The core protection calculator (CPC) is a digital computer equipped with OPR1000 and APR1400 which continuously calculates departure from nucleate boiling ratio (DNBR) and local power density (LPD) to initiate a reactor trip. Current CPC calculates core average axial power shape from 3-level ex-core detector signals using Shape Annealing Matrix (SAM) and cubic spline interpolation. And pseudo hot pin power distribution is calculated by multiplying core average axial power shape and planar radial peaking factor. This pseudo hot pin power distribution methodology shows rapid and conservative results, but excessive conservatism may cause unintended reactor trip. Therefore, in this paper, 3-D power distribution synthesis using in-core instrument signals is applied for CPC in order to calculate the accurate core power distribution.
This paper introduces the use of kriging interpolation and artificial neural network (ANN) technique when synthesizing 3-D power distribution in CPC in order to improve the accuracy of DNBR and LPD calculation. This methodology utilizes ordinary kriging interpolation and ANN technique for radial and axial power mapping respectively. The CPC with 3-D power distributions using kriging/ANN can calculate 3-D power distributions with higher accuracy when compared to the current CPCS, with the increase in the minimum DNBR and LPD thermal margins for CPC by 5.7% and 14.4%. Thus, by applying the 3-D power distribution synthesis methodology to the core protection calculator, it is possible to calculate the hot pin power distribution of reactor core more accurately and unintended reactor trip can be prevented.
노심보호연산기는 핵비등이탈률과 국부출력밀도를 지속적으로 계산하여 제한치를 벗어날 경우 원자로 정지 신호를 발생시키기 위해 OPR1000 및 APR1400에 설치되어 있는 디지털 컴퓨터이다. 현재의 노심보호연산기는 축방향 3개 레벨의 노외계측기 신호를 형상처리행렬 및 스플라인 보간법을 사용하여 노심 평균 축방향 출력분포를 계산한 후 이에 측정된 반경방향 첨두계수를 곱하여 가상 고온봉 출력분포를 계산한다. 가상 고온봉 출력분포 방법론은 빠르고 보수적인 결과를 보여주지만 과도한 보수성으로 인해 의도하지 않은 원자로 정지를 야기할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 정확한 노심내 출력분포를 모사하기 위해 노내계측기 신호를 사용한 3차원 출력분포 합성 방법론을 노심보호연산기에 적용하였다.
본 연구에서는 노심보호연산기가 핵비등이탈률 및 국부출력밀도를 보다 정확하게 계산하기 위해 정규 크리깅 보간법 및 인공신경망 기법을 적용한 3차원 출력분포 합성법을 노심보호연산기에 적용하였다. 이 방법론은 정규 크리깅 보간법을 사용하여 반경방향 출력을 예측하며 인공신경망 기법을 사용하여 축방향 출력분포를 합성한다. 정규 크리깅 보간법 및 인공신경망 기법 적용 3차원 출력분포 합성방법론을 도입한 노심보호연산기는 현재의 노심보호연산기보다 3차원 출력분포를 정확하게 예측할 수 있다. 보다 정확한 3차원 출력분포를 바탕으로 노심보호연산기가 계산하는 핵비등이탈률 오차가 소폭 감소하였으며 국부출력밀도 오차는 대폭 감소하였다. 최종적으로 노심보호연산기의 핵비등이탈률 및 국부출력밀도의 열적여유도가 각각 5.7%, 14.4% 증가하는 것으로 나타났다. 이처럼 3차원 출력분포 합성방법론을 노심보호연산기에 적용함으로써 노심의 고온봉 출력분포를 정확하게 계산할 수 있으며 이를 통해 노심 축방향 출력분포 계산의 과도한 보수성으로 인한 의도하지 않은 원자로 정지를 방지할 수 있다.
