2차 계통에 의한 열제거 감소사건

▼ 예상운전과도와 안전요건

  2차 계통에 의한 열제거 감소사건

  2차 계통에 의한 열제거 증가사건

  반응도와 출력분포 이상사건

  원자로냉각재 유량 감소사건

  원자로냉각재 재고량 감소사건

  원자로냉각재 재고량 증가사건

개요

원자력발전소에서 발생할 수 있는 초기사건에는 기능적 사건분류에 따라 다양한 사건유형들이 있다. 기능적(유형별) 사건분류는 발전소의 기본안전기능을 저해하는 주원인에 따른 유형별 분류로서, 같은 유형의 사건들은 기본안전기능을 저해하는 요인이 동일하므로 같은 유형의 모든 사건들을 해석하지 않고 가장 심각한 영향을 미치는 사건에 대하여 경계치해석(Bounding Analysis)을 수행할 수 있는 특징이 있다.

여기에서는 기능적(유형별) 초기사건 분류에 따른 다양한 사건유형 중에서 2차 계통에 의한 열제거 감소 사건유형의 특징과 그리고 사건 발생요인과 사례를 살펴보기로 한다.

2차 계통에 의한 열제거 감소 사건유형의 특징

2차 측에 의한 열제거 감소는 1차 계통의 과열로 인한 원자로냉각재계통의 온도와 압력의 증가로 특징지을 수 있다. 따라서 이 분류의 사건들은 허용기준인 원자로냉각재 압력경계의 건전성 측면에서 고려의 대상이 된다.

그림에서 보는 바와 같이 원자력발전소의 정상운전 상태에서는 원자로에서 발생한 1차 측의 열은 증기발생기를 통하여 2차 측으로 전달되며, 열의 발생과 전달이 평형((q_SG = q_C)을 이루면서 원자로 냉각재계통과 주증기계통은 일정한 온도와 압력 상태를 유지하게 된다. 그러나 2차 계통에 의한 열제거가 예기치 않은 계통의 고장이나 운전원의 오작동에 의하여 과도하게 감소하면 열의 발생과 전달이 불일치((q_SG < q_C)를 이루면서 원자로냉각재계통 압력과 온도의 증가를 야기한다.

원자로의 열발생과 증기발생기의 열전달 불일치 사건

이 유형에 속하는 사건들의 사례는 아래와 같다.

• 예상운전과도 사건

- 소외 부하상실(II)

- 터빈 정지(II)

- 복수기 진공상실(II),

- 주증기 격리밸브 닫힘(II)

- 발전소 보조계통용 비-비상교류전원 상실(II)

- 정상 급수유량 상실(II) 등

• 설계기준사고

- 주급수관 파단(IV) 사고

여기서 괄호속의 수치는 예상되는 '발생빈도별 사건분류를 표시하고 있다.

열제거 감소 사건의 발생요인 및 일반적 특성

소외 부하 상실

소외 부하 상실(Loss of External Load)이 발생하면 전기적 교란에 의하여 발전기 부하의 상실을 야기하게 된다. 이 사건이 발생하더라도 뒤에서 다루게 될 소외 교류전원 상실 사건의 경우와 달리 소외의 교류전원이 가용하므로 원자로냉각재펌프 등이 운전될 수 있으며, 소내의 비상디젤발전기의 작동이 요구되지 않는다.

발전기 부하가 상실될 경우 터빈 조절밸브의 즉각적인 급속 닫힘이 시작되며, 이로 인한 증기유량의 급속한 감소로 증기발생기 2차 측의 온도와 압력이 증가하면서 원자로냉각재 온도의 증가와 밀도의 감소 그리고 가압기 수위와 원자로냉각재계통의 압력 증가를 야기하고, 이 과정에서 원자로 설계 및 부하감발 용량에 따라 원자로정지가 발생할 수도 있다. 통합 제어계통을 갖춘 가압경수로에서는 터빈 조절밸브가 닫히더라도 원자로가 낮은 출력 수준에서 운전될 수 있다. 모든 경수로에서는 증기방출계통, 복수기 증기우회계통, 비상노심냉각계통, 보조급수계통 등의 작동에 의하여 현열(Sensible Heat) 및 붕괴열을 제거할 수 있다.

