KR100980043B1

KR100980043B1 - Ｆｐｇａ를 이용한 발전소 보호 시스템 및 보호 방법

Info

Publication number: KR100980043B1
Application number: KR20080103725A
Authority: KR
Inventors: 김항배; 김재학; 한석규; 정시채; 이윤희; 최웅석
Original assignee: 한국전력기술 주식회사
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-09-06
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: EP2343712A4; WO2010047542A3; KR20100044544A; WO2010047542A2; CN102217004A; EP2343712A2; US20110202163A1

Abstract

본 발명은, 발전소 보호조치의 개시 여부를 결정하는 발전소 보호 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는 발전소 보호 시스템으로서, 발전소 보호 시스템은 4개 채널을 포함하며, 4개 채널의 각각은, 공정변수와 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성하고, 생성된 비교논리정보를 4개 채널로 송신하는 비교논리부; 4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성하는 동시논리부; 및 생성된 동시논리정보에 대해 발전소 보호조치별로 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하는 개시회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 발전소 보호조치의 개시 여부를 결정함에 있어서 중앙처리장치 및 소프트웨어(운영체계)를 이용하지 않고 FPGA와 하드웨어만으로 발전소 보호 시스템을 구성하였으므로 소프트웨어에 의한 공통유형 고장과 사이버 보안의 취약성을 근본적으로 제거할 수 있다.

Description

ＦＰＧＡ를 이용한 발전소 보호 시스템 및 보호 방법{System and method of protecting a power plant using FPGA}

본 발명은, 발전소 보호조치의 개시 여부를 결정하는 발전소 보호 시스템에 관한 것으로서, 채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는, 4개의 채널을 포함하는 발전소 보호 시스템에 관한 것이다.

발전소 보호 시스템은 현장의 감지기를 통하여 발전소의 이상 상태 여부를 감시하다가 이상 상태인 것으로 판정되면 발전설비나 원자로를 정지시키는 시스템과 공학적 안전조치를 작동시키는 시스템에 개시신호를 발생시키는 시스템이다.

즉, 발전소 보호 시스템이란 감지기로부터 입력된 공정변수에 대한 입력신호를 설정값과 비교하여, 입력신호가 설정값을 초과하면 발전소를 안전하게 유지하기 위한 개시신호를 자동으로 생성하는 것이다. 원자로 정지를 위한 개시신호는 원자로 정지 차단기 (Reactor Trip Switchgear)를 개방하여 제어봉 구동장치 (Control Rod Drive Mechanism)에 공급되는 전원을 차단함으로써 제어봉이 중력에 의해 원자 로 내부로 낙하되어 원자로가 정지되도록 한다.

기존의 발전소 보호 시스템은 아날로그 기술을 기반으로 설계되었다. 그러나 아날로그 기술을 기반으로 설계된 발전소 보호 시스템은 아날로그 부품이 단종되었거나 비록 그 부품이 단종되지 않아도 부품 확보가 어려워 유지보수가 어려운 문제점이 있다.

따라서 아날로그 기술에 대한 대안으로서 발전소 보호 시스템의 디지털화가 요청되고 있으며, 최근에는 PLC(Programmable Logic Controller)나 컴퓨터를 이용하여 디지털화된 발전소 보호 시스템이 구성되고 있다.

