확률적 방법을 이용한 터빈제어시스템 전자기판 수명관리에 관한 연구

Abstract

2017년 현재 국내에서 운전되고 있는 24기의 원자력발전소는 제어봉 제어시스템, 공정계통 제어시스템, 터빈제어시스템, 급수터빈 제어시스템, 여자기 제어시스템 등 다양한 제어시스템으로 보호 및 제어기능을 수행하고 있다. 원자력발전소의 중요 제어시스템은 수많은 전자기판으로 구성되어 있기 때문에 전자기판의 신뢰도 향상은 원자력발전소의 안전성 향상으로 연결된다. 전자기판 신뢰도 향상을 위한 방법으로 전자기판의 부품단위 시험, 전자기판 주기 교체, 전자기판 성능시험 등 여러 방법들이 있으며 특정한 하나의 방법만으로 최상의 신뢰도를 유지할 수 없다. 전자기판 주기 교체는 적정한 교체주기 선정 시 제어시스템의 신뢰도 향상에 매우 효과적인 방법이나 제작사에서 교체주기를 제공하지 않고 있어 현장에서 적정한 교체주기를 선정하지 못하고 있다. 최적화된 교체주기 부재로 잦은 교체 수행 시 불필요한 정비비용을 발생시키게 되며 사용연한을 초과하여 사용 시에는 제어시스템 고장을 유발시키는 문제점이 있다. 사용자 입장에서 전자기판 수명 예측 시 수동소자로 구성된 전원공급용 전자기판의 경우 회로분석을 통한 주요부품 선정, 주요부품인 전해커패시터의 수명을 통해 교체주기를 선정하는 결정론적인 방법으로 가능할 수 있으나, 마이크로프로세서, 메모리 등 수백개의 디지털 소자로 구성된 중앙연산처리용 및 아날로그, 디지털 입출력 처리용 전자카드의 경우 회로분석 및 주요부품 선정이 불가능하며 수많은 부품에 대한 고장메커니즘이 다양하기 때문에 결정론적인 방법으로 교체주기를 선정하는 것은 불가능하므로 확률론적인 방법이 필요하다. 본 연구에서는 국내 원자력발전소에서 사용하는 제어시스템 중에서 가장 많이 사용하는 GE사 디지털 터빈제어시스템 Mark-V 전자기판에 대해 Telcordia SR-332 Issue3을 이용한 신뢰성 예측방법에 기반하여 전자기판 별 신뢰도를 산출하고자 한다. 또한 터빈제어시스템 고장수목과 신뢰도 블록 선도를 작성하여 터빈제어시스템 신뢰도를 정량적으로 산출하고 취약부분을 도출한다. 마지막으로 교체비용 목적함수와 IEC61508의 Safety Integrity Level의 신뢰도를 사용하여 사용자입장에서 최소의 비용을 통해 터빈제어시스템의 적정 신뢰도를 유지할 수 있는 전자기판 교체주기를 선정한다.