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발전소 원자로냉각재계통(RCS, Reactor Coolant System)의 운전 온도와 압력에 따른 경보신호의 발생 빈도를 Fig. 4에 나타냈다. RCS의 온도와 압력이 유지되는 경우 경보신호의 발생이 없으며, 온도와 압력이 상승하는 구간에서 다량의 경보신호가 발생했음을 관찰할 수 있다.

Fig. 4 
Number of alarms with temperature and pressure in reactor coolant system

경보신호가 발생했을 때의 센서채널들에 측정된 가속도 신호를 관찰해 보면 Fig. 5와 유사한 경향을 나타내며, 다른 구조물에 설치된 센서채널들에서도 충격신호가 나타나는 경향이 관찰된다. 일반적으로 금속파편에 의해 발생하는 충격신호의 경우 원거리 채널까지 충격이 전파되기는 어려우며 최초 충격발생 위치로부터 10 ft 내에서 90% 이상의 에너지가 손실되는 것으로 알려져 있다.⁸⁾ 온도와 압력이 유지되는 구간에서 경보신호의 발생이 없다는 점과 발생한 충격신호의 형태가 동시에 여러 구조물에서 관찰된다는 점을 종합해 볼 때 구조물의 열팽창에 의해 발생한 충격신호로 인해 경보신호가 발생한 것으로 추정할 수 있다.

Fig. 5 
Impact signal by thermal shock

신규 알고리즘은 각 구역들의 상관성을 판단 하는 구역상관성시험(Zone correlation test)으로 각 센서들에 구역을 할당하고 동시에 여러 구역 들에서 충격신호가 감지되는 경우 금속 파편에 의해 발생한 충격이 아닌 것으로 판단하였다. 알고리즘의 순서도는 그림에 나타냈으며, 순서도 의 각 절차들은 개별센서, 구역, 전체의 값들을 확인하여 진행한다.

각 개별 센서채널들에서는 신호의 RMS 값이 설정된 고정 및 유동 설정치를 초과하는 AMU 이벤트가 발생하는 경우 그에 따라 Ch. flag의 값을 설정하며 Fig. 6과 같이 진행한다.

Fig. 6 
Channel flag algorithm

각 구역에서는 해당 구역의 센서채널들의 Ch. flag 값을 합산한 후 결과에 따라 Zone flag값을 정하며 Fig. 7과 같이 진행한다.

Fig. 7 
Zone flag algorithm

전체 구역들의 Zone flag 값들을 합산하여 동시에 두 구역 이상에서 충격신호가 발생한 경우가 감지되면, 금속파편에 의한 충격신호가 아닌 열충격에 의해 발생한 경보신호로 판단하여 거짓경보신호로 분류하며 Fig. 8과 같이 수행한다.

Fig. 8 
Alarming algorithm

LPMS 센서가 12개인 경우에 시뮬레이션 시나리오를 설정하였으며, 시뮬레이션의 입력으로 사용되는 충격신호와 설정치들은 발전소 현장으로부터 측정된 값들을 이용하였다. 시뮬레이션의 결과는 구역을 설정하는 방법, 센서 채널들을 구역에 할당하는 방법, 전 구역에 동시 경보신호 발생 허용 개수 설정, Fig. 6에서 8까지 나타낸 몇 개의 채널 혹은 구역을 기준으로 경보를 억제할 것인지에 따라 달라질 수 있다.

12개의 센서가 설치된 경우 구역은 총 4곳으로 원자로 상부, 원자로 하부, 증기발생기 1, 증기발생기 2로 설정하였다. 12개 센서가 설치된 경우의 시뮬레이션 시나리오는 Table 2와 같으며, 각 열에 나타낸 센서채널은 충격신호가 발생한 채널을 나타낸다. 시나리오의 설정은 동시에 여러 구역에서 충격신호가 발생하는 경우와 한 구역에 위치한 여러 센서들에서 충격신호가 발생하는 경우를 포함한다. 현재의 변수 설정에서는 단일 구역에서 2개 이상의 센서에서 충격이 감지되는 경우는 그 이상의 경우와 결과 값이 동일하므로 시뮬레이션 시나리오에서 생략하였다.

각 시나리오별로 입력된 충격신호는 개별적으로 Fig. 3에 나타낸 신호처리 과정을 거치고, 이후에 Fig. 6에서 8까지의 순서도를 거친 후 경보신호의 발생 여부를 결정한다. 한 예로 Table 2의 시나리오 6번에 대한 전체 채널의 AMU 신호처리 결과를 Fig. 9에 나타냈다. 시나리오 6번의 경우 101, 103, 107, 111번의 센서채널들에서 충격신호가 발생하여 각 채널들에서 AMU 이벤트 발생여부의 판단이 필요하며, Table 2에서 나누어진 4개의 구역 모두에서 경보신호가 발생하였다.

Fig. 9 
Signal processing for scenario 6

제안된 구역상관성시험을 활용하면 현재 시스템에서 운용중인 신호처리 방법만을 활용하여 추가적인 복잡한 계산절차 없이 시나리오 1번을 제외한 모든 시나리오들에서 효과적으로 경보신호가 억제되었다.

제안된 시나리오 외에 실제 발전소 현장에서 발생한 24건의 열충격에 의해 발생한 경보신호들을 입력하여 제안된 구역상관성시험을 진행하였다.

입력된 경보신호들의 각 채널별 신호들은 Fig. 3에서 나타낸 LPAP 내부의 신호 분석 절차와 Fig. 6에서부터 8까지 나타낸 알고리즘을 적용하여 각 구역별 경보신호 발생 유무로 변환하였으며, 변환된 결과와 구역상관성 시험 결과를 Table 3에 나타냈다.

구역상관성시험 적용 결과, 총 24건의 경보신호 중 15건의 경보신호들을 효과적으로 억제할 수 있었으며, 불필요한 경보신호의 발생을 62.5% 저감할 수 있었다.

발전소 현장 적용에 제안된 알고리즘을 적용할 시 발전소 운전원 및 신호 분석원들의 업무 부담을 경감할 수 있을 것으로 판단된다.