제14회원자력안전기술정보회의 - kins.re.kr · 제14회원자력안전기술정보회의 11 공학적안전설비-기기제어계통 원자력발전소핵분열생성 물질의발전소외부노출을

디지털 계측제어계통의국산화 방향

2009. 04. 06김국헌 상무

제14회 원자력안전기술정보회의

제14회 원자력안전기술정보회의1

목 차

안전계통 TR 인허가 현황IIII

원전 계측제어시스템(MMIS) 개발 현황II

MMIS 통합성능검증설비 구축 및 시험IIIIII

MMIS 사업추진 현황IVIV

결론VV


I. MMIS 개발 현황

원전용 디지털 계측제어시스템 개발 및 실용화

APR-1400 후속기의 통합계측제어시스템 개발 및 실용화

가동 중 원전 및 신규 원전에 계측제어시스템의 공급

감시 및 운전지원기술 개발로 미래기술 기반 확보

사업종료시점에 세계 3강 지위 확보

KNICS, Westinghouse, Framatome-ANP

KNICS(원전계측제어시스템 개발사업) 란?

KNICS 개발사업 목표

총사업기간 : 2001.07.01 ~ 2008.04.30

1단계 : 2001.07.01 ~ 2004.06.30(3년)

2단계 : 2004.07.01 ~ 2008.04.30(3년 10개월)

사업예산 : 총 700억원(산업체 분담금 포함)

KNICS 사업기간


원자로 보호계통, 노심보호 연산기계통 및 공학적안전설비-기기제어계통에 적용되는 핵심제어기기

원자력 안전필수 등급

Safety Class 1E H/W 및 Safety Critical S/W 품질확보

원전 Q Class 기준만족(KEPIC 인증획득 )

POSCO 3선재 적용

울진 1발 CCMS POSCO 3선재

안전등급 제어기기POSAFE-Q PLC

안전등급 제어기기



Rack size

– 482.6 x 281.35 x 294mm

– 19” 산업 표준

설치 모듈

–전원모듈

–CPU 모듈

–통신 및 입출력모듈 (12개 모듈)

설치 방법

–장.탈착이 용이한 레일 방식

–전면에 단자대 설치 (14 AWG cable)

– Pulgable 단자대 사용

–On-line 중 입출력모듈 장.탈착 가능

(Hot Swap 기능 )


POSAFE-Q 특징


Single Processor Module

Redundant Processor Module

Communication Module

– Profibus-FMS, HR-SDL, HR-SDN

I/O Module

– Digital Input

– 24VDC, 48VDC, 120VAC, 230VAC

– Digital Output

– 24VDC, 48VDC, 125VDC, 230VAC,

– Relay Output

– 특수모듈

– Analog Input, Analog Output

– Pulse Counter

– RTD, TC

엔지니어링 도구(pSET)


POSAFE-Q 구성 모듈


품질보증 : 10CFR50, Appendix B QA 요건 만족

기능 및 성능 : 안전계통 Platform

– IEEE Std. 603

– IEEE Std. 7-4.3.2 설계기준 만족

– EPRI TR-107330 요건 및 사양 만족

나선형(Spiral) 모델 방법 적용

– 개념 설계

– 요건 및 사양

– 하드웨어 및 소프트웨어 설계

– 하드웨어 제작 및 소프트웨어 구현

– 시험 (단위, 통합, 시스템, 기기검증시험 등)

소프트웨어 개발 및 검증

– Formal method based SRS/SDS (State Chart, SDL)

– S/W V&V : IEEE Std. 1012

POSAFE-Q 개발



원자력 발전소에서 핵분열이일어나는 원자로를 안전하게보호하는 계통

POSAFE-Q PLC 채택

계통구조의 단순화

이중화 구조로 신뢰성 향상

철저한 확인 검증 수행

다양한 고장진단 기능 적용으로신뢰도 향상

시험기능 강화로 유지보수성 향상

원자로 보호계통

원자로 보호계통



Requirement

Implementation

Functional Specification

Validation

Verification

Verification

Verification

Verification

High-LevelDesign

Low-LevelDesign

SRS

SDS

SystemTest

IntegrationTest

S/W ComponentTest

EQ Test

Integration & Test

Integration & Test

Test Plan

Test Design

Test Case

Test Procedure

Test Execution

Planning

System Design

IEEE Std.1074

IEEE Std 830

NUREG/CR-6101

IEEE Std. 1016

원자로보호계통

소프트웨어 개발


소프트웨어확인 및 검증체계

품질보증체계QAM/QAP

소프트웨어안전성분석체계

소프트웨어형상관리체계

확인및검증계획서단계별검증절차서

형상관리계획서형상관리도구(NuSCM)