그러나 PLC나 컴퓨터를 기반으로 하는 발전소 보호 시스템은 운영체계 및 소프트웨어를 이용해야 하는데, 운영체계나 소프트웨어에 문제가 있을 경우 발전소 보호 시스템에 전체적인 공통유형 고장의 문제를 야기하는 문제점과, 사이버 보안의 취약성을 기술적으로 배제할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중앙처리장치, 운영체계, 및 기타 소프트웨어를 이용하지 않고 FPGA를 이용하여 발전소 보호 시스템의 각종 보호논리를 구현함으로써, PLC나 컴퓨터기술을 기반으로 하는 발전소 보호 시스템에서 발생할 수 있는 공통유형 고장과 사이버 보안의 취약성을 제거하는 4 채널의 발전소 보호 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는 발전소 보호 시스템으로서, 발전소 보호 시스템은 4개 채널을 포함하며, 4개 채널의 각각은, 공정변수와 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성하고, 생성된 비교논리정보를 4개 채널로 송신하는 비교논리부; 4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성하는 동시논리부; 및 생성된 동시논리정보에 대해 발전소 보호조치별로 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하는 개시회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 비교논리부는, 공정변수를 감지기로부터 수신하며, 비교논리 를 FPGA로 구현하여 비교논리정보를 생성하는 비교논리카드; 생성된 비교논리정보를 4개 채널의 동시논리부로 송신하는 비교논리연계카드; 및 비교논리카드 및 비교논리연계카드의 이상 상황을 감시한 감시정보를 보수시험반으로 송신하는 감시연계카드를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 동시논리부는, 4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하는 동시논리연계카드; 수집된 비교논리정보에 대한 국부 동시논리를 FPGA로 구현하여 동시논리정보를 생성하는 동시논리카드; 및 동시논리연계카드 및 동시논리카드의 이상 상황을 감시한 감시정보를 보수시험반으로 송신하는 감시연계카드를 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는 4개 채널을 포함하는 발전소 보호 방법으로서, (a) 각 채널이 공정변수를 감지기로부터 수신하는 단계; (b) 각 채널이 공정변수와 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여, 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성하는 단계; (c) 각 채널이 생성된 비교논리정보를 동채널 및 3개의 타채널로 모두 송신하는 단계; (d) 각 채널이 동채널 및 타채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성하는 단계; 및 (e) 각 채널이 동시논리정보에 대해 동시논리를 수행하여 발전소 보호 조치를 개시하는 개시신호를 생성 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 발전소 보호조치의 개시 여부를 결정함에 있어서 중앙처리장치 및 소프트웨어를 이용하지 않고 FPGA와 하드웨어만으로 발전소 보호 시스템을 구성하였으므로, 소프트웨어에 의한 공통유형 고장과 사이버 보안의 취약성을 근본적으로 제거할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 어떤 카드에서의 단일 고장으로 인해 발전소 보호 시스템 전체의 기능을 상실하지 않으므로 각 채널 내에서 이중화를 하지 않아도 높은 신뢰도를 얻을 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명은, 발전소 보호 조치의 개시 여부를 결정함에 있어서 중앙처리장치(CPU), 운영체계(operating system), 및 소프트웨어를 사용하지 않고 FPGA(field programmable gate array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이)를 비롯한 하드웨어 소자만을 이용함으로써 소프트웨어 공통유형 고장과 사이버 보안의 취약성을 제거한 발전소 보호 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 보호 시스템을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 발전소 보호 시스템은 4개의 채널(A, B, C, 및 D 채널)을 포함하며, 각각의 채널은 비교논리부(100), 동시논리부(200), 및 개시회로부(300)를 포함한다. 도 1에서는 A 채널을 대표로 설명하며, 나머지 3개 채널(B, C, 및 D)은 모두 동일한 구조를 가지고 동일한 기능을 수행한다.

비교논리부(100), 동시논리부(200), 및 개시회로부(300)는 각각 중앙처리장치(CPU), 운영체계(operating system), 및 소프트웨어를 사용하지 않고 FPGA, AD 변환기, 전기 배선(wiring), 및 릴레이 등의 하드웨어만을 이용하여 구현된다.

비교논리부(100)는 채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여 비교논리정보를 생성한다. 비교논리정보는 각 공정변수가 트립(trip) 상태인지 비트립(untrip) 상태인지를 나타내는 정보이다.

공정변수란 감지기(TR)로부터 수신되는 아날로그 신호에 포함된 변수로서 채널별로 할당된 상이한 변수이다. 채널별로 제1 공정변수부터 제n 공정변수까지 발전설비에 따라 적절한 갯수의 공정변수가 수신될 수 있다. 따라서 공정변수가 제1 공정변수부터 제20 공정변수까지 20개가 있는 경우, 비교논리정보는 제1 공정변수부터 제20 공정변수에 대한 트립여부를 나타내는 정보를 포함한다.

비교논리부(100)는 생성된 비교논리정보를 4개 채널(동채널 및 3개의 타채널)로 동일하게 송신할 수 있다. 도 1에서는 A 채널에 대하여 도시되었으며, A 채널의 비교논리부(100)는 동채널(A 채널)로 비교논리정보를 송신하는 동시에 동일한 비교논리정보를 타채널(B, C, 및 D 채널)로 각각 송신한다. 타채널에 포함된 비교논리부도 A 채널의 비교논리부(100)와 동일한 기능을 수행한다.

