KR100856500B1 - 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 정지를 유발시키는 지진, 화재 또는 침수 등의 외부 사건에 대해서 구역별로 관리되는 특정 방, 사건 발생 빈도, 초기 사건, 외부 사건 발생시 손상될 수 있는 기기 및 관련 케이블 등의 입력 자료를 포함하는 매핑(Mapping) 테이블을 생성하고, 이를 바탕으로 각 정점사건에 대한 고장수목을 형성하여, 형성된 고장수목에 따른 노심 손상 빈도값을 산출하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법은, 일정 정점 사건과 관련하여 관련된 외부 사건에 대한 관리 구역의 방 정보, 각 방에서의 사건 발생 빈도, 조건부 확률 정보, 확률값 및 사건 발생시 손상될 수 있는 컴퍼넌트 및 관련 케이블 정보를 입력하여 매핑 테이블을 생성하는 단계; 매핑 테이블을 기반으로 하여 해당 정점 사건에 대한 고장수목을 형성하는 단계; 및 매핑 테이블의 입력 정보와 형성된 고장수목을 이용하여 노심 손상 빈도값을 산출하는 단계;를 포함한다.

노심 손상 빈도, 정량화, 외부 사건, 매핑 테이블, 고장수목

Description

원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법{A method for quantitive evaluation of the damage frequencies of reactor core on external accidents at nuclear power plant}

도 1은 관리 구역의 방 및 구성 컴퍼넌트의 예시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 매핑 테이블의 예시를 나타내는 도면.

도 3은 도 2의 매핑 테이블을 이용하는 프로그램을 나타내는 도면.

도 4a는 도 3의 적용에 따라 구성되는 고장 수목의 예시를 나타내는 도면.

도 4b는 도 4a에 연결되는 고장 수목의 예시를 나타내는 도면.

도 4c는 도 4a에 연결되는 고장 수목의 예시를 나타내는 도면.

도 4d는 도 4a에 연결되는 고장 수목의 예시를 나타내는 도면.

도 5는 도 4의 이용에 따라 산출된 외부 사건에 따른 노심 손상 빈도의 결과를 보여주는 도면.

도 6은 본 발명에 따라 일정 정점 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법을 도식화하여 보여주는 순서도.

본 발명은 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 정지를 유발시키는 지진, 화재 또는 침수 등의 외부 사건에 대해서 구역별로 관리되는 특정 방, 사건 발생 빈도, 초기 사건, 외부 사건 발생시 손상될 수 있는 기기 및 관련 케이블 등의 입력 자료를 포함하는 매핑(Mapping) 테이블을 생성하고, 이를 바탕으로 각 정점사건에 대한 고장수목을 형성하여, 형성된 고장수목에 따른 노심 손상 빈도값을 산출하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소의 경우 200여 개가 넘는 구역으로 나누어 관리되며, 지진, 화재 또는 침수 등과 같은 외부 사건에 대해, 관리되는 각 구역의 컴퍼넌트의 손상으로 야기될 수 있는 노심 손상 빈도를 정량화하기 위해, 각각의 구역별로 노심 손상 빈도를 산출하여야 했다.

즉, 종래에는 관리되는 각 구역의 컴퍼넌트의 손상으로 야기될 수 있는 노심 손상 빈도를 정량화하기 위해, 200여 개가 넘는 구역에 대해 대략 200여 회 이상의 정량화를 수행해야 했으며, 이를 위해 각 구역에 대한 자료의 입력을 통해 정량화 입력 자료를 구축하고 관리하였다.

도 1은 관리 구역의 방 및 구성 컴퍼넌트의 한 예를 보여주고 있는 것으로서, 이를 바탕으로 종래의 정량화 과정을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이, 관리 구역에는 2개의 방(R1, R2)이 존재하고, R1의 방에는 컴퍼넌트 A와 컴퍼넌트 B가 구성되어 있으며, R2의 방에는 컴퍼넌트 C와 컴퍼넌트 D가 구성되어 있다고 하자. 또, 컴퍼넌트 C에 대한 동작 신호 케이블은 R1의 방을 통과한다고 가정한다.

또한 특정 구역의 방(R1, R2)에 화재가 발생하여 유발되는 초기사건은 R1의 방의 경우 IE1, R2의 방의 경우 IE1, IE2라고 가정한다.

이때 R1과 R2에 대한 2개의 초기사건(IE1, IE2)으로 이루어지는 1단계 PSA에서의 다음과 같은 예제에 대한 노심손상빈도를 정량화하는 방법을 살펴보기로 한다.