안전계획서안전성분석절차서

소프트웨어검증


소프트웨어 검증


내환경시험

– 기준 : IEEE Std. 323

– 25℃, 48℃(8hr), 4.5℃(8hr)

내진검증

– 기준 : IEEE Std. 344

– SSE(13g, 1회), OBE(6.5g, 5회)

전자기파 검증

– 기준 : RG 1.180-R1

– CE 101/102

– RE 101/102

– CS 101/114/115/116

– RS 101/103

– SWC(Surges/ EFT/ Ringwave)

ESD

– 기준 : EPRI TR-102323-R2

– Air discharge : 15kV

– Contact discharge : 8kV

기기검증 시험

내환경시험

내전자파시험

내진시험



공학적안전설비-기기제어계통

원자력 발전소 핵분열 생성물질의 발전소 외부 노출을차단하는 계통

POSAFE-Q PLC 채택

그룹제어기 삼중화 구조로 신뢰성향상

철저한 확인 검증 수행

이중화 루프제어기 채택

안전필수등급 통신망 사용으로신뢰성 향상



모의화 제어반(MCR Mockup)모의화 제어반

(MCR Mock-up)시험신호 생성장치(I/O Simulator)





원전용 DCS 개발

원전용 DCS

1단계 개발품은 고리 2발 수처리시스템에 적용하여 운용 중임.

2단계 개발품의 특징

보장형 제어 : 주어진 시간주기의 결정론적 제어

소규모, 중규모, 대규모 수준의확장성 제공

높은 엔지니어링 생산성

제어망과 정보망의 분리

이중화 및 연속 운전

출력제어계통의 제어함으로 적용됨.

통합성능검증 시험 수행



제어봉 제어시스템 및 원자로 출력제어계통 개발

1단계 사업에서 고리원전형 원자로제어봉 제어시스템 개발

차세대원전(APR-1400)형 원자로출력제어계통 개발 완료

기기검증 시험

기능 및 성능 확인

장시간 운전시험

원자로 출력제어계통은 가동 중KSNP의 CEDMCS 교체 적용

제어봉 제어시스템

원자로 출력제어계통



제어봉 위치 전송기 및 원자로 수위감시용 열전대 개발

RSPT

HJTC

제어봉 위치 전송기(RSPT) 및 원자로수위감시용 열전대(HJTC) 시제품 개발완료

기기검증 완료

제어봉 위치 전송기는 두산중공업 공장및 영광 2발 등 현장에서 시험 추진중임.

RSPT 특징

기존 제품 대비 저항 정밀도, 리드스위치 민감도 및 접합부위개선

HJTC 특징

센서 내구성 향상

표준원전 및 차세대원전에 적용가능함.



원자로 노심의 핵반응을 감시하여노심을 보호하는 계통

POSAFE-Q PLC 채택

안전성과 신뢰성이 향상된 계통구조 (열적 여유도 2~3% 향상,

제어봉 오신호 정지 방지 기능)

원전 안전성 향상을 위한 기능설계 개선 (알고리즘 개선)

운전편의성 향상



원자로노심보호계통 개발


원자로노심보호계통 개요

운전편의성과원전안전성향상을위한기능

설계개선 (알고리즘개선)

노심보호연산기

계통 기능설계

개선

핵비등이탈률

계산 방법 개선

(운전 여유도 개선)

보조정지 인자에 대한

예비정지 경보 추가

출력급감발계통 작동시

가변과출력정지 방지

제어봉 위치 오신호

처리 방법 개선

안전성과신뢰성이향상된계통구조

- 제어봉 위치신호 및 벌점계수 신호 공유 개선- 입력 신호에 대한 다중성 확보

COPP

CEAP

CCP-1

CCP-2

Process Inputs (8)

RCP Speed(4)

70

70

Trip Ch. Byp(1),Door open(2)Cabinet Temp.(2)

RSPT 1 B,C,D

CH.A CCP-2 (23)

CH.A CCP-2 (70)

CH.A CCP-1 (23)

CH.A CCP-1 (70)

PF-1 CH.A

PF-1

RSPT 1

RSPT 1

PF-2 CH.DPF-2 CH.C

PF-1 CH.A

PF-1 CH.C

PF-1 CH.D

MTP

CWP

DNBR/LPD Trip, Pre-Trip

1

4

WDT

WDT

Target CEA

Target CEA

WDT

RSPT PS1

RSPT PS2

+ 15Vdc to RSPT

VOLTAGE DIVIDER

Relay PS1

Relay PS2

+ 24Vdc to Relay

Power supply trouble(2)

Target CEA

Target CEA

RSPT 1

COPP DI Card

COPP DI Card

COPP DI Card

CEAP Failure

CCP-1 Inoperable

CCP-2 Inoperable

To IPS

Power supplytrouble(2)

WDT

QIAS-N

FOM

OM


II. 안전 계통 TR 인허가 현황

구분 신청범위 심사현황

PLC

○ 가동원전 및 신규원전의 모든 안전계통에 사용을

목표로 개발한 디지털 안전등급 제어기기(POSAFE-Q).

○ POSAFE-Q PLC 제어기 설계에서 구현까지 모든 범위

○심사 착수일(’07.3.2 )

○3차 질의 답변 제출 ('08.10.8)

○교육과학기술부 SER 발행 ('09.2.18)

RPS

○ 신형경수로(APR-1400) 원자로보호계통에 적용할

IDiPS-RPS의 계통 설계, 기기설계, 소프트웨어 설계 및

검증, 계통 제작, 검증의 안전계통 기술표준과의 적합성

평가(전체범위)

○심사 착수일(’07.3.2 )

○3차 질의 답변 제출 ('08.10.6)


ESF-CCS

○ 신형경수로(APR-1400) 공학적안전설비-

기기제어계통에 적용할 IDiPS ESF-CCS의

계획/요건단계에 대한 기술표준과의 적합성 평가

○심사 착수일 (’07.12.18)

○2차 질의 답변서 제출 ('08.9.12)


RCOPS

○ 신형경수로(APR-1400) 노심보호연산기 계통에

적용할 RCOPS의 계통설계 및 소프트웨어 설계,검증

계획과의 적합성 평가

○심사 착수일 (’08.1.21)

○3차 질의 답변서 제출 ('08.10.10)



PLANT 만전산 CODE화

실 배선

연계반

제어반

피 시험체

- 주요변수지시 및 경보계통

- 원자로 보호계통

- 공학적안전설비-기기제어계통

- 노심보호연산기계통

- 원자로출력제어계통

- 핵증기공급계통 공정제어계통

- 핵증기공급계통 건전성감시계통

- 다양성 지시계통

- 공정기기제어계통

- 정보처리계통

APR 1400 Code Simulator

- 원자로 열수력 모델링

- 원자로 1차계통 모델링

- 원자로 2차계통 모델링

- 기타

주제어실

III. MMIS 통합검증설비 구축 및 시험


범 위

시험일정

- 소규모 : 2007.10.01 ~ 2008.03.30(6개월)

- 대규모 : 2008.05.01 ~ 2008.10.30(6개월)

- 최 종 : 2009.02.01 ~ 2009.06.30(5개월)

구분 소규모 대규모 최종안전계통 RPS

소규모 계통, RCOPS, ESF-CCS

대규모 계통, QIAS-P&N

비안전계통 PCS, NIMS

소규모 계통, NPCS, DIS, IPS

대규모 계통, P-CCS

계 3개 계통 8개 계통 11개 계통

시험 종류

대상계통 : RPS외 10개 계통

계통시험 : 계통별 기능 확인

연계시험 : Code Simulator 연계상태 확인

기능성능시험 : Code Simulator를 활용한계통간 기능 확인 시험

통합성능시험

- MCR Equipment와 계통간의 전체 성능 및기능 확인시험

- 통신부하/신호응답, 부하변동, MMI, NAPS, 경보 시험

시운전시험

- 발전소 출력상승시험(PAT) 절차를 준용한정상/비정상 운전조건하에서의 계통별 기능확인 시험

- Load Rejection, Unit Load Transient, Load Cycle, RPCS, FWCS Valve Transfer(5종)

계통시험계통시험

통합시험통합시험

MMIS 통합검증설비 시험 개요


2010

1

2007 201120092008

87 1065432

PJT 일정PJT 일정

수행 업무

일 정

KNICS 개발 과제KNICS 개발 과제

통합성능검증설비 구축 및검증 (Nu-Tech2012)

통합성능검증설비 구축 및검증 (Nu-Tech2012)

○ ○ ○ ★계약협상

초기분제의서제출

○

RFP발행

○

○ ○ ○

초기분계약

주기기계약

주기기제의서제출

시제품완성

(RPS, PCS)

통합시험전산기기 및APR1400시뮬레이터

소규모통합성능검증수행

9 11121 87 1065432 9 11121 87 1065432 9 1112

2012

시제품 완성(ESF-CCS, NIMS)

○

대규모통합성능검증수행

검증보고서

1......12 1......12 1......12

○시제품완성(LDP,MCRConsole)

○ ○시제품완성

(RCOPS, NPCS)

실시계획승인

○

건설허가 취득

○

원자로설치

○

최초콘크리트타설

최종통합성능검증수행

검증보고서

시제품완성(QIAS,P-CCS)

○

과제완료

통합 성능검증 완료

검증보고서

연속운전

장 기 간

신 뢰 성

시 험

장 기 간

신 뢰 성

시 험

MMIS 통합검증설비 시험 일정


통합 검증 시험은 KNICS 개발품의 성능을 평가하고, 장시간 시험을 통하여설계보완사항 및 운전이력을 확보할 수 있음.

시험 구분 신고리#3,4 FAT (계약서 기준) 통합성능검증 프로그램

전기적 시험 및기기 기능 시험

• Electrical Test & Redundancy Test• Network Communication Test• Controller & I/O Module Performance Test

• Electrical Test & Redundancy Test• Network Communication Test• Controller & I/O Module Performance Test• PLC 통합성능 시험• DCS 통합성능 시험

FAT • Software Engineering Test• Functional Test(S/W and H/W Integration Test)

• Redundancy Test• I/O Module Signal Conditioning test

• 계통 응용프로그램 시험• 계통 응용프로그램 및 하드웨어 통합 기능시험• 고장진단 시험 및 이중화 시험• MMI 연계 시험• 입출력 모듈 연계 기능 시험

Integration Test

개별 계통별 단일기능시험 수행 :• Component Test• Point to Point test• Logic Test

APR1400 Plant Simulator에 의한 통합성능모사 시험 :• 기기/계통 기능 시험• Equipment-MMI 결선상태 연계 시험• 운전원 연계 성능시험• 발전소 운전절차서 기반의 MMIS 통합 기능/성능 시험• 응답시간 측정 시험• Logic Test• 제어기/입출력 모듈/전원/네트웍 이중화 시험

Stability Test 200시간 안정화 시험 최소 200시간 안정화 시험

장시간운전 N/A 장시간 운전 시험

MMIS 통합검증설비 시험 항목


2011

1

2008 201220102009

87 1065432

PJT 일정PJT 일정

수행 업무

일 정

신울진MMIS

신울진MMIS

○ ★○

RFP발행

○ ○ ○

주기기계약

제의서제출

사업 착수 준비포장 및운송

9 11121 87 1065432 9 11121 87 1065432 9 1112

2013

1......12 1......12 1......12

○

건설허가취득

○

원자로설치○

콘크리트타설

국산화추진단

국산화추진단

공급공급

국산화 추진단

MMIS생산체계

MMIS생산체계

설비설비

인력인력

상산 방안별장단점 분석

생산방법규모확정

투자 심의완료

설비 투자완료

시제품 시험완료

생산인력 규모 확정 생산인력 확보

1호기납품

#1 제작 #1 FAT

#2 제작 #2 FAT

기본설계완료

상세 설계

IV. MMIS 사업추진 현황


기술협력체제 구축 (안)기술협력체제 구축 (안)

사업수행능력 및 품질능력 향상을

위한 기술협력체제 구축

- 3사 전담창구 마련

- 기술협력조직 운영

- 정기 기술현안 점검회의 운영

- 분야별 교육 프로그램 강화

- 업체 감사 주기 단축

- 주기적인 방문 및 지도

한수원/KOPEC SD&AE과 사업협력체계를 구축하고, 주요 기기 공급사인

포스콘/우리기술과 기술협력체제를 유지하여 사업수행예정

두산중

포스콘 우리기술

• 기술협력

• 체제구축

KOPEC SD

A/E

KHNP

관련사간 협력 체계 구축


V. 결론

순수 국내 기술에 의한 MMIS 국산화 및 원천기술 확보

신울진 1,2 사업 및 향후 사업확장을 위해서 국내 기술인력의 유기적 결합 및 협력 필요

신울진#1,2 호기 MMIS 납기 단축 및 품질 확보 노력

해외 인허가 대비 설계문서 영문화 필요

설계사/공급사 결속력 강화 필요

MMIS 해외 수출

두산은 용광로이고대한민국의 I&C 전문가들은연금술사가 되어야 한다

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