[논문]국내 원자력발전소의 화재사건 확률론적안전성평가에서 다중오동작 분석 연구

강대일; 정용훈; 최선영; 황미정

doi:10.14346/jkosos.2018.33.6.136

국내 원자력발전소의 화재사건 확률론적안전성평가에서 다중오동작 분석 연구
A Study on the Multiple Spurious Operation Analysis in Fire Events Probabilistic Safety Assessment of Domestic Nuclear Power Plant 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.33 no.6, 2018년, pp.136 - 143

강대일 (한국원자력연구원 리스크.환경안전연구부) , 정용훈 (한국원자력연구원 리스크.환경안전연구부) , 최선영 (한국원자력연구원 리스크.환경안전연구부) , 황미정 (한국원자력연구원 리스크.환경안전연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we conducted a pilot study on the multiple spurious operations (MSO) analysis in the fire probabilistic safety assessment (PSA) of domestic nuclear power plant (NPP) to identify the degree of influence of the operator actions used in the MSO mitigation strategies. The MSO scenario of the domestic reference NPP selected for this study is refueling water tank (RWT) drain down event. It could be caused by spurious operations of the containment spray system (CSS) of the reference NPP. The RWT drain down event can be stopped by the main control room (MCR) operator actions for stopping the operation of CSS pump or closing the CSS motor operated valve if the containment spray actuation signal (CSAS) is spuriously actuated. Outside the MCR, it can be stopped by operator actions for closing the CSS manual valves or motor operated valve or stopping the operation of CSS pump. The quantification result of a fire PSA model that takes into account all recovery actions for the RWT drain down event lead to risk reduction by about 95%, compared with quantification result of fire PSA model without considering them. Among the various operator actions, the recovery action for the spurious CSAS operations and the operator action for the manual valve are identified as the most important operator actions. This study quantitatively showed the extent to which the operator actions used as MSO countermeasures have affected the fire PSA quantification results. In addition, we can see the rank of importance among the operator recovery actions in quantitative terms.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Simplified diagram of containment spray system for the reference NPP.
그림 Fig. 2. Event tree of small LOCA for the reference NPP.
그림 Fig. 3. Fault tree of HPSIS injection for the reference NPP.
그림 Fig. 4. Fault tree of MSO scenario for fire-induced RWT drain down.
표 Table 1. Recovery actions for MSO scenarios for RWT drain down
표 Table 2. Quantification results of fire-induced RWT drain down MSO scenario
그림 Fig. 5. Fault Tree of MSO scenario for Fire-Induced RWT drain down (recovery)(1/2).
그림 Fig. 6. Fault Tree of MSO scenario for Fire-Induced RWT drain down (recovery)(2/2).

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

에 따라 수행된다. NEI 00-01에 따른 MSO 분석은 MSO 일반 분석목록이 분석 대상 발전소에 적용될 수 있느냐의 여부를 검토한다. 다음 기기와 케이블, 관통부 등의 정보가 들어있는 데이터베이스를 이용하여 MSO가 발생될 수 있는 방화지역을 파악한다.
에서는 MSO를 하나 이상의 기기나 계통이 원하지 않은 동작을 유발시키는 화재유발 다중회로 고장이라고 정의한다. 결정론적 화재 안전성분석에서 MSO 분석은, 기본적으로 안전정지에 대한 MSO의 영향을 파악하고 대처방안을 마련하기 위해 수행한다. 화재 PSA에서 MSO 분석은 기기나 계통에 다중오동작이 미치는 영향을 파악하여 화재 PSA에 모델링하고 정량화하기 위해 수행한다.
본 연구에서는 MSO 완화전략으로 사용되는 운전원 행위들이 화재 PSA 정량화 결과에 미치는 영향정도를 파악하기 위해, 국내 원전을 대상으로 MSO 분석에 관한 시범연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 선정된 참조원전의 RWT 배수 MSO 시나리오는 격납건물살수계통 오작동으로 발생한다.
본 연구에서는 MSO 완화전략으로 사용되는 운전원 행위들이 화재 PSA 정량화 결과인 노심손상빈도(Core Damage Frequency: CDF)^2,9,15)에 미치는 영향정도를 파악하기 위해, 국내 참조원전을 대상으로 MSO 분석에 관한 시범연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 선정된 MSO 시나리오는 핵연료재장수 탱크(Refueling Water Tank: RWT) 배수(Drain Down) 사고이다.