동시논리부(200)는 4개 채널(A, B, C, 및 D 채널)로부터 비교논리정보를 각 각 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호 조치와 관련된 복수의 동시논리정보를 생성한다. 즉, 동시논리부(200)는 A 채널의 비교논리부(100)로부터 수신된 비교논리정보와 B, C, 및 D 채널로부터 수신된 비교논리정보를 수집한 후, 수집된 비교논리정보에 대하여 공정변수별로 ‘2 out of 4’국부동시논리를 수행하여 복수의 동시논리정보를 생성한다.

여기서, 2 out of 4 국부동시논리란 4개 채널의 비교논리정보를 공정변수별로 비교하여 4개 채널 중 2개 채널 이상이 트립 상태인 공정변수를 결정하고, 4개 채널 중 2개 채널 이상이 트립 상태인 공정변수의 조합에 따라 발전소 보호조치별로 트립여부를 판단하는 논리이다.

동시논리정보란 발전소 보호조치와 관련된 정보로서, 원자로 정지, 주증기 격리, 원자로 건물 격리, 제1 보조급수, 제2 보조급수, 안전주입, 원자로 건물 살수, 및 재순환 등의 8개의 발전소 보호조치 동작에 대하여 트립여부를 결정한 정보이다. 동시논리정보의 트립 상태를 유발하는 공정변수의 할당 및 공정변수의 조합은 각 발전소의 안전 해석 결과에 따라 결정될 수 있다.

개시회로부(300)는 상기 발전소 보호조치별로 복수의 동시논리정보에 대하여동시논리를 수행하고, 동시논리 수행 결과에 따라 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성한다.

개시회로부(300)에서 생성된 개시신호는 원자로 정지 차단 시스템(Reactor Trip Switchgear System: "RTSS") 및 공학적 안전설비 작동 시스템(Engineered Safety Features Actuation System: "ESFAS")에 송신되어 상기 발전소 보호조치 동 작을 작동시킨다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전소 보호 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면 발전소 보호 시스템은 기본적으로 4개 채널 (A, B, C, D)을 포함한다. 여기서 각 채널은 비교논리부(100), 동시논리부(200), 및 개시회로부(300)를 포함하고, 추가로 운전반(400), 및 보수시험반(500)을 더 포함할 수 있다. 각 채널에 포함된 상기 구성요소들은 동일한 기능을 수행하므로, 채널 A를 대표로 하여 설명하도록 한다.

비교논리부(200)는 비교논리카드(BLC:Bistable Logic Card, 110) 및 비교논리연계카드(BLIC:Bistable Logic Interface Card, 120)를 포함하며, 추가로 감시연계카드(MIC:Monitoring Interface Card, 미도시)를 더 포함할 수 있다.

비교논리카드(110)는 발전소 현장마다 설치되어 있는 감지기(TR, 10)로부터 아날로그 신호인 공정변수 신호를 입력받아 공정변수별로 미리 지정된 소정의 설정값과 비교함으로써, 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성한다. 생성된 비교논리정보는 디지털 정보로서 비교논리연계카드(120)로 전송된다. 한편 비교논리카드(110)는 디지털로 표현되는 공정변수 신호를 입력받을 수도 있다.

비교논리연계카드(120)는 동채널(A 채널) 및 타채널(B, C, 및 D 채널)에 있는 각 동시논리연계카드(210)로 동일한 비교논리정보를 전달한다.

비교논리부(100)의 감시연계카드(미도시)는 비교논리부(100)의 모든 입출력신호와 각 카드(110, 120)의 고장상태를 취득하여 감시정보를 생성하고, 이를 보수 시험반(500) 또는 운전반(400)의 화면에 표시한다.

동시논리부(200)는 동시논리연계카드(CLIC:Coincidence Logic Interface Card, 210) 및 동시논리카드(CLC:Coincidence Logic Card, 220)를 포함하며, 추가로 감시연계카드(미도시)를 더 포함할 수 있다.

동시논리연계카드(210)는 동채널(A 채널) 및 타채널(B, C, 및 D 채널)에 있는 비교논리연계카드(120)로부터 비교논리정보를 각각 수신하여 동시논리카드(220)로 전달한다.

동시논리카드(220)는 4개의 채널로부터 수신된 비교논리정보를 모두 수집하여 공정변수별로 독립적인 2-out-of-4 국부동시논리를 수행한다. 즉, 동시논리카드(220)는 4개 채널 중 2개 채널 이상이 트립 상태인 공정변수를 결정하고, 4개 채널 중 2개 채널 이상이 트립 상태인 공정변수의 조합에 따라 발전소 보호 조치와 관련된 복수의 동시논리정보를 생성한다. 생성된 복수의 동시논리정보는 동채널의 개시회로부(300)로 전달된다.

동시논리부(200)의 감시연계카드(미도시)는 동시논리부(200)의 모든 입출력신호와 각 카드(210, 220)의 고장상태를 취득하고, 이를 보수시험반(500) 또는 운전반(400)의 화면에 표시한다.

개시회로부(300)는 복수의 동시논리정보에 대하여 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하여, RTSS 및 ESFAS(700)로 개시신호를 전달한다.

운전반(400)은 발전소 보호 시스템의 운전상태 즉, 트립 상태 및 채널 우회 상태를 표시하며, 운영자로부터 입력된 접점신호에 따라 가변 설정치 리셋 및 운전우회 기능을 수행하게 해 준다.

보수시험반(500)은 발전소 보호 시스템의 운전상태를 표시하고, 운영자로부터 입력된 접점신호에 따라 유지보수를 수행하는 경우에 활용된다.

도 3은 도 2의 발전소 보호 시스템에서의 한 채널을 상세하게 나타낸 도면이다. 도 3에서는 대표적으로 A 채널의 구성과 신호 흐름을 설명하며, 타채널(B, C, 및 D 채널)도 동일한 구성과 신호 흐름을 가진다.

도 3을 참조하면, A 채널의 비교논리부(100)는 10개의 비교논리카드(110)와 4개의 비교논리연계카드(120)를 포함하며, 각 채널당 할당된 공정변수는 20개이다.

각 채널당 할당된 공정변수, 비교논리부(100), 비교논리카드(110), 비교논리연계카드(120), 동시논리부(200), 동시논리연계카드(210), 및 동시논리카드(220)의 갯수는 발전설비의 규모와 공정, 및 채널 갯수에 따라 적절하게 조정될 수 있다.

각 비교논리카드(110)는 아날로그 신호인 2개의 공정변수를 현장의 감시기로부터 수신하며, 수신된 공정변수와 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여 2개의 공정변수에 대한 비교논리정보를 생성한다. 각 비교논리카드(110)에서 생성된 비교논리정보는 배후(back plane)의 신호선을 통하여 4개의 비교논리연계카드(120)로 동일하게 전송된다. 따라서, 10개의 비교논리카드(BLC 01~BLC 10)는 총 20개의 공정변수(제1 공정변수~제n 공정변수)에 대한 비교논리를 수행할 수 있으며, 20개의 공정변수에 대한 비교논리정보는 4개의 비교논리연계카드(120)로 동일하게 송신된다.

어느 한 채널의 비교논리부(100)에서 생성된 비교논리정보는 동채널과 타채널에 있는 동시논리부(200)에 전달되어야 한다. 이를 위하여 각 채널의 비교논리부(100)는 4개의 비교논리연계카드(120)를 포함하며, 각 채널의 동시논리부(200)는 4개의 동시논리연계카드(210)를 포함한다. 각 연계카드(120, 210)는 미리 할당된 1개 채널과 연계를 가지며, 타채널과 연계되는 경우에 동채널과 타채널을 전기적으로 격리한다.

비교논리연계카드(120)는 수신한 비교논리정보를 4개 채널의 동시논리연계카드로 각각 송신한다. 즉, 각각의 비교논리연계카드(120)는 비교논리카드(110)로부터 비교논리정보를 수신하고, 수신된 비교논리정보를 4개 채널 중 미리 할당된 1개 채널의 동시논리연계카드(210)로 송신한다.

도 3을 참조하여 설명하면, 어느 하나의 비교논리연계카드(BLIC-AA)는 동채널(A 채널)의 동시논리연계카드(CLIC-AA)로 비교논리정보를 송신하며, 나머지 3개의 비교논리연계카드(BLIC-AB, BLIC-AC, BLIC-AD)는 타채널(B, C, 및 D 채널)의 동시논리연계카드(CLIC-AB, CLIC-AC, CLIC-AD)로 비교논리정보를 각각 송신한다.

기능시험이나 유지보수의 목적으로 특정 공정변수의 비교논리 트립을 우회시키는데 이를 유지보수 우회라고 한다. 이를 위해 각 비교논리연계카드(120)는 보수시험반(500)을 통해 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호를 수신할 수 있다.

각 비교논리연계카드(120)는, 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호를 수신하면, 비교논리정보에 포함된 특정 공정변수에 대한 트립여부를 비트립(Untrip) 상태로 유지하는 유지보수 보호논리를 포함할 수 있으며, 또한 특정 공정변수의 유 지보수 우회 상태를 배후의 신호선을 통하여 후술할 감시연계카드로 전송하여 보수시험반(500)에 표시할 수 있다. 상기 유지보수 보호논리는 FPGA를 이용하여 비교논리연계카드(120) 내에 구현된다.

A 채널의 동시논리부(200)는 4개의 동시연계카드(210) 및 4개의 동시논리카드(220)를 포함한다.

각 동시논리연계카드(210)는 4개 채널 중 미리 할당된 1개 채널의 비교논리부로부터 비교논리정보를 수신하고, 수신한 비교논리정보를 4개의 동시논리카드(220)로 모두 동일하게 송신한다. 도 3을 참조하면, 하나의 동시논리연계카드(CLIC-AA)는 동채널(A 채널)의 비교논리연계카드(BLIC-AA)로부터 비교논리정보를 수신하고, 나머지 3개의 동시논리연계카드는(CLIC-BA, CLIC-CA, CLIC-DA)는 타채널(B, C, 및 D 채널)의 비교논리연계카드(BLIC-BA, BLIC-CA, BLIC-DA)로부터 비교논리정보를 각각 수신한다.

각 동시논리카드(220)는 4개의 동시논리연계카드(210)로부터 수신된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대하여 2 out of 4 국부 동시논리를 수행한다.

예를 들어 설명하면, 하나의 동시논리카드(CLC-01)는 하나의 동시논리연계카드(CLIC-AA)로부터 동채널(A 채널)에 대한 비교논리정보를 수신하는 동시에 나머지 동시논리연계카드(CLIC-BA, CLIC-CA, CLIC-DA)로부터 타채널(B, C, 및 D 채널)에 대한 비교논리정보를 각각 수신하여, 모든 채널에 대한 비교논리정보를 수집한다. 한편 나머지 동시논리카드(CLC-02 ~ CLC-04)도 상기 동시논리카드(CLC-01)와 동일 하게, 하나의 동시논리연계카드(CLIC-AA)로부터 동채널(A 채널)에 대한 비교논리정보를 수신하는 동시에 나머지 동시논리연계카드(CLIC-BA, CLIC-CA, CLIC-DA)로부터 타채널(B, C, 및 D 채널)에 대한 비교논리정보를 각각 수신한다. 결국, 각 동시논리카드(220)는 4개 채널로부터 모든 비교논리정보를 수집하여 이를 처리하게 되며, 동시논리카드가 수집한 비교논리정보는 20개의 공정변수에 대한 총 80개의 신호이다.

각 동시논리카드(220)는 수집된 비교논리정보에 대하여 2-out-of-4 국부동시논리를 수행하여 동시논리정보를 생성하고, 동시논리정보를 개시회로부(300)로 송신한다. 동시논리정보는 원자로 정지, 주증기 격리, 원자로 건물 격리, 제1 보조급수, 제2 보조급수, 안전주입, 원자로 건물 살수, 재순환과 같은 8개의 발전소 보호조치 동작에 대하여 트립여부를 결정하는 정보이다.

기능시험이나 유지보수의 목적으로 특정 채널로부터 입력되는 모든 비교논리 정보를 우회시키는데 이를 채널 우회라고 한다. 이를 위해, 각 동시논리카드(220)는 보수시험반(500)으로부터 채널 우회신호를 수신할 수 있다.

각 동시논리카드(220)는, 채널 우회신호가 수신되면, 특정 채널로부터 입력되는 모든 비교논리정보의 트립여부를 비트립(Untrip) 상태로 유지하는 채널 보호논리를 포함할 수 있다. 상기 채널 보호논리는 FPGA를 이용하여 동시논리카드(220)내에 구현된다. 각 동시논리카드(220)로 입력되는 채널 우회신호는 특정 채널의 실제 비교논리정보를 차단하면서 비교논리연계카드(120)와 동시논리연계카드(210)의 운전 중 교체를 가능하게 한다.

한편 비교논리부(100)와 동시논리부(200)는 감시연계카드(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 각 채널은 운전반(미도시)과 보수시험반(미도시)을 더 포함할 수 있다. 감시연계카드, 운전반, 보수시험반은 상기에서 설명하였으므로 그 설명을 생략한다.

개시회로부(300)는 4개의 동시논리카드(220)로부터 각각 동시논리정보를 수신하며, 수신한 4개의 동시논리정보에 대하여 2 out of 4 동시논리를 행하여 개시신호를 생성한다.

개시회로부(300)는 배선(hardwired)과 릴레이로만 구성되어 동시논리를 수행하므로 발전소 운전 중에 고장이 발생할 가능성이 거의 없다.

생성된 개시신호는 RTSS 및 ESFAS로 송신된다. 개시신호는 원자로 정지, 주증기 격리, 원자로 건물 격리, 제1 보조급수, 제2 보조급수, 안전주입, 원자로 건물 살수, 재순환 등 8개의 발전소 보호조치 동작을 개시하는 신호로서, 개시신호에 따라 RTSS 및 ESFAS의 작동 여부가 제어된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전소 보호 시스템에서 하나의 채널을 구현한 도면이다. 즉, 도 4는 중앙처리장치와 일체의 소프트웨어를 사용하지 않고 FPGA를 비롯한 하드웨어 소자만을 사용함으로써 소프트웨어 공통유형 고장과 사이버 보안의 취약성을 제거한 발전소 보호 시스템에서 어느 한 채널(A 채널)에 대한 실제 제작예를 나타내며, 나머지 3개 채널도 동일하게 제작된다.

비교논리부(100)와 동시논리부(200)는 각각 19인치 표준 랙(rack)으로 제작될 수 있다. 표준 랙에는 각종 카드(110, 120, 130, 210, 220, 230, 240)가 탈착가 능하게 장착되는 카드 슬롯이 구비되어 있으며, 표준 랙 배후(back plane)의 신호선을 통하여 카드간 통신 및 채널간 통신이 이뤄진다.

비교논리부(100)는 10개의 비교논리카드(110), 4개의 비교논리 연계카드(120), 감시연계카드(130) 및 파워 서플라이(150)를 포함할 수 있다.

각 비교논리카드(110)는 운전우회 허용, 운전우회 명령, 설정치 리셋 등의 접점신호를 운전반(400)으로부터 입력받고, 트립, 예비트립, 운전우회(켜짐, 꺼짐, 허용)와 같은 접점신호를 운전반(400)으로 출력한다. 또한 각 비교논리카드(110)는 아날로그 신호인 공정변수를 현장의 감지기로부터 수신하고, 배후의 신호선을 통하여 비교논리정보를 4개의 비교논리 연계카드(120)로 동일하게 전송한다. 또한 트립, 예비트립, 운전우회(켜짐, 꺼짐, 허용), 공정변수, 설정치와 같은 데이터를 신호선을 통하여 감시연계카드(130)로 전송하여 보수시험반(500)에 표시한다.

각 비교논리카드(110)는 FPGA를 이용하여 구현된다. 비교논리카드(110)로 입력된 모든 공정변수와 접점신호는 디지털로 변환되어 FPGA의 입력으로 사용된다. FPGA는 설정값 및 예비설정값을 내장하는데, 일부 공정변수의 경우에는 따로 설정값을 계산해야 한다. FPGA는 공정변수와 설정값을 비교하여 트립여부를 결정하고, 예비설정값을 이용하여 트립 상태 전 단계인 예비트립여부를 결정한다.

한편 원자로 기동이나 정지시에는 특정 공정변수의 트립 기능을 우회시켜야 하는데 이를 운전우회라고 한다. FPGA는 예비트립 상태와 트립 상태를 출력하기 전에 운전우회 상태를 반영한다.

비교논리연계카드(120)는 각 비교논리카드(110)로부터 비교논리정보와 보수 시험반(500)으로부터 특정 공정변수의 유지보수 우회신호를 수신하며, 동채널 및 타채널에 있는 동시논리연계카드로 전기적으로 격리된 비교논리정보를 송신하고, 각 공정변수의 유지보수 우회상태를 배후의 신호선을 통하여 감시연계카드(230)로 전송한다.

각 비교논리연계카드(120)는 FPGA를 이용하여 구현된다. 비교논리연계카드(120)로 입력된 모든 비교논리정보와 유지보수 우회신호는 FPGA의 입력으로 이용된다.

기능시험이나 유지보수의 목적으로 비교논리정보 내의 특정 공정변수에 대한 트립을 우회시키는데 이를 유지보수 우회라고 한다. FPGA는 어떤 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호를 수신하면, 비교논리정보 내의 특정 공정변수에 대한 트립여부를 비트립 상태로 유지한다. 각 비교논리 연계카드(120)로 입력되는 유지보수 우회신호는 실제 비교논리 트립을 발생하지 않으면서 비교논리카드(110)의 트립 기능 시험이나 운전 중 교체를 가능하게 한다.