IE1ABCE + IE2ACDF (이때, A, B, C, D, E 및 F는 각각의 기기에 대한 고장 확률을 의미하며, IE1 및 IE2는 초기사건 빈도를 의미함)

이 경우, 관리 구역 내의 방, R1에 화재 사건이 발생하여 야기되는 초기 사건 빈도는 IE1이며, 상기 화재로 인해 상실되는 구성기기는 컴퍼넌트 A, 컴퍼넌트 B, 컴퍼넌트 C가 된다. 또한, 관리 구역 내의 방, R2에 화재가 발생하여 야기되는 초기 사건 빈도는 IE1, IE2이며, 상실되는 구성기기는 컴퍼넌트 C, 컴퍼넌트 D가 된다.

상기와 같은 화재 발생의 초기사건을 기존의 정량화 방법을 통해 분석하면 다음과 같다.

먼저 확률론적 안정성 평가(Probabilistic Safety Assessment; PSA)의 단계에 따라, 초기사건 빈도와 각각의 구성 컴퍼넌트에 대한 고장확률 및 그 구성 컴퍼넌트에 대한 화재와 같은 외부사건으로 상실되는 고장확률을 합산하면, 상기의 수식은 IE1(A + Af)(B + Bf)(C + Cf)E + IE2(A + Af)(C + Cf)(D + Df)F로 수정된다.(이때 IE1, IE2는 초기사건 빈도, A, B, C, D는 각 구성 컴포넌트에 대한 고장 확률, Af, Bf, Cf 및 Df는 화재로 인해 상실되는 각 구성 컴퍼넌트에 대한 고장확률을 의미함)

상기 수정된 수식에서 관리 구역 내의 방, R1에서 화재가 발생하여 야기되는 초기사건은 IE1로, 상기 수식은 IE1(A+Af)(B+Bf)(C+Cf)E로 수정된다.

즉, 상기 방 R1에는 컴퍼넌트 E가 구성되어 있지 않기 때문에, 수정된 수식은 IE1(A+Af)(B+Bf)(C+Cf)E 즉 초기사건 빈도에 구성 컴퍼넌트 A에 대한 고장확률 A에 화재 발생에 따라 상실되는 고장확률 Af, 구성 컴퍼넌트 B에 대한 고장확률에 화재 발생에 따라 상실되는 고장확률 Bf, 구성 컴퍼넌트 C에대한 고장확률에 화재 발생에 따라 상실되는 고장확률 Cf가 결합된다.

여기서, 방 R1에 화재가 발생할 확률을 R1이라 하면 IE1의 값은 R1이 되고, Af, Bf, Cf의 고장확률값은 방 R1에 화재가 발생할 경우 Ω(=1)가 되며, 상기 수식에서 A+Af, B+Bf 및 C+Cf의 고장확률은 각각 1 이상이 되지 못하기 때문에 결국 1이 된다.

따라서 관리 구역내의 방 R1에서의 화재발생에 대한 노심손상을 야기시키는 최소단절집합은 R1E가 된다.

마찬가지로, 관리 구역내의 방 R2에서 화재가 발생하여 야기되는 초기사건은 IE1 및 IE2가 되며, 상기 방 R2에는 컴퍼넌트 A, B, E, F가 구성되어 있지 않기 때문에, 수정된 수식은 R2AB(C+Cf)E+R2A(C+Cf)(D+Df)F가 된다.

여기서 Cf 및 Df의 고장확률은 방 R2에 화재가 발생할 경우 Ω(=1)가 되며, 마찬가지로 C+Cf 및 D+Df의 확률값은 1 이상이 되지 못하기 때문에 결국 1이 된다.

따라서 관리 구역 내의 방 R2에서의 화재발생에 대한 노심손상을 야기시키는 최소단절집합은 R2ABE + R2AF가 된다.

이를 종합해보면, 관리 구역 내의 방 R1 및 R2에서의 화재발생에 대한 노심손상을 야기시키는 최소단절집합은 R1E + R2ABE + R2AF가 되며 여기에 각각의 확률값을 대입하면 화재로 인하여 야기되는 노심의 손상 빈도값을 얻을 수 있게 된다.

