상적으로 발생되는 수력학적, 기계적

그리고 전기적인 요인에 의한 배경잡음 신호와 충격신호가 명확히

구분될 수 있어야 함.

경보체계는 운전절차상 피할 수 없는 예상된 운전조치(예, 제어봉구동, 펌프기동 등)에 의한 거짓 경보신호 발생 시에 이를 무시할수 있는 체계를 갖추어야 함.

주기적인 점검요건에 따라 성능이 점검되어야 함.

1일 : 채널확인, 7일 : 음향경보확인, 31일 : 채널기능시험

91일 : 배경잡음확인, 18개월 : 채널교정시험(강구충격시험)

8888

LPMS-경보신호경보신호경보신호경보신호 특징특징특징특징

신호특징Signal Feature 신호형태, Rising time, 최대가속도크기, 주파수성분인접채널의최대가속도크기와도달시간차, 주파수성분의상호연관성

Occurrence Feature발생위치와빈도

원자로의상태변수(온도, 압력, 출력, 펌프운전이력등)전파속도 ∝주파수전파되면서주위매질에에너지전달, 신호감쇠발생

9999

LPMS-경보신호경보신호경보신호경보신호 검출검출검출검출 방법방법방법방법

경보신호검출방법Fixed Alarm : Instant Peak > Fixed Set pointFloating Alarm :

Short T.AVG > Long T.AVG + Floating Alarm Offset

Short Term AVG (640 µSec)

Long Term AVG(10240 µSec)

Floating Alarm Offset

Fixed Set pointInstant Peak

10101010

경보신호경보신호경보신호경보신호 판별판별판별판별

False/Confirmed Alarm Screen Criterion : 금속성이물질에의한충격신호특징을판별

RMS ratio, Impact Duration time, Inter Channel delayRinging Frequency, Collection zone, Event count

금속성이물질충격

구조물진동

구조물열팽창

기타원인

충격신호

?

11111111

충격위치충격위치충격위치충격위치 추정추정추정추정

Hyperbola intersection method Time arrival impact location Peak amplitude impact location

Circle Insertion 방법

1221 tVrr g ∆⋅=−

BBBB

rrrr1111

rrrr2222

AAAA

P파S파

∆t1

∆t2

rrrr2222 = ∆t2*Vp*Vs/(Vp-Vs)

rrrr1111= ∆t1*Vp*Vs/(Vp-Vs)

Sensor AAAA

Sensor BBBB

∆t12

Circle Insertion 방법에 의한 위치추정

)(12

21Sp

Sp

VVVVt

rr−

⋅⋅∆=−

η21

21lnln bbrr −

=−

12121212

충격충격충격충격 위치위치위치위치 추정추정추정추정

Envelope Curve 방법거리가멀어지면상승시간(Tr : 최대진폭이될때까지시간)이길어지고, 신호진폭이서서히감소하는특징

0 ~ 1m

about 3m

about 10 m

빠르게 상승, 감쇄

완만한 상승,

수 mSec 의 상승시간

매우 완만한 상승

감쇄 20 mSec 이상 계속됨

20 mSec

20 mSec

20 mSec

13131313

충격충격충격충격 질량질량질량질량 추정추정추정추정

Mass Map에의한평가질량=함수(중심주파수, 충격위치에서의최대가속도, 유속)

