모터구동밸브모터구동밸브 주기적주기적 성능확인성능확인

수행수행 현황현황

2006. 4

한국전력공사전력연구원

2

I. 순 서

I. 개요

II. 수행 경위

III. 규제 요건 주요 내용

IV. 추진 방향

V. 추진 체계

VI. 수행 내용

VII. 결 론

3

I. 개 요필요성

시간 경과에 따른 운전성 저하로 주기적 성능 확인 필요

밸브밸브 팩터팩터 증가증가

기어기어 열화열화

스템스템 마찰계수증가마찰계수증가

구동기 효율 저하

제어스위치 설정치

요구 동력 증가

스위치 설정창

운전여유도

스위치설정범위

4

모터구동밸브 성능 평가 관련 규제 요건

JOG PV : Joint Owners’ GroupPV : Periodic Verification

미국

1989 : GL89-10(NRC)

1989 : GL89-10(NRC)

1996 : GL96-05(NRC)

1996 : GL96-05(NRC)

우리나라

1997.6 : 과학기술부

규제 권고사항

1997.6 : 과학기술부

규제 권고사항

2004.7 : 과학기술부 가동중시험 관련 규정

(과학기술부 고시)

2004.7 : 과학기술부 가동중시험 관련 규정

(과학기술부 고시)

모터구동밸브설계기준 성능 평가

모터구동밸브설계기준 성능 평가

모터구동밸브주기적 성능 확인

모터구동밸브주기적 성능 확인

2004.2 : JOG PV PV 방법론방법론개발개발 (NRC 검토중)

2005.1 : 과학기술부에주기적 성능확인

계획서 제출

2005.1 : 과학기술부에주기적 성능확인

계획서 제출

영광 5호기 등13개 호기 1차 PV 완료

I. 개 요

5

II.수행 경위

2004.7.2 : “안전관련 펌프 및 밸브의 가동중 시험에 관한 규정”

(과학기술부 고시 제2004-14호)

2004.7~12 : 모터구동밸브 주기적 성능 확인 추진 계획 수립

(한수원㈜ 정비기획처, 전력연구원)

2005.01.06 : 과학기술부에 모터구동밸브 주기적 성능 확인 계획서

제출(한수원㈜ 정비기획처)

2005.03.01 : 모터구동밸브 주기적 성능 확인 기술 개발 착수

2005.05.20 : 모터구동밸브 주기적 성능 확인 수행 착수(영광 5호기)

2005.05.27 : 모터구동밸브 주기적 성능 확인 계획서 보완 요구

과학기술부 -> 한수원㈜

2005.12.22 : 주기적 성능확인 계획서 개정본 제출

한수원㈜ -> 과학기술부

2006.3 : 영광 5호기 등 13개 호기 1차 주기적 성능확인 완료

6

주요 내용 (가동중시험에 관한 규정, 과기부 고시 2004-14호)

시험항목 및 기준

대상 : 설계기준 성능 평가 완료 밸브

목적 : 시간 경과에 따른 구동기 가용 성능저하 및 밸브 요구 동력

증가에 따른 운전여유도 변화 감시 평가

평가내용

주기적 성능 확인 방법 및 시험주기

진단시험 또는 수용 가능한 해석적 방법

운전 여유도 변화

주기적 성능확인 수행계획서 제출

시험 개시 3개월전

주기적 성능 확인 시험 주기

위험도, 운전여유도, 운전경험 등에 근거하여 수립

첫 번째 주기시험은 각 밸브의 설계기준 성능평가 후 3번째 핵연료재장전기간 또는 5년 이내, 이후 시험 주기는 10년이내

III. 규제 요건 주요 내용

7

최종 수행 방법 확정(2010)

최종 수행 방법 확정(2010)

최종 수행 방법 개발(2005~2009)

최종 수행 방법 개발(2005~2009)

• 동적 진단시험 수행• 시간 경과에 따른 밸브 요구동력 증가 평가

• 동적 진단시험 수행• 시간 경과에 따른 밸브 요구동력 증가 평가

주기적 성능 확인 수행(2005 ~ 2009)

주기적 성능 확인 수행(2005 ~ 2009)

• 주기 : 1~3주기, 최대 5년• 주기 : 1~3주기, 최대 5년

• 주기 : 1~6주기, 최대 10년

• 시간 경과에 따른 구동기 및스템 윤활 성능저하 평가

• 시간 경과에 따른 구동기 및스템 윤활 성능저하 평가

정적 진단시험정적 진단시험

정적 진단시험 (2010 ~ )

IV. 추진 방향

8

한수원㈜ 정비기획처한수원㈜ 정비기획처 발 전 소발 전 소

전력연구원전력연구원

관련연구과제 : 모터구동밸브 주기적 성능확인 기술개발

- 주관 : 정비기획처- 수행 : 전력연구원- 기간 : 2005.3.1 ~ 2007.1.31 (23개월)

• 주기적 성능확인 수행계획 수립

• 인허가 주관

• 주기적 성능확인 수행계획 수립

• 인허가 주관

• Expert Panel 운영을 통한안전중요도 결정

• 진단시험 주관• 주기적 성능확인 결과 보고서작성

• Expert Panel 운영을 통한안전중요도 결정

• 진단시험 주관• 주기적 성능확인 결과 보고서작성

• 기술개발 총괄• 정적 진단시험 결과 검토• 구동기 및 스템 윤활 성능저하 평가

• 밸브 요구 동력 증가 평가• 최종 주기적 성능 확인방법 개발

• 기술지원 및 교육

• 기술개발 총괄• 정적 진단시험 결과 검토• 구동기 및 스템 윤활 성능저하 평가

• 밸브 요구 동력 증가 평가• 최종 주기적 성능 확인방법 개발

• 기술지원 및 교육

V. 추진 체계

9

평가 대상밸브 안전중요도 및 시험 주기 결정

1차 주기적 성능 확인 수행

시간 경과에 따른 구동기 및 스템 윤활 성능저하 평가

기간 경과에 따른 밸브 요구동력 증가 평가

구동기 성능저하 및 요구 동력 증가를 반영한 운전여유도 평가 방법 개

발

밸브의 안전중요도 및 운전여유도를 반영한 주기적 성능 확인 최적화

방안 수립

MCC 진단시험 방법 현장 적용 및 정립

VI. 수행 내용

10

1. 1. 안전중요도안전중요도 및및 시험시험 주기주기 결정결정

안전중요도 결정 방법

대상밸브 : 20개호기 2,075대(설계기준 성능평가 완료 밸브)

결정 방법

1단계 : 확률론적 안전성 평가(PSA) 결과 활용하여 안전 중요도 결정

2단계 : 델파이 기법에 따라 안전 중요도 결정

3단계 : 전문가 위원회 운영을 통하여 안전 중요도 최종 결정 및 문서화

전원전 평가 대상밸브 안전중요도 결정 결과

2,075 대898 대826 대351 대

LowMediumHigh계

안전중요도

VI. 수행 내용(계속)

11

시험 주기 결정안전중요도와 설계기준 성능평가시 운전여유도를 이용하여 아래 기준에따라 시험 주기 결정

* PPM 수행 밸브의 경우 운전여유도가 0%이상이면 운전여유도를 “High”로 분류

* * PSA(Probabilistic Safety Assessment)결과 활용 및 전문가 위원회를 통한 안전 중요도 결정

안전중요도**

운전여유도Low(>5%)

운전여유도Medium(5~10%)

운전여유도*High(>=10%)

High 1 2 3

Medium 2 3 3

Low 3 3 3

정적 진단시험 주기(핵연료교체주기)

At-the-valve 시험 MCC 시험

운전여유도High(>=25%)

2

3

3

VI. 수행 내용(계속)

12

2. 12. 1차차 주기적주기적 성능성능 확인확인 수행수행

방법 : 정적 진단시험

운전 여유도가 25%이상인 밸브 : MCC 진단시험

운전 여유도가 25%미만인 밸브와 주요 정비 수행 밸브 : At-the-Valve

시험

구동기 분해 점검

밸브 완전 분해 점검

모터 내부 부품 교체

구동기 내부 부품 교체 또는 정비

밸브 디스크 래핑 및 밸브 부위 부품 교체 또는 정비

패킹 교체

패킹 글랜드 너트 조정(기준 체결력 이상으로 조인 경우만 해당)

관련 절차서

주기적 성능 확인(주기-01)

주기적 성능 확인 최종 평가(주기-03)

VI. 수행 내용(계속)

13

호기별 수행 결과 단위 : 대수

3134323365울진 3

152435439월성 1

92029029월성 2

101925429월성 4

212542446울진 2

204229309124433총 계

2426183250영광 5

4132284573영광 4

362762163영광 2

17

감소

22

증가

DBPE 대비 여유도 증감

38139고리 3

At-the-ValveMCC

시험방법

대상밸브발전소

•DBPE : 설계기준 성능평가

VI. 수행 내용(계속)

14

여유도 증감 범위운전여유도 변화율이 ±30%내에 평가 대상밸브의 약 55% 분포

4.4% 4.9%

8.1%10.0% 10.4%

8.6% 8.8%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

-30% -20% -10% 0% 10% 20% 30%

DBPE 대비 운전여유도 변화율(±30% )