동시논리부(200)는 4개의 동시논리연계카드(210), 4개의 동시논리카드(220), 감시연계카드(230) 및 파워 서플라이(150)를 포함할 수 있다.

동시논리 연계카드(210)는 각 채널의 비교논리연계카드로부터 비교논리정보를 수신하여 전기적으로 격리시키고, 수신한 비교논리정보를 신호선을 통하여 4개의 동시논리카드(220)로 전송한다. 각 동시논리 연계카드(210)는 전기적 격리와 정보 배포만을 수행하므로, 보호 논리를 포함하는 FPGA가 장착되지 않는다.

각 동시논리카드(220)는 4개의 동시논리 연계카드(210)를 통하여 모든 채널 에서 수집된 비교논리정보를 입력받아 국부 동시논리를 수행하며, 동시논리정보를 개시회로부(300)로 송신한다.

각 동시논리카드(220)는 FPGA를 이용하여 구현된다. 동시논리카드(220)로 입력된 모든 비교논리정보와 채널 우회신호는 FPGA의 입력으로 사용된다. 각 동시논리카드(220)에 구현된 FPGA는 공정변수별로 독립적인 2-out-of-4 국부 동시논리를 수행하여 동시논리정보를 생성하고, 채널 우회신호를 수신하면 그에 따른 채널 보호논리를 수행한다. 각 동시논리카드(220)로 입력된 채널 우회신호는 해당 특정 채널의 실제 비교논리정보를 차단하면서 비교논리연계카드(120)와 동시논리연계카드(210)의 운전 중 교체를 가능하게 한다.

개시회로부(300)는 4개의 동시논리카드(220)로부터 동시논리정보를 수신하여 다시 한번 2-out-of-4 동시논리를 수행한다. 이는 각 채널의 4개 동시논리카드 중 하나에서 고장이 발생하더라도 채널 전체 트립을 방지하는 효과를 가져온다. 개시회로부(300)는 배선(hardwired)과 릴레이로만 구성되므로 발전소 운전중에 고장이 발생할 가능성이 거의 없다.

감시연계카드(130, 230)는 배후의 신호선을 통하여 비교논리부(100) 및 동시논리부(200)의 모든 입출력정보, 각종 신호, 각 카드의 고장여부를 취득하고, 이를 운전반(400) 또는 보수시험반(500)에 표시하기 위한 직렬통신카드이다. 감시연계카드(130, 230)는 발전소 보호조치와 관련된 기능을 수행하지 않으며, 비교논리부(100) 및 동시논리부(200)의 다른 카드들과 보수시험반(500) 사이에 격리장치 역할을 수행한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발전소 보호 방법을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 발전소 보호 방법은 상기에서 설명한 발전소 보호 시스템에서 수행되는 것으로서, 발전소 보호 시스템을 구성하는 각 구성요소의 기능과 본질적으로 같으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

각 채널의 비교논리부는 채널별로 할당된 복수의 공정변수를 현장의 감지기로부터 수신한다(S10).

각 채널의 비교논리부는 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여(S20), 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성한다(S30).

각 채널의 비교논리부는, 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호가 수신되면(S40), 생성된 비교논리정보 내의 특정 공정변수에 대한 트립여부를 비트립 상태로 유지한다(S50).

각 채널의 비교논리부는, 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호가 수신되지 않으면, 생성된 비교논리정보를 4개 채널(동채널 및 3개의 타채널)로 모두 송신한다(S60).

각 채널의 동시논리부는 4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 모두 수집한다(S70).

각 채널의 동시논리부는, 특정 채널에 대한 채널 우회신호가 수신되면(S80), 특정 채널로부터 수신되는 비교논리정보의 트립여부를 비트립 상태로 유지한다(S90).

각 채널의 동시논리부는 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성한다(S110).

각 채널의 개시회로부는 생성된 동시논리정보에 대해 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하고, 이를 RTSS 및 ESFAS로 송신한다(S120)

이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 보호 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전소 보호 시스템을 나타낸 도면.

도 3은 도 2의 발전소 보호 시스템에서 한 채널을 상세하게 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전소 보호 시스템에서 하나의 채널을 구현한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발전소 보호 방법을 나타낸 도면.