FR 에의한평가[0~6 kHz], [0~15 kHz] 사이의주파수성분(APSD)의크기비율

충격시간에의한평가질량 ∝충격(접촉)시간, 유속

Hertz 접촉이론에의한 iteration 평가질량= 함수(중심주파수, 충격위치에서의최대가속도, 유속)을만족할때까지 iteration 반복수행

14141414

감시설비감시설비감시설비감시설비 설치설치설치설치/운영운영운영운영 현황현황현황현황

국내원전별감시설비설치/운영현황

LPMSLPMSLPMSLPMS IVMSIVMSIVMSIVMS ALMSALMSALMSALMS RCPVMSRCPVMSRCPVMSRCPVMS

고리 1,2,3,4고리 1,2,3,4고리 1,2,3,4고리 1,2,3,4 OOOO XXXX OOOO OOOO

영광 1,2영광 1,2영광 1,2영광 1,2 OOOO 영광 1영광 1영광 1영광 1 OOOO OOOO

울진 1,2울진 1,2울진 1,2울진 1,2 OOOO 울진1울진1울진1울진1 OOOO OOOO

영광 3,4,5,6영광 3,4,5,6영광 3,4,5,6영광 3,4,5,6 OOOO OOOO OOOO OOOO

울진 3,4,5,6울진 3,4,5,6울진 3,4,5,6울진 3,4,5,6 OOOO OOOO OOOO OOOO

월성 1,2,3,4월성 1,2,3,4월성 1,2,3,4월성 1,2,3,4 XXXX XXXX XXXX OOOO AGS, SPND AGS, SPND AGS, SPND AGS, SPND

OOOO

OOOO

WWWW, F, F, F, F

KSNPKSNPKSNPKSNP

원전 원전 원전 원전

ABB CE에 의해 설계 공급ABB CE에 의해 설계 공급ABB CE에 의해 설계 공급ABB CE에 의해 설계 공급

건전성 감시설비건전성 감시설비건전성 감시설비건전성 감시설비비고비고비고비고

국내 기술(㈜ 우리기술)에 의한 추가설비 공급국내 기술(㈜ 우리기술)에 의한 추가설비 공급국내 기술(㈜ 우리기술)에 의한 추가설비 공급국내 기술(㈜ 우리기술)에 의한 추가설비 공급

15151515

LPMSLPMSLPMSLPMS–계통계통계통계통 구성구성구성구성

감지기 경보기 LPAP 분석컴퓨터전치증폭기.

2MSD

•신호 감지 •입력신호 증폭 •충격신호 검출•경보 발생

•충격신호 판단 •충격신호분석

•신호저장

격납용기 벽

ABB CE Design Type

• IVMS

• ALMS• RCPVMS

16161616

LPMSLPMSLPMSLPMS–계통계통계통계통 구성구성구성구성

PANEL PC

AUDIOMONITOR

AMU

STU

SCM16CH

SCU MCU

DAM16CH

MCM

AIM

SENSOR PREAMP

16CH 16CH

AC

BACKUPDEVICE

PRINTER

MCR

FMM

DIOM

VMEbus

CRDM Inhibit

TCP/IP

ALARMCONTROL

PNLMCR

국내 Design Type (주)우리기술

17171717

ABB-CE Design Type

참고참고참고참고 : D : direct stud, W : weld buildup, C : clamped

181212Total

케이싱케이싱케이싱케이싱부위부위부위부위 4(W)--RCP

1차측차측차측차측: tube sheet 하부하부하부하부고온관고온관고온관고온관 1(W)

2차측차측차측차측: Economizer 상부상부상부상부 1(W), 보수용보수용보수용보수용출입구출입구출입구출입구사이사이사이사이 1(W), tube bundle 상부상부상부상부 1(W)

1차측차측차측차측: tube sheet 하부하부하부하부고온관측고온관측고온관측고온관측 1(W) 두개의두개의두개의두개의저온관저온관저온관저온관사이사이사이사이 1(W)

2차측차측차측차측: Economizer 상부상부상부상부 1(W), FW 노즐노즐노즐노즐상부상부상부상부 1(W)

S/G

상부상부상부상부 shell 3(W), 하부하부하부하부 shell 3(W)

