2009. 04. 6

전력연구원 원자력발전연구소

고성능 경수로 운전지원코드 개발

과제 개요

본과제명 : 원전 노심설계코드 개발

과제명 : 3차원 출력분포 기반 노심운전지원코드 개발

연구기간 : ’06년 10월 ∼ ’10년 3월

총연구비 : 600 백만원

수행기관 : 한전 전력연구원

국내 모든 KSNP형 원전의 노심운전지원용 전산코드는 CE사가 1980년대

개발한 CECOR를 설치/운용하고 있음.

CE사가 WH사로 합병됨에 따라 CECOR 원천 기술 보유자인 CE사의 지속

적인 코드 개선 및 지원이 불가능.

WH사는 장수명 노내계측기 (OPARSSEL)와 BEACON(Best Estimate

Analyzer for Core Operation Nuclear)를 통합한 노심 운전지원/감시 시

스템을 전략기술로 개발하여 해외 싞규 원전에 공급하고 있음.

우리도 해외 원전시장 짂출을 위하여 고유 노심설계코드에 어울리는 노심

감시 및 운전지원체계를 확보하여 기술 경쟁력을 높일 필요가 있음

연구개발 배경 (계속)

연구개발 배경

PWR 노심 계측기 및 운전지원코드 현황

계측기운전지원/감시 코드

노심감시 노심보호

WHMovable Incore

DetectorExcore Detector

(4 Channel, Top/Bottom)- INCORE/TOTE- BEACON

OPR-1000

Fixed Incore Detector

Excore Detector(4 Channel, Top/Middle/Bottom)

- CECOR/ISOTOPE- COLSS

• 노내계측기 측정싞호와 설계코드 자료를 이용한 노심 출력분포 계산

• 기술지침서 안전제한치 확인

(1) 열속첨두계수 확인

(2) 핵적 엔탈피증가 첨두계수 확인

(3) 최대 선출력 밀도

(4) 축방향중성자속 편차(AFD : Axial Flux Difference) 확인

(5) 사분출력경사비(AZIMUTHAL POWER TILT )

• 노외핵계장 교정

• 사분출력경사도 확인

• 핵설계 결과 확인

• 제어봉 오정열 및 노심내 비정상 확인

• 노심보호/감시 시스템 (CPC/COLSS)의 운전자료 생산

• 노심보호/감시 시스템 (CPC/COLSS)의 운전성 시험

• 방사성 동위원소 계량 (Isotopic Inventory) 관리 => IAEA 보고

노심운전지원코드 기능

1단계(2007년)

전략수립 및 자료조사

2단계(2008년)

3단계(2009년)

4단계(2010년)

노심 예측계산 체계 구축

계측기 싞호방정식 정립

실측/연소자료DB 구축

3차원 출력분포 측정 알고리즘 개발

노내외 계측기 모델링

3차원 출력분포 합성 알고리즘 개발

핵설계 연계체계 구축 운전지원코드 체계 구축

통합 노심운전지원 GUI/DB

특정주제기술보고서 작성

모델/측정 불확실도 평가

연구개발 추짂체계

OPR1000 노심운전지원코드(CECOR)

Snapshot Data

.ccs (CEBASE Output)

Touchy File : Rh 계측기 초기 민감도

Tape21 : Rh 계측기 총 전하량

.ccl (Coefficient File)

.ccg (Geometry File)

.ccx (Exposure File)

Snapshot Data

Assembly PowerFdh, FqThermal & Fast NeutronDetector micro-X

WH 노심운전지원코드(INCORE)

정확도• 핵설계 단계에서 연계상수(OPR-1000) 혹은 해석상수(WH)를 생성할 때의 노심상태

와 감시중 노심상태가 불일치

• 축방향 출력분포를 Fourier 함수의 fitting으로 구하기 때문에 주기중/주기말 비대칭

축방향 출력분포, 말안장 모양의 축방향 출력분포, 제어봉이 삽입된 노심에 대한 출력

분포 부정확

편의성• 과도한 양의 분석결과로 인한 직관적 분석에 어려움

• 노심 운전지원코드 운용을 위한 절차와 기초자료 및 연계코드의 구성이 복잡

- 측정 자료 : Snapshot File, Exposure File

- 설계 기초자료 : Q- Infinity File, Sensitivity File, Geometry File, Library File

- 코드 체계 : CEBASE, CECOR, CEFAST

운전 홗용성• 운전노심의 안전에 영향을 미치는 지논량 분포/변화 및 분포 정보 및 예측기능 없음

• 노심 운전분석 결과의 DB화가 안됨

기존 노심운전지원코드 문제점

ASCORE- Advanced Supporting system for inCORE management

- As core (As is)

- AStra to CORE

- INCORE, CECOR

고유 노심운전지원코드

3DCC L.S. B.C. BEACON

불확실도 O O O V

인허가성 O O O O

적용성 O O O O

차별성 V O V X

안정성 O V V O

싞속성 O O O O

ASCORE 용 출력분포합성방법 비교

ASTRA(.dll)

Delta Bu. PowerInlet Temp.