그러나 위의 수작업을 통한 정량화 방법에서 살펴본 바와 같이, 종래의 정량화 방법에 있어서는 특정 구역의 방(R1, R2)에 대해서 2번 이상의 정량화 과정을 거쳐야 함을 알 수 있듯이, 화재 사건과 같은 외부 사건이 발생하였을 때를 분석하기 위해서는 통상적으로, 먼저 상세 분석의 대상 구역을 결정하기 위해 선행되는 선별 분석에서 150여회 이상의 정량화를 수행하여야 하고, 선별된 대상 구역에 대한 상세 분석에서 다시 50여 회 이상의 정량화를 수행해야 한다.

즉 노심 손상 빈도값을 산출하기 위한 기존의 평가 정량화 방법은 확률론적 안정성 평가에 따라 작성된 고장수목에 대해 화재와 같은 외부 사건으로 인한 손상되는 사건을 각각 추가하고, 각 구역별로 해당하는 구역 수만큼 정량화하였는데, 이때 각 구역에서 발생하는 손상 사건에 대하여 각각 데이터 처리를 수행한 후 정량화 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원자로 정지를 유발시키는 지진, 화재 또는 침수 등의 외부 사건에 대해서 구역별로 관리되는 특정 방, 사건 발생 빈도, 초기 사건, 외부 사건 발생시 손상될 수 있는 기기 및 관련 케이블 등의 입력 자료를 포함하는 매핑(Mapping) 테이블을 생성하고, 이를 바탕으로 각 정점사건에 대한 고장수목을 형성하여, 형성된 고장수목에 따라 노심 손상 빈도값을 산출하는 정량화를 일괄적으로 수행함으로써 종래의 구역별 별도 계산에 따른 정량화 방법에 비해 데이터 처리 및 정량화 과정을 단순화하여 그에 따른 시간과 비용을 절감하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법은,

일정 정점 사건과 관련하여 관련된 외부 사건에 대한 관리 구역의 방 정보, 각 방에서의 사건 발생 빈도, 조건부 확률 정보, 확률값 및 사건 발생시 손상될 수 있는 컴퍼넌트 및 관련 케이블 정보를 입력하여 매핑 테이블을 생성하는 단계; 매핑 테이블을 기반으로 하여 해당 정점 사건에 대한 고장수목을 형성하는 단계; 및 매핑 테이블의 입력 정보와 형성된 고장수목을 이용하여 노심 손상 빈도값을 산출하는 단계;를 포함하여 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 화재 발생시 적용 가능한 매핑 테이블의 일 예시를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 매핑 테이블(Mapping Table)에는 분석하고자 하는 각 구역의 방 정보(Room 항목), 각 방의 화재 발생 빈도 정보(Frequncy 항목), 초기 사 건 정보(Event Tree 항목), 조건부 확률 정보 및 확률값(CondProbaName, CondProb 항목) 및 각 방의 화재가 발생시 손상될 수 있는 컴퍼넌트 및 관련 케이블 정보(Event 항목)가 포함되어 있다.

도 2와 같이 각 구역의 방에 대한 각각의 정보를 입력하여 매핑 테이블을 생성한 후, 이를 수록된 정보를 기반으로 고장수목을 형성하게 된다. 매핑 테이블의 정보를 이용하여 고장수목을 구성하는 과정은 일련의 프로그램에 따라 마이크로 프로세서를 통하여 자동으로 수행될 수도 있으며, 도 3은 이러한 프로그램의 한 예를 보여주고 있는 도면이다.

도 3은 본 출원의 발명자가 매핑 테이블의 정보를 이용하여 고장수목을 구성하는 과정을 구현한 "AIMS"라는 프로그램의 작동화면의 한 예로서, 도 3에 나타난 화면에서 "build fire model"을 선택하면, 마이크로 프로세서에서 매핑 테이블의 입력 데이터를 바탕으로 화재사건에 대한 고장수목을 새롭게 구축하고, 구축된 고장 수목과 매핑 테이블에 입력된 데이터를 이용한 정량화를 통해 노심 손상 빈도값을 산출하게 된다.

상기 실시예에서는 각 관리 구역의 화재 발생에 대하여 모델링을 수행하였으나, 본 발명에 따른 정량화 방법은 지진 또는 침수와 같은 다른 외부 사건에 대하여도 동일한 과정으로 정량화를 수행할 수 있다.

또한, 각 사건별로 약간의 차이를 보이는 점이 있기는 하나, 그 전개 과정에 따른 유사성이 상당 부분 존재하기 때문에, 화재와 같은 하나의 정점 사건에 대한 매핑 테이블이 작성되면, 지진 또는 침수 등의 여타 정점 사건에 대해서도 매핑 테 이블의 수정 및 검토가 상대적으로 용이하게 되어 분석 오류를 줄일 수 있다는 장점이 있음은 물론이다.