상부상부상부상부 shell 2(W), 하부하부하부하부 shell 2(W)Rx

4, 2Loop, S/G 수수수수

ABB-CEABB-CEABB-CE공급사공급사공급사공급사

영광영광영광영광5,6 울진울진울진울진5,6울진울진울진울진 3,4영광영광영광영광 3,4,

18181818

LPMS 센서센서센서센서 설치설치설치설치 위치위치위치위치

Ch 104

Ch 105

SG 1

SG 2

Ch 106

원자로 상부 채널원자로 하부 채널

Ch 101

Ch 102

Ch 103

1A 1B

2B 2A

영광영광영광영광5,6 & 5,6 & 5,6 & 5,6 & 울진울진울진울진5,6 5,6 5,6 5,6 호기호기호기호기 LPMS LPMS LPMS LPMS 센서센서센서센서 설치위치설치위치설치위치설치위치

19191919

국내 Design Type

3, 33, 33, 33, 3

1515151510101010 1212121210101010TotalTotalTotalTotal

--------RCPRCPRCPRCP

참고참고참고참고 : : : : D : direct stud, W : weld buildup, C : clamped

1차측차측차측차측: 고온관측고온관측고온관측고온관측 tube sheet 하부하부하부하부(D), 저온관측저온관측저온관측저온관측 tube sheet 하부하부하부하부(D)

2차측차측차측차측: 고온관측고온관측고온관측고온관측 tube sheet 상부상부상부상부(D)

1차측차측차측차측: 고온관측고온관측고온관측고온관측 tube sheet 하부하부하부하부(D)

2차측차측차측차측: 고온관측고온관측고온관측고온관측 tube sheet 상부상부상부상부(D)

S/G

상부상부상부상부인양고리인양고리인양고리인양고리 3(D)하부하부하부하부 ICI tube 3(C)

상부상부상부상부인양고리인양고리인양고리인양고리 2(D)하부하부하부하부 ICI tube 2(C)Rx

2, 23, 3Loop, S/G 수수수수

Framatome, 우리기술우리기술우리기술우리기술(주주주주)

W-H,우리기술우리기술우리기술우리기술(주주주주)

W-H우리기술우리기술우리기술우리기술(주주주주)

W-H우리기술우리기술우리기술우리기술(주주주주)공급사공급사공급사공급사

울진울진울진울진 1,2고리고리고리고리 1,2고리고리고리고리 3,4영광영광영광영광 1,2

20202020

LPMS 센서센서센서센서 설치설치설치설치 위치위치위치위치

S

PHot legHot legHot legHot leg

Cold legCold legCold legCold leg

TUBETUBETUBETUBESHEETSHEETSHEETSHEET

CRDM penetration

Lifting Lug

Direct Stud

ICI Guide tube

Accelerometer

Direct Stud

Clamp &Direct Stud

영광영광영광영광1,2 & 1,2 & 1,2 & 1,2 & 고리고리고리고리3,4 3,4 3,4 3,4 호기호기호기호기 LPMS LPMS LPMS LPMS 센서센서센서센서 설치위치설치위치설치위치설치위치

21212121

설비설비설비설비 현황현황현황현황 및및및및 문제점문제점문제점문제점

ABB CE Design Type 설비NIMS(NSSS Integrity Monitoring System) : LPMS, IVMS, ALMS, RCPVMS 통합시스템으로 W/S(VAX) 기반에서운영됨제한된분석방법(주파수성분분석, best matching pattern)만제공되며, 새로운분석알고리즘과분석도구(tool) 개발/적용이불가능함GUI (Graphic User Interface)의편의성미흡저장된경보신호의데이터호환성문제

경보신호분석과연관된원자로의압력, 온도, 출력변동, 주요펌프의작동이력등의운전상태변수값부재

고주파대역이배제된 0.5~15 kHz 대역의신호사용

국내 Design Type국내기술(㈜우리기술)에의해 1996(영광 1,2)년부터설치운영중PC(Windows) 기반으로경보신호데이터호환용이GUI (Graphic User Interface)의편의성위치추정(도달시간차) 및질량추정알고리즘일부포함데이터수집및인터넷전송방법적용용이

저장된경보신호의데이터호환성문제

22222222

설비설비설비설비 개선개선개선개선 방안방안방안방안

개선모델PC 기반으로확장및 upgrade 편의성확보표준화된 LPMS data 저장방식으로통한데이터호환성문제해결Confirmed/False 경보신호에대한판별알고리즘개선필요고주파대역이포함된신호사용

