The on - line Operator Aid SYStem (OASYS) has been developed to support operator's decision making process and to ensure the safety of nuclear power plants (NPPs) by timely providing operators with proper guidelines according to the plant operation mode.
The OASYS consists of four systems such as the signal validation and management system (SVMS), the plant monitoring system (PMS), the alarm filtering and diagnostic system (AFDS), and the dynamic emergency procedure tracking system (DEPTS). The SVMS and the PMS help operators to maintain a plant as a normal operation condition. The AFDS covers the abnormal events until they result in exceeding the limit range of reactor trip signals, while after a reactor trip, the DEPTS aids operators with proper guidelines so as to shutdown safely.
The OASYS uses a rule based expert system and a fuzzy logic. The rule based expert system is used to classify the pre-defined events and track the emergency operating procedures (EOPs) through data processing. The fuzzy logic is used to generate the conceptual high level alarms for the prognostic diagnosis and to evaluate the qualitative fuzzy criteria used in EOPs.
Performance assessment of the OASYS demonstrates that it is capable of diagnosing plant abnormal conditions and providing operators appropriate guidelines with fast response time and consistency. The developed technology for OASYS will be used to design the Integrated Advanced Control Room in which a plant can be operated by one operator during normal operation.
The advanced EOP for emergency operation has been developed by focusing attention on the importance of the operators' role in emergency conditions. To overcome the complexity of current EOPs and maintain the consistency of operators' action according to plant emergency conditions, operator's tasks were allocated according to their duties in the advanced EOP and the computerized operator aid system (COAS) has been developed as an alternative to reduce operator's burden and provide detailed instructions of procedure. Probabilistic risk assessment results were synthesized in the advanced EOP using the event tree to give the awareness and the prediction of accident progression in advance dynamically.
Time response for completing the required actions was observed to evaluate the impact of the advanced EOP with the COAS on operator's performance during the loss of offsite power scenario with a full scope simulator of the NPP at Kori. The results indicate that operators' actions using the advanced EOP are not only more consistent in their actions but also able to provide earlier termination of accidents. The OASYS and the COAS were implemented on a SUN-4/75 workstation using C language and the Quintus$\circledR$ prolog language.
원자력 발전소에서 운전원의 인지적인 부담은 비상시에 가장 큰 것으로 판명되었고, 운전원의 잘못된 판단에 의해 실수할 가능성이 높은 것으로 증명되었다. 이러한 환경 아래서 운전원의 인지적인 부담을 경감하고 실수를 방지하기 위하여, 주요 운전인자들을 감시하고 발전소의 상태를 진단하며 운전원이 취해야 할 적절한 조치사항을 제시해 줄 수 있는 운전원 지원시스템이 필요하게 되었다.
지금까지 개발된 대화식 방법의 운전원 지원시스템은 운전원의 업무가 극대화되고 상황인식 및 판단 노력이 최대로 요구되는 발전소의 불시정지와 같은 비상상태시 적합치 않은 것으로 판명되어, 온라인으로 정확히 가공된 정보를 운전원에게 전달하여 운전원의 부담을 최소화하는 온라인 운전원 지원시스템의 개발이 요구되었다.
본 논문에서는 온라인 운전원 지원시스템 (on-line Operator Aid SYStem : OASYS)을 규칙기반 전문가시스템과 퍼지논리를 이용하여 개발하였으며, 규칙기반 전문가시스템은 경보처리를 통하여 비정상사고의 진단 및 비상운전절차서 추적에 사용하였다. 퍼지논리는 중요한 신호에 대해 증가, 감소, 접근 등 정성적인 판단이 요구되는 기준을 소속함수를 이용하여 정량적인 값으로 변환하였으며 결과를 규칙 기반 전문가시스템의 입력으로 사용하였다.
본 논문에서 발전소의 상태를 정상, 비정상, 비상으로 나누어 각 상태에 따른 정보를 제공하였으며 각각 다음과 같은 기능을 수행토록 하였다.
1. 정상상태인 경우에는 발전소의 안정성 확인에 필수적인 안전인자를 지속적으로 감시하고 발전소의 성능과 관련된 최소한의 주요인자를 그래픽으로 도시, 제공하여 발전소의 상태를 쉽게 판단할 수 있도록 지원하였다. 신호의 예측을 위해 Levinson, Covariance 및 EFR 알고리즘의 비교 분석을 통하여 Levinson 알고리즘을 주요인자의 예측에 사용하였다.