Claims

채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는 발전소 보호 시스템으로서,

상기 발전소 보호 시스템은 4개 채널을 포함하며, 4개 채널의 각각은

상기 공정변수와 상기 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성하고, 생성된 비교논리정보를 4개 채널로 송신하는 비교논리부;

4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성하는 동시논리부; 및

생성된 동시논리정보에 대해 발전소 보호조치별로 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하는 개시회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 비교논리부는

상기 공정변수를 감지기로부터 수신하며, 상기 비교논리를 FPGA로 구현하여 비교논리정보를 생성하는 비교논리카드;

생성된 비교논리정보를 4개 채널의 동시논리부로 송신하는 비교논리연계카드; 및

비교논리카드 및 비교논리연계카드의 이상 상황을 감시한 감시정보를 보수시험반으로 송신하는 감시연계카드를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제2항에 있어서, 상기 비교논리연계카드는

특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호를 수신하면, 생성된 비교논리정보 내의 특정 공정변수에 대한 트립여부를 비트립 상태로 유지하는 유지보수 보호논리를 포함하며, 상기 유지보수 보호논리가 FPGA로 구현된 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제3항에 있어서, 상기 비교논리연계카드는 4개 채널 중 할당된 1개 채널의 동시논리부와 1:1로 연결되는 독립적인 카드를 4개 포함하며,

상기 비교논리연계카드의 각각은 상기 비교논리카드로부터 생성된 비교논리정보를 수신하여 상기 할당된 1개 채널의 동시논리부로 송신하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 동시논리부는

4개 채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하는 동시논리연계카드;

수집된 비교논리정보에 대한 상기 국부 동시논리를 FPGA로 구현하여 동시논리정보를 생성하는 동시논리카드; 및

동시논리연계카드 및 동시논리카드의 이상 상황을 감시한 감시정보를 보수시험반으로 송신하는 감시연계카드를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제5항에 있어서, 상기 동시논리카드는

특정 채널에 대한 채널 우회신호를 수신하면, 특정 채널로부터 수신되는 비교논리정보의 트립여부를 비트립 상태로 유지하는 채널 보호논리를 포함하며, 상기 채널보호논리가 FPGA로 구현된 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제6항에 있어서, 상기 동시논리연계카드는 4개 채널 중 할당된 1개 채널의 비교논리부와 1:1로 연결되는 독립적인 카드를 4개 포함하며,

상기 동시논리연계카드의 각각은 상기 할당된 1개 채널의 비교논리부로부터 생성된 비교논리정보를 수신하여 동시논리카드로 송신하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
제7항에 있어서, 상기 동시논리카드는 상기 4개의 동시논리연계카드와 모두 연결되는 독립적인 카드를 4개 포함하며,

상기 동시논리카드의 각각은 상기 4개의 동시논리연계카드로부터 비교논리정보를 수집하여 동시논리정보를 생성하고, 생성된 동시논리정보를 상기 개시회로부에 송신하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 시스템.
채널별로 할당된 복수의 공정변수와 공정변수별로 설정된 소정의 설정값을 비교한 비교논리의 결과에 따라 발전설비의 이상 상태를 판단하여 발전설비를 정지시키거나 상기 발전설비의 이상 상태를 완화시키는 계통을 제어하는 4개 채널을 포함하는 발전소 보호 방법으로서,

(a) 각 채널이 상기 공정변수를 감지기로부터 수신하는 단계;

(b) 각 채널이 상기 공정변수와 상기 설정값을 비교하는 비교논리를 수행하여, 공정변수별로 트립여부를 나타내는 비교논리정보를 생성하는 단계;

(c) 각 채널이 생성된 비교논리정보를 동채널 및 3개의 타채널로 모두 송신하는 단계;

(d) 각 채널이 동채널 및 타채널에서 생성된 비교논리정보를 수집하고, 수집된 비교논리정보에 대해 공정변수별로 국부 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치와 관련된 동시논리정보를 생성하는 단계; 및

(e) 각 채널이 동시논리정보에 대해 동시논리를 수행하여 발전소 보호조치를 개시하는 개시신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 방법.
제9항에 있어서, 상기 (c) 단계는

각 채널이 특정 공정변수에 대한 유지보수 우회신호를 수신하면, 생성된 비교논리정보 내의 특정 공정변수에 대한 트립여부를 비트립 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 방법.
제9항에 있어서, 상기 (d) 단계는

각 채널이 특정 채널에 대한 채널 우회신호를 수신하면, 특정 채널로부터 수신되는 비교논리정보의 트립여부를 비트립 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FPGA를 이용한 발전소 보호 방법.