가설 설정

본 연구에서 파악된 살수계통 오동작으로 인한 RWT 배수 시나리오의 대처방안인 운전원 행위들을 화재 PSA에서 모델링하였다. Table 1의 각 방화지역에서 각 기기들에 대한 RWT 배수 사고 운전원 회복행위는 불가능하다고 가정하였다. 다만 CSAS 오동작 대처행위는 주제어실과 전기기기실(Electrical Equipment Room: EER)에서 수행하기에 운전원 회복행위와 관련된 캐비닛 화재시에만 불가능하다고 가정하였다.
Table 1의 각 방화지역에서 각 기기들에 대한 RWT 배수 사고 운전원 회복행위는 불가능하다고 가정하였다. 다만 CSAS 오동작 대처행위는 주제어실과 전기기기실(Electrical Equipment Room: EER)에서 수행하기에 운전원 회복행위와 관련된 캐비닛 화재시에만 불가능하다고 가정하였다. 운전원은 주제어실이나 전기기기실 화재시라도 가능한 주제어실을 떠나지 않을 것으로 예상되기 때문이다.
RWT 배수 중지 행위들은, 즉 CSS 펌프정지나 CSS 펌프 후단 전동구동밸브를 닫는 행위는, 모두 주제어실의 한 벤치보드에서 이루어지기 때문이다. 또한 CSAS 오동작으로 인한 RWT 배수 중지 주제어실내 운전원행위와 주제어실 밖에서 수행되는 행위들 사이에는 중간정도 종속성(Medium Dependence)^16,17)이 있다고 가정했다. 즉, 주제어실 운전원 행위가 실패시 추가적으로 수행되는 주제어실 밖 운전원 행위의 인적오류 확률은 0.

제안 방법

3에는 고압안전주입계통(HPSIS)의 주입실패에 대한 고장수목이 나타나있다. Fig. 3에 나타나 있듯이 화재로 RWT가 배수되는 사건을 기존 내부사건 고압안전주입계통의 고장수목에 추가적으로 모델링하였다. Fig.
4에는 RWT 배수 시나리오에 대한 고장수목이 나타나 있다. 고장 수목 구성은 격납건물살수계통 펌프와 전동구동밸브들이 오동작하는 RWT 배수시나리오와 재순환운전을 모델링하였다. RWT가 고갈되면 고압안전주입 및 저압안전주입은 불가능해진다.
NEI 00-01에 따른 MSO 분석은 MSO 일반 분석목록이 분석 대상 발전소에 적용될 수 있느냐의 여부를 검토한다. 다음 기기와 케이블, 관통부 등의 정보가 들어있는 데이터베이스를 이용하여 MSO가 발생될 수 있는 방화지역을 파악한다. 파악된 MSO 분석 목록이 분석 대상 원전에 적용가능할지라도, MSO 관련기기나 계통 또는 케이블 등이 동일 방화지역에 있지 않으면 MSO는 발생 안된다.
본 연구에서 파악된 살수계통 오동작으로 인한 RWT 배수 시나리오의 대처방안인 운전원 행위들을 화재 PSA에서 모델링하였다. Table 1의 각 방화지역에서 각 기기들에 대한 RWT 배수 사고 운전원 회복행위는 불가능하다고 가정하였다.
본 연구에서는 원자로 배기계통의 밸브들이 오동작으로 인한 소형 LOCA에 대해서만 정량화를 수행하였다. 만일 참조 원전 화재 PSA에 모델링된 모든 소형 LOCA에 대해 정량화를 수행하면 Table 2의 정량화 결과는 달라질 수도 있다.
RWT 배수사고에 대한 기본적인 화재 PSA 모델을 정량화한 결과는, 재순환 운전을 추가적으로 고려한 화재 PSA 모델의 정량화 결과와 차이가 없었다. 파악된 RWT 배수 사고의 중단에 대한 운전원 행위들의 인적오류확률은 보수적으로 평가하여 화재 PSA에 모델링하였다. RWT 배수사고를 중단시킬 수 있는 운전원 행위 모두를 고려한 화재 PSA 모델에 대한 정량화한 결과는, 운전원 행위 모두를 고려하지 않을 경우의 화재 리스크를 약 95% 저감시킨다.
RWT가 고갈되면 고압안전주입 및 저압안전주입은 불가능해진다. 하지만 재순환 작동신호가 발생되면 재순환 운전이 가능하기에 RWT 고갈 시나리오에 대한 회복행위로 재순환운전을 위한 집수조라인의 개방을 고려하였다. 참조원전의 고압안전주입 재순환 운전은 운전원의 개입없이 자동으로 이루어지는 동작이다.
결정론적 화재 안전성분석에서 MSO 분석은, 기본적으로 안전정지에 대한 MSO의 영향을 파악하고 대처방안을 마련하기 위해 수행한다. 화재 PSA에서 MSO 분석은 기기나 계통에 다중오동작이 미치는 영향을 파악하여 화재 PSA에 모델링하고 정량화하기 위해 수행한다. 따라서, 결정론적 분석에서는 화재 안전정지가 불가능하거나 안전정지에 영향을 미치는 LOCA(Loss of Coolant Accident) 사고 등의 시나리오들에만 초점을 두고 있다.
본 연구를 위해 선정된 MSO 시나리오는 핵연료재장수 탱크(Refueling Water Tank: RWT) 배수(Drain Down) 사고이다. 화재로 인한 RWT 배수 시나리오 원인을 파악하고, 파악된 MSO 시나리오의 대처방안인 운전원 행위를 화재 PSA 측면에서 파악하여 PSA에 모델링하고 정량화하였다. 2절에서는 화재사건 PSA 모델 구축과 RWT 배수와 관련된 시나리오, 그리고 격납건물살수계통의 설계 특성을 기술하였다.