밸브

점유

율

VI. 수행 내용(계속)

15

3. 3. 최종최종 주기적주기적 성능성능 확인확인 방법방법 개발개발

추진 방향

정적 진단시험 결과 평가를 통한 시간경과에 따른 구동기 및 스템 윤활성능저하 평가

동적 진단시험 결과 평가를 통한 시간 경과에 따른 요구 동력 증가 평가

성능 저하 및 요구 동력 증가를 반영한 최종 주기적 성능 확인 방법 개발

구동기 성능 저하 평가

대상밸브 : 고리3호기등 3개호기 54대 밸브(At-the-Valve 시험)

평가 방법

성능저하율 도출성능저하율 도출DBPE 신호 분석DBPE 신호 분석 PV 신호 분석PV 신호 분석

• As-Left 1,2차 시험의 모터 토크 검출

• 구동기 효율 계산

• As-Left 1,2차 시험의 모터 토크 검출

• 구동기 효율 계산

• As-found 시험의모터 토크 검출

• 구동기 효율 계산

• As-found 시험의모터 토크 검출

• 구동기 효율 계산

• DBPE 및 PV간경과 시간 계산

• 시간 경과에 따른구동기 효율 변화량계산

• DBPE 및 PV간경과 시간 계산

• 시간 경과에 따른구동기 효율 변화량계산

VI. 수행 내용(계속)

16

평가 결과

스템 윤활 성능 저하 평가

대상밸브 : 고리 3호기 등 3개호기 79대(게이트/글로브밸브)

평가 방법

12

5%~10%

19

5%미만

1

변화 없음

15

증가

73854

저하

DBPE 대비 성능 변화

10%이상

연간 성능 저하율 분포대상밸브

성능저하율 도출성능저하율 도출DBPE 신호 분석DBPE 신호 분석 PV 신호 분석PV 신호 분석

• As-Left 1,2차 시험의 스템 마찰계수평균 값 계산

• As-Left 1,2차 시험의 스템 마찰계수평균 값 계산

• As-found 시험의스템 마찰계수 계산

• As-found 시험의스템 마찰계수 계산

• DBPE 및 PV간 경과시간 계산

• 시간 경과에 따른스템 마찰계수 변화량계산

• DBPE 및 PV간 경과시간 계산

• 시간 경과에 따른스템 마찰계수 변화량계산

VI. 수행 내용(계속)

17

평가 결과

요구 동력 증가 평가

대상밸브 선정

JOG 시험 결과 적용 가능 밸브의 경우 JOG 결과 적용

JOG 결과 적용 불가능 밸브의 경우 설계 특성 및 운전 조건이 유사또는 동일한 밸브를 그룹핑

그룹당 1대의 밸브를 동적 진단시험 대상으로 선정

고리 2호기 등 9개호기 13대 밸브를 평가 대상으로 선정

동적 진단시험 수행

대상밸브당 3회 계획예방정비기간에 걸쳐 매회마다 진단시험 수행

월성 2호기 등 3개 호기 4대 완료

10

5%~10%

22

5%미만

0

변화 없음

24

증가

235579

저하

DBPE 대비 성능 변화

10%이상

연간 성능 저하율 분포대상밸브

VI. 수행 내용(계속)

18

평가 방법

밸브 팩터(VF) 또는 베어링 마찰계수(µB)평가

평가 결과

버터플라이

게이트

밸브 유형

0.332열림SI-V658영광4

0.581닫힘BH-HV016영광2

0.665열림3341-MV17

0.686닫힘3341-MV1월성2

PV VF 또는 µB행정밸브번호발전소

VI. 수행 내용(계속)

19

대상밸브

구동기 모델 및 모터 용량의 특성을 고려하여 25대 선정

평가 방법대상밸브대상밸브

At-the-Valve 시험At-the-Valve 시험 MCC 시험MCC 시험

비교 대상 측정값 취득비교 대상 측정값 취득NEST I, II, NEET를 통한

검출 값 취득

NEST I, II, NEET를 통한검출 값 취득

비교 평가비교 평가

MCC 진단방법 적용 가능여부 확인

MCC 진단방법 적용 가능여부 확인

4. MCC 4. MCC 진단진단 방법방법 현장현장 적용적용 및및 정립정립((계속계속))

VI. 수행 내용(계속)

20

평가 결과

비교 대상 진단방법 모두 측정값의 오차범위가 검출값의 오차범위와중첩됨.

주기적 성능확인에의 적용성이 확인됨.

총 비교 대상적용 밸브진단방법

Y5-AF-V043 등 20대

Y5-AF-V043 등 17대

Y5-AF-V043 등 9대

276NEST II

318NEET

161NEST I

VI. 수행 내용(계속)

21

전원전 모터구동밸브 주기적 성능확인 계획 수립2005년 1월 과학기술부에 주기적 성능확인 계획서 제출

모터구동밸브 1차 주기적 성능 확인 수행과학기술부 고시에 따라 영광 5호기 등 9개호기 433대의 1차 주기적 성능확인 수행

433대중 124대 밸브에 대하여 국내 개발 진단 장비 및 MCC 진단 방법최초 적용

진단시험 소요 비용 및 시간 절감

최종 주기적 성능확인 방법 개발

구동기 및 스템 윤활 성능저하와 요구 동력 증가를 반영한 운전여유도 평가방법 개발

밸브의 안전중요도 및 운전여유도를 반영한 주기적 성능 확인 최적화 방안

수립

VII. 결론

22

설문지 양식 및 설문지 작성법

밸브번호 기능설명

1. 델파이 중요도 평가 결과 High Medium Low

▣ 델파이 중요도 평가 기준

- High ≥ 681, 340.5 ≤ Medium < 681, Low < 340.5

사고대응기능 가중치 배점 결과

1. 원자로를 정지시키고 안전 정지 상태로 유지하는 기능 21.9

2. 원자로냉각재계통 압력경계 건전성 유지 기능 21.3

3. 격납용기 대기의 열 및 방사성 물질 제거와 건전성 유지 기능 22.5

4. 원자로로부터 열을 제거하는 기능 28.5

정상운전기능 가중치 배점 결과

1. 일차측 열제거 기능 7.1

2. 일차측, 이차측 격납용기의 압력제어 기능 5.5

3. 냉각수 공급, 기기 또는 룸 냉각 6.7

총 점 113.5

COM M ENTS :

2. PSA 중요도 평가 결과 High Medium Low

▣ PSA 중요도 평가 기준

- High : F-V > 0.01 or RAW > 10,

- Medium : 0.001 ≤ F-V < 0.01 and RAW < 10

or F-V < 0.01 and 2 ≤ RAW < 10 F-V RAW

- Low : F-V < 0.001 and RAW < 2

COM M ENTS :

3. 안전 중요도 결정 결과 High Medium Low

COM M ENT S : 델파이 또는 PSA 중요도와 상반되는 경우 그 사유를 기술합니다.

위원장 : 서명 / 날짜

전문가 위원회 서명

서명 / 날짜 서명 / 날짜

영광 5호기 MOV 안전 중요도 결정표(샘플)

대상 Valve 기입

가중치 x 배점 기입후 총점계산

1 – 10 점 을 배점

2단계 안전중요도

1단계 안전중요도

3단계 안전중요도

결정 결과 문서화

23

진단시험 방법 비교

Motor Control Center밸브시험 장소

MCC에서 측정한 전압, 전류를 이용하여 알고리즘으로 검출(모터토크 ->

스템 쓰러스트 또는 스템 토크 검출)

힘 센서로 부터 직접 취득스템 쓰러스트/토크

검출

비고

항목

정확도가 At-the-Valve 시험에 비해 낮음, 힘 센서 불필요(설치시간 및 비

용 절감), 작업 환경 양호

정확도가 높음

소요시간 및 인력 많음

MCC 시험At-the-Valve 시험

AtAt--thethe--Valve Valve 시험시험 MCC MCC 시험시험

24

연간 구동기 성능 저하율 평가 방법

ηηDBPE ηη

PV1

ηηDBPE

×시험간격(yr)

× 100 (%)

ηηPV

: 주기적 성능확인의 As-Found 시험시 효율

ηηDBPE : 설계기준 성능평가의 As-Left 1,2차 시험의 평균 효율

ηη = (모터 토크 × 구동기 기어비)/스템 토크

모터 토크 : 설계기준 성능평가 및 주기적 성능확인시 측정된 3상

전압과 전류 신호를 이용하여 MOVIDS에서 검출

구동기 기어비 : 제작사 제공값

스템 토크 : 진단시험시 스템에서 측정 한 토크

여기서,

구동기 성능저하 평가 방법