도 4a 내지 4d는 도 2의 매핑 테이블을 기반으로 형성된 고장수목의 예시를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 하나의 정점 사건(도면에서 CDF-TOP) 아래로 하부 이벤트(도면에서 G-1, G-2)가 구성되며, 그 하부로 초기 사건(도면에서 IE-1) 부분과 사고 완화 계통 부분으로 구성됨을 알 수 있다.

이때 사고 완화 계통 부분은 각각의 시스템과 컴퍼넌트를 포함하며, 각각의 시스템 하부로 도 4b 내지 도 4c의 요소들이 연결됨을 알 수 있다.

이와 같이 형성된 고장 수목을 바탕으로, 상기 매핑 테이블에 입력되어 있는 사고 발생 빈도 및 기기 고장 확률 등을 대입하여 계산하면 각 사건들에 대한 노심 손상 빈도값을 산출해낼 수 있게 된다.

도 5는 계산 결과로 산출된 노심 손상 빈도값의 한 예를 보여주고 있는 도면이다.

도시된 바와 같이, 노심 손상을 야기할 수 있는 3개의 최소단절집합이 구해지고(첫번째 라인에서는 R1E(컴퍼넌트 E가 고장나고 R1 방에서 화재가 발생하여 노심이 손상되는 경우), 2번째 라인에서는 R2ABE, 3번째 라인에서는 R2AF의 최소단절집합이 구해짐을 보여줌), 여기에 매핑 테이블에 입력되어 있는 각 방의 화재발생 빈도 및 각 기기의 고장확률 등의 값을 대입함으로써, 각각의 최소단절집합에 대한 노심 손상 빈도값(Value)이 산출되게 된다.

도 5에서 F-V는 화재 발생으로 인해 노심 손상이 야기되는 경우에 있어서의 각 최소단절집합에 의해 노심 손상이 야기될 수 있는 상대적 비중이며, Accumulation은 이들 상대적 비중의 누적값이다.

도 6은 본 발명에 따라 일정 정점 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법을 도식화하여 보여주는 순서도이다.

먼저 일정 정점 사건과 관련하여 관련된 외부 사건에 대한 관리 구역의 방 정보, 각 방에서의 사건 발생 빈도, 조건부 확률 정보, 확률값 및 사건 발생시 손상될 수 있는 컴퍼넌트 및 관련 케이블 정보를 입력하여 매핑 테이블을 생성한다(S600).

상기 생성된 매핑 테이블을 기반으로 도 4a 내지 도 4d와 같은 고장수목을 형성한다(S610).

형성된 고장 수목에 기초하여 상기 매핑 테이블의 입력 데이터를 이용하여 노심 손상 빈도값을 산출한다(S620).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 하나의 정점사건 즉 원자력 발전소에서의 노심 손상을 초래하는 사건을 통해 분석하고자 하는 대상 구역의 수에 상관없이 한 번에 정량화를 수행함으로써 시간과 비용을 절감할 수 있고, 아울러 정량화를 위해 입력된 자료의 수정 및 검토가 용이하여 오류를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 한 가지 외부사건(예를 들면 화재 등과 같은)에 대한 정량화 모듈을 구성하면, 그 이외의 외부사건(지진, 침수 등)에 대한 검토와 수정이 용이하며, 결과적으로 안전성 평가 모델을 검토하고 개량하기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법에 있어서,

   일정 정점 사건과 관련하여 관련된 외부 사건에 대한 관리 구역의 방 정보, 각 방에서의 사건 발생 빈도, 조건부 확률 정보, 확률값 및 사건 발생시 손상될 수 있는 컴퍼넌트 및 관련 케이블 정보를 입력하여 매핑 테이블을 생성하는 단계;

   상기 매핑 테이블을 기반으로 하여 해당 정점 사건에 대한 고장수목을 형성하는 단계; 및

   상기 매핑 테이블의 입력 정보와 상기 고장수목을 이용하여 노심 손상 빈도값을 산출하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고장수목의 형성 및 노심 손상 빈도값의 산출은 마이크로 프로세서에 내장된 컴퓨터 알고리즘에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부 사건은,

   화재, 지진 또는 침수 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 외부 사건에 의한 노심 손상 빈도를 평가 정량화하는 방법.

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