대상 데이터

에 미치는 영향정도를 파악하기 위해, 국내 참조원전을 대상으로 MSO 분석에 관한 시범연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 선정된 MSO 시나리오는 핵연료재장수 탱크(Refueling Water Tank: RWT) 배수(Drain Down) 사고이다. 화재로 인한 RWT 배수 시나리오 원인을 파악하고, 파악된 MSO 시나리오의 대처방안인 운전원 행위를 화재 PSA 측면에서 파악하여 PSA에 모델링하고 정량화하였다.

이론/모형

화재사건 PSA 모델 구축과 정량화는 내부사건 PSA 모델을 이용해 수행한다. 원전의 화재로 인한 리스크인 노심손상빈도(Core Damage Frequency: CDF) 식은 일반적으로 다음처럼 표시될 수 있다^2,9,15):

성능/효과

파악된 RWT 배수 사고의 중단에 대한 운전원 행위들의 인적오류확률은 보수적으로 평가하여 화재 PSA에 모델링하였다. RWT 배수사고를 중단시킬 수 있는 운전원 행위 모두를 고려한 화재 PSA 모델에 대한 정량화한 결과는, 운전원 행위 모두를 고려하지 않을 경우의 화재 리스크를 약 95% 저감시킨다. 여러 운전원 행위들 중 CSAS 오동작에 대한 회복행위와 수동밸브에 대한 운전원 조치가 제일 중요한 것으로 나타났다.
여러 운전원 행위들 중 CSAS 오동작에 대한 회복행위와 수동밸브에 대한 운전원 조치가 제일 중요한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 MSO 대처방안으로 사용되는 운전원 행위들이 화재 PSA 정량화 결과에 미치는 정도를 정량적으로 알 수 있었다. 또한 정량적 측면에서 운전원 행위들 사이의 중요정도 순위를 알 수 있었다.
RWT 배수사고를 중단시킬 수 있는 운전원 행위 모두를 고려한 화재 PSA 모델에 대한 정량화한 결과는, 운전원 행위 모두를 고려하지 않을 경우의 화재 리스크를 약 95% 저감시킨다. 여러 운전원 행위들 중 CSAS 오동작에 대한 회복행위와 수동밸브에 대한 운전원 조치가 제일 중요한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 MSO 대처방안으로 사용되는 운전원 행위들이 화재 PSA 정량화 결과에 미치는 정도를 정량적으로 알 수 있었다.

후속연구

본 연구 결과를 참조 원전의 화재 유발 MSO에 대응하는 화재 비정상 절차서 개발에 실제적으로 적용하기 위해서는, 상세 인간신뢰도분석 수행과 더불어 상세 화재 PSA 모델 개발에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	케이블들이 화재방호 측면에서 서로 완전히 분리되어 있다 하더라도 발생할 수 있는 문제는?	하지만 기기들의 케이블들이 서로 분리되어 있지 않는 경우, 케이블이 지나는 지역에서의 화재발생은 회로 고장을 유발시켜 안전계열 기기들을 기능상실하게 하거나 오동작하게 할 수 있다. 비록 안전계통 계열들의 기기들과 연관된 케이블들이 화재방호 측면에서 서로 완전히 분리되어 있더라도 케이블이 지나는 화재 방화지역(fire area)에서 화재발생 시 케이블 손상으로 인한 회로고장(Circuit Failure)으로 한 계열의 기기가 오동작되어 원자로 냉각재 등이 배수될 수 있다.
	화재 안전성분석 중 결정론적 분석과 PSA분석의 차이점은?	화재 PSA에서 MSO 분석은 기기나 계통에 다중오동작이 미치는 영향을 파악하여 화재 PSA에 모델링하고 정량화하기 위해 수행한다. 따라서, 결정론적 분석에서는 화재 안전정지가 불가능하거나 안전정지에 영향을 미치는 LOCA(Loss of Coolant Accident) 사고 등의 시나리오들에만 초점을 두고 있다. 반면에 화재 PSA에서는 기기 기능에 영향을 미치는 모든 화재 시나리오가 분석대상이다.
	원자력발전소 중 기기 케이블이 서로 분리되어 있지 않는 경우 생기는 문제는?	원자력발전소(이하 원전)는 원전의 안전을 위해 안전정지 관련 계통들이 다중성(Redundancy) 개념으로 설계되어 있으며 다중성을 구성하는 기기들은 물리적으로 서로 분리되어 있다. 하지만 기기들의 케이블들이 서로 분리되어 있지 않는 경우, 케이블이 지나는 지역에서의 화재발생은 회로 고장을 유발시켜 안전계열 기기들을 기능상실하게 하거나 오동작하게 할 수 있다. 비록 안전계통 계열들의 기기들과 연관된 케이블들이 화재방호 측면에서 서로 완전히 분리되어 있더라도 케이블이 지나는 화재 방화지역(fire area)에서 화재발생 시 케이블 손상으로 인한 회로고장(Circuit Failure)으로 한 계열의 기기가 오동작되어 원자로 냉각재 등이 배수될 수 있다.

참고문헌 (17)

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원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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