사용자중심의 GUI 개발필요새로운분석알고리즘과분석도구(tool) 개발/적용이가능한구조.위치추정및질량추정알고리즘포함

데이터수집및인터넷전송방법적용용이(Remote Online Monitoring 적용가능성)주기적기능점검을위한 Trend Analysis 기능경보신호분석과연관된원자로의압력, 온도, 출력변동, 주요펌프의작동이력등의운전상태변수값저장기능

23232323

운영현황운영현황운영현황운영현황 및및및및 문제점문제점문제점문제점

운영부서

계측제어부, 호기당 1인담당경보발생빈도및분석업무에비하여업무투여시간의부족

신호분석전문가육성프로그램

기계진동 및 파동이론, 신호처리 기법에 대한 전문지식 필요

발생경보에 대한 이력관리를 통한 신호 분석경험 축적 필요

타원전의 유사신호에 대한 기술 정보교류 필요

정기적인 세미나 및 실무교육 필요

24242424

운영현황운영현황운영현황운영현황 및및및및 문제점문제점문제점문제점’

신호분석현황False/Confirmed Alarm 분류신호중 False Alarm 미고려경보발생시규제기관(현장주재관) 보고조치(영광5 후속조치)외부신호분석전문가를활용하는분석지원체제운영중

경보발생시신호판별및분석절차서미흡

주기적기능점검영광6, 울진5 사례 : 계통의감지기능저하/상실발생적시에발견되지못하고사후신호분석과정에서발견

현행주기적기능점검방법및운영상의한계

25252525

운영운영운영운영 개선개선개선개선 방안방안방안방안

운영인력의전문화지속적이고정기적인교육프로그램및기술정보교류

기계부및발전부와연계하여신호분석수행필요

신호분석능력제고

False Alarm의분석실효성있는판별알고리즘의선택적적용필요

원자로과도운전조건발생시 False Alarm 분석확대필요발전소전운전과정에대한경보신호를발생유형별로 DB를구축하여경보신호의진위분석에활용(Pilot Plant)타원전의유사신호에대하여구축된 DB를활용하여경보신호의진위분석활용

금속충격신호를판별하는 “경보신호분석지침”마련필요경보신호분석자료(경험) 축적및관리절차마련필요

26262626

운영운영운영운영 개선개선개선개선 방안방안방안방안

신호분석 능력 제고

LPMS Mock-Up 또는 건설원전을 활용한 다양한 충격시험 자료확보

주기적 기능점검계통 감시 기능 및 센서 건전성 확인을 위한 시험방법 개발

전원전 대상으로 주기 점검절차서 개발 보완 필요

배경잡음 데이터 및 센서 특성의 경향분석 필요

월성 원전에 대한 LPMS의 설치여부설치 타당성에 대한 조사 및 검토 필요

27272727

실시간실시간실시간실시간 감시감시감시감시 및및및및 분석분석분석분석 시스템시스템시스템시스템

Web 기반의건전성감시및분석시스템

• 프랑스 : DEVIANT(‘81), SDECE(‘88), PSADPSADPSADPSAD(‘97) by EdF• 독일 : KUS 95KUS 95KUS 95KUS 95

28282828

감시감시감시감시 및및및및 분석분석분석분석 시스템시스템시스템시스템 구성구성구성구성

구성모듈Communication via TCP/IP 현장데이터수집/전송 PC와데이터전송TCP/IP 또는 VPN 활용

Data Acquisition & DB Management 수집된데이터를원전별, 감시설비별, 운전주기별, 경보발생이벤트별로분류하여 DB에저장하고관리

Data Processing and Analysis신호처리기법및분석도구를이용하여데이터분석

새로운알고리즘및분석도구확장성수용

Monitoring & Presentation 신호추이, 분석결과등을Web 문서로표현.