CEA Position, etc.Read Input File

w ’, CALIB계측기 노드 출력분담계수

Power DistributionAxial CF, 3D CF

Fast & Thermal FluxPin to Box Factor

Box Power Calculation

Instruments Validity Test

Axial Power Distribution (Instrumented Assemblies)

3D Power Distribution

Fxy, Fr, Fq, Tilt

Measured Power DistributionMeasured Fast & Thermal

Flux

Restart File

BU Snapshot Input

ISOTIN/TOTE

노내계측기 싞호변홖 모델

,

,

( , )

l k

Rh

l k

l

k

P

I l k Rhodium

계측기가 설치된집합체번호

계측기의축방향 번호

계측출력

에위치한 계측기의보정된신호전류

0

( )

RhS

Q

계측기의초기민감도

계측기의총 이용가능전하량

실험상수 계측기생산자가 제공

,

,

0 1

Rh

l kcorr

l k

Rh

IE

Q tS

Q

,

'

,

( , ) ,

( , )Rh

l k

ik

l k

Rh Rh

aE V

Box l k

Rhodium

W

P

N r E drdE

의평균출력

계측기내 의흡수반응률

신호대출력변환인자

,

,

0

,

( , )

Rhl k

l k

Rh Rh

aE V

MAX

CALIB

N r E drdE

Rhodium

변환상수

계측기내 의흡수단면적

계측기표면의중성자속

,l kSIGPWR CALIB Const

'

, , ,

corr

l k l k l kP E SIGPWR W

계측기 출력의 계측노드출력으로의 변홖

1단계: 출력분담계수를 이용한 계측기 출력의계측 노드출력으로 변홖

2단계: 축방향 출력연계계수를 이용한 계측기장착 집합체의 축방향 전 노드출력 계산

계측기 계측노드

1단계 2단계

전노드

, '

, '

'

'

C

k k kC

k k C

k

w P kF

P k

노드 출력

계측기 출력

, ' ' , '

' 1 ' 1

1 ,

K KE C

k k k k k k k

k kk

P F P w ww

1

1 k

j

NC C

k kCjk k

C PP N

1

1 k

j

NE E

k kCjk k

P PC N

계측기 축방향 출력분포 합성

계측노드출력을 이용한 노심 3차원 출력분포 계산

3차원 출력연계계수

출력연계계수를 이용한 노드 (l,k)의 출력 지배식

미계측 노드 출력 결정식

P = 미계측노드 출력 벡터S = 계측노드 출력에 의한 Source 항

노드 (l,k) 의

주변 6개의 노드

(l,k)

S

W

B

E

N

T , ,

1 1

1 l k

j j

N NC C

in l k l k

j jl in k

CC P PN P N

, , , ,

1 1

l k

j j

N NC E E E

l k l k l k l k l k

j j

C N N P P P

AP S

3차원 노심 출력분포 합성

3- TH PLANE POWER AND ERROR

0.5537 0.9195 0.9124 0.9195 0.55370.6102 1.0741 1.0569 0.8433 1.0569 1.0741 0.6102

0.5537 1.0741 1.0517 0.7480 0.9772 0.7480 1.0517 1.0741 0.55370.9195 1.0569 0.7480 0.7567 0.8033 0.7567 0.7480 1.0569 0.91950.9124 0.8433 0.9772 0.8033 0.7432 0.8033 0.9772 0.8433 0.91240.9195 1.0569 0.7480 0.7567 0.8033 0.7567 0.7480 1.0569 0.91950.5537 1.0741 1.0517 0.7480 0.9772 0.7480 1.0517 1.0741 0.5537

0.6102 1.0741 1.0569 0.8433 1.0569 1.0741 0.61020.5537 0.9195 0.9124 0.9195 0.5537

MAXIMUM VALUE = 1.0741 AT 7MINIMUM VALUE = 0.5537 AT 1

0.003 0.006 -0.003 0.006 0.0030.005 -0.002 -0.001 0.002 -0.001 -0.001 0.008

0.003 -0.002 0.003 0.001 0.001 0.001 0.003 -0.001 0.0020.006 -0.001 0.001 0.003 0.003 0.003 0.001 -0.001 0.006

-0.003 0.002 0.001 0.003 0.002 0.003 0.001 0.002 -0.0030.006 -0.001 0.001 0.003 0.003 0.003 0.001 -0.001 0.0060.002 -0.001 0.003 0.001 0.001 0.001 0.003 -0.002 0.003

0.008 -0.001 -0.001 0.002 -0.001 -0.002 0.0050.003 0.006 -0.003 0.006 0.003

MAXIMUM VALUE = 0.008 AT 12MINIMUM VALUE = -0.003 AT 3

ASCORE 검증

MMI / DB

검증 계획

AsCore

ADF CELIBASTRA(.dll)

CECORE

CECORE

ASCORE

ASTRA(.dll)

INCORE

ASCORE

INCORE

ANC ROCS