2. 다중경보가 발생하는 비정상상태에는 경보처리를 통해, 현재의 상태에 대한 핵심 경보만을 제시하고 퍼지적 복합추론에 의해 시스템 수준의 고장을 진단함으로써 발전소의 비정상상태에 대한 절차를 조기에 제시하였다.
3. 원자로가 비상정지한 비상상태에는 발전소를 가능한 빠른 시간 내에 안전하게 정지시킬 수 있도록 신호의 처리를 통하여 최적운전절차서와 기능회복절차서를 자동으로 추적, 제시하였다. 이러한 기능을 수행하기 위하여 운전원 지원시스템을 신호처리 및 저장 시스템, 플랜트 감시시스템, 경보처리 시스템 및 비상운전절차 추적 시스템등 4개의 시스템으로 분리하여 모듈형태로 개발하였다. 사용된 온라인 신호는 1151개이며 이중 아날로그 신호는 223개, 디지탈 신호는 928개를 사용하였다.
OASYS의 경보처리 시스템을 평가한 결과 약 30%의 경보가 경보간의 연관관계에 의해서 제거되었고 3개의 예상된 진단 결과 이내에 비정상상태가 포함되었다. 비상상태의 경우 증기발생기 튜브 파손의 사고를 추적한 결과 기존의 비상운전절차서를 이용하는 것보다 약 20% 정도 빠른 속도로 발전소를 안전한 상태로 유지하였고 또한 운전원의 행위가 일치성을 유지하는 것을 확인하였다.
현재 발전소에서 사용하고 있는 징후위주의 비상운전절차서 (Emergency Operating Procedures: EOPs)는 비록 사건위주의 EOPs보다 개선되었지만 Licensing Event Report의 69%를 차지할 만큼 절차서에 의한 문제점이 지적되고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 확률론적 안정성 평가의 결과와 운전원의 직무 분류, Computerized Operator Aid System (COAS)을 이용하여 개선된 비상운전절차서(Advanced EOP)를 개발하였다. 개선된 비상운전절차서는 EOPs를 수행할 때 발생하는 인적 실수를 분석하여 이를 개선하는 방법으로 징후위주와 상태위주(State Oriented)를 복합하는 형태를 취하였다. COAS에는 PSA의 사건수목을 이용하여 사고의 진행 방향을 제시하였으며 중요절차의 우선 순위가 제시된 Action Diagram을 이용하여 비상운전시 Senior Reactor Operator가 발전소의 전반적인 상황을 파악할 수 있도록 하였다. 개선된 EOP를 이용하여 발전소의 소내.외 정전사고를 평가한 결과 약 45% 정도의 빠른 시간 내에 발전소를 안정된 상태로 조치를 완료하는 것을 발견할 수가 있었다. 이상으로부터 본 논문의 의의는 다음과 같은 부여할 수 있을 것이다.
첫째, 발전소의 상황을 규칙기반 전문가시스템과 퍼지논리를 이용한 시스템을 혼합하여 사용하는 것이 단일 기법에 의한 최적화 보다 유용하다는 것을 증명하였으며,
둘째, 본 논문에서 발전소의 상황에 따라 주요인자의 감시, 경보처리 및 비상운전절차서의 추적과 같은 계층적인 방법을 사용함으로써 복잡한 현상을 단순화시켜 추론하고 진단할수 있다는 것을 보여 주었다.
셋째, 본 논문에서 제안한 개선된 EOP와 같이 운전원과 절차서, 기계간의 역무를 효율적으로 분리하여 수행함으로서 기존의 EOPs를 단순화시켜 운전원의 인지적인 부담을 줄일 수가 있었다.
넷째, 본 연구를 수행하면서 축적된 기술은 차세대 컴퓨터 기반 주제어실의 개발을 위한 기반기술들을 포함하고 있으므로 활용할 수 있을 것이다.
향후 추진되어야 할 연구분야로 발전소의 기동에서 중대사고시의 운전원 조치까지를 포함하는 총체적인 사고관리 운전원 지원 시스템을 개발하는 것이다.