터빈 정지

터빈정지 사건은 터빈이나 원자로계통의 오동작으로 인해 터빈으로 흐르는 증기 유동이 갑작스럽게 정지됨으로써 터빈이 정지하는 사건이다.

이 사건은 터빈 정지밸브의 급속 닫힘에 기인하기 때문에 앞에서 다룬 터빈 조절밸브의 급속 닫힘이 발생하는 소외 부하상실 사건과 구분되며, 터빈 정지밸브 닫힘시간이 터빈 제어밸브보다 빠르기 때문에(대개 0.1초) 더 심각한 결과를 초래한다. 일반적으로 터빈 정지밸브에 있는 위치 스위치가 터빈 정지를 감지하여 원자로를 정지시키며, 과도상태의 나머지 부분은 외부 부하상실 사건과 유사하게 진행된다.

복수기 진공상실

  복수기 진공상실(Loss of Condenser Vacuum) 사건은 터빈정지를 초래할 수 있는 오동작 사건이므로 앞에서 다룬 터빈정지 사건과 동일하게 터빈 정지밸브의 급속 닫힘에 기인한다. 그러나 복수기 진공상실 사건은 이 외에도 계통의 상호작용에 의하여 ‘저’ 흡입압력에 의한 급수펌프의 정지를 초래하기 때문에 차별화된다. 1차 및 2차 계통의 최대 압력을 야기하는 초기조건들이 다를 수 있으므로, 최대 압력의 계산에서는 각각 별개의 초기조건을 가정하여 해석하여야 한다.

주증기 격리밸브 닫힘

주증기 격리밸브 닫힘사건은 증기관 또는 원자로계통의 오동작이나 운전원 조치에 의하여 발생한다. 주증기 격리밸브의 닫힘은 터빈으로의 증기 유동을 제한하기 때문에 앞에서 다룬 소외 부하상실과 유사한 사건 전개를 보이나, 주증기 격리밸브 닫힘시간이 터빈 제어밸브의 닫힘시간에 비하여 늦기 때문에 덜 심각한 결과를 보인다.

소외 교류전원 상실

소외 교류전원 상실 사건은 발전소 보조설비에 공급되는 모든 전원의 상실을 초래하는 사건으로서 소외 전력망 또는 소내 교류전원 분배계통의 완전상실로 인하여 발생할 수 있다.

이 사건은 소외 교류전원의 상실로 원자로냉각재펌프 등이 운전될 수 없으며 소내의 비상디젤발전기 작동이 요구되기 때문에 앞에서 다룬 소외 교류전원이 가용한 소외부하 상실사고와는 차별화된다. 소외 교류전원이 상실되면 수초 내에 터빈은 자동 정지되고 비상디젤발전기가 자동 기동하여 필수 부하에 전력을 공급한다.

원자로의 설계에 따라 차이는 있지만 원자로는 터빈정지에 의해 자동 정지되고, 현열(Sensible Heat)과 붕괴열 제거는 증기방출계통, 복수기 증기우회계통, 비상노심냉각계통 및 보조급수계통에 의해 이루어진다. 교류전원 상실은 터빈 제어밸브의 급속 잠김으로 인한 즉각적인 부하 감발, 응축수 및 급수펌프의 기능 상실, 복수기 진공상실에 따른 원자로 격리 등의 영향을 미치며, 원자로냉각재계통이 격리되면서 원자로냉각재의 압력과 온도가 증가한다.

정상 급수유량 상실

정상 급수유량의 상실은 급수펌프의 고장, 밸브 오동작 또는 소외전원 상실에 의해 발생할 수 있으며, 이로 인하여 원자로냉각재 온도와 압력이 증가하면서 핵연료 손상을 방지하기 위해 원자로정지가 발생한다. 노심 붕괴열은 정상 급수유량 상실 후 증기방출계통, 복수기 증기우회계통, 보조급수계통을 사용하여 제거할 수 있다.

참고문헌

이 자료의 최초 작성 : 김 효정(GINIS) kimhhoj@gmail.com, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr