A dynamic model for the secondary side of Yonggwang nuclear power plant units 3 and 4 (YGN 3＆4) steam generator model is developed to improve the accuracy of the present performance analysis code. The new model is based on the one-dimensional three region model to predict the local quality and void fraction distribution along the U-tube length. The local quality concept is used instead of the Wilson bubble rise correlation to simulate the steam generators in the natural circulation mode. The new model can be applicable to the plants in the power operation modes such as load maneuvering transients in which the steam generator internal flow is maintained in the natural circulation mode.
To validate the new model, the code predictions are compared with the actual plant data measured for the selected load maneuvering tests performed during the YGN units 3 power ascension test period. The results from the improved model show better agreement with the plant data than those from the present code. Especially, the new model's capability of accurately simulating the steam generator water level behavior during the fast transients such as a large load rejection event is demonstrated.
증기발생기는 가압경수로형 원자력발전소에서 주요 동적 기기의 하나로서 원자로에서 생산된 열을 제거하는 역할을 담당할 뿐만 아니라 전력생산에 필요한 고압의 증기를 생산, 공급하는 매우 중요한 기기이다. 그러므로, 증기발생의 열역학적 거동을 정확히 예측하는 것은 증기발생기 설계 향상과 전체 원자력 발전소의 거동 해석에 필수적이며 원자력발전소의 안전성과 경제적 측면에서도 매우 중요하다.
1995년 4월 1일부터 상업운전중인 영광 원자력발전소 3호기는 기존의 성능해석코드인 LTC(Long Term Cooling)코드 분석결과에 의거 주요 발전소 제어계통의 설계 및 그 설정치 산정이 이루어졌다. 이와 같이 원자력 발전소 설계단계에서 중요하게 사용되는 성능해석 코드에서의 증기발생기의 이차측 모델이 보다 더 정확한 예측 능력을 갖도록 하기 위하여 새로운 모델이 개발되었다.
새 모델은 증기발생기 이차측을 일차원 세지역(One-dimensional Three-Region)으로 모델하고 있으며 U-튜브의 길이방향에 따른 국소 습분률(Local Quality)과 국소 기공률(Local Void Fraction)개념을 근간으로 하여 증기발생기 내부의 자연순환유동 현상을 잘 모사할 수 있도록 개발되었다. 또한, 비등영역의 밀도를 계산하기 위하여 기공률 개념과 Drift Flux model을 사용하였다. 따라서, 개발된 새 증기발생기 모델은 원자력발전소의 부하변동 및 부하상실과 같이 증기발생기 내부유동이 자연순환모드로 유지되는 출력운전 상태에서의 과도상태현상 모사에 적용 가능하다.
개발된 새 모델을 검증하기 위하여 영광 3호기 출력상승 시험 기간 중에 수행된 부하변동 및 부하상실시험 결과를 기존의 모델 및 새로운 모델로 계산된 결과와 비교 분석하였다. 그 결과 새 모델의 예측치는 발전소 운전자료와 잘 일치하는 것으로 나타났고 기존 모델에 비하여 향상된 증기발생기 수위거동 예측이 가능한 것으로 판명되었다. 특히, 새 모델은 부하상실시험과 같이 매우 급격한 과도상태 동안에는 증기발생기 수위를 정확히 계산할 수 있는 것으로 입증되었다.
반면, 증기유량이나 급수유량등의 증기발생기 경계조건들을 발전소 시운전자료와 일치시킨 후 새로운 모델을 평가하는 것과 출력운전 이외의 운전모드에도 적용 가능한 모델로의 개선이 향후 수행되어져야 할 것으로 판단된다.
