국내 원전 I&C 분야 ‘최정예 요원들’

한국원자력연구원 계측제어ㆍ인간공학연구부는 국내 원전 I&C 분야의 최정예 요원들이다. 특히 원전의 두뇌와 신경망에 해당하는 계측제어시스템(MMIS)의 핵심 기술인 ‘디지털 원자로 안전계통’을 세계에서 3번째로 국산화에 성공, 국내외 상용 원전에 적용하기 위해 2009년 두산중공업에 기술을 이전됐다.

김창회 한국원자력연구원 계측제어ㆍ인간공학연구부장은 “그러나 최근 원전 I&C가 디지털화되면서 사이버보안, 공통원인고장, 인적오류 저감기술 개발 등 새로운 인허가 현안이 부각되고 있다”며 “이에 2010년부터 현재까지 IAEA를 포함한 전 세계 원자력기관들은 이를 해결하기 위한 기술개발을 수행하고 있고 계측제어ㆍ인간공학연구부도 이를 위한 연구를 매진하고 있다”고 설명했다.

현재 계측제어ㆍ인간공학연구부는 설계기준 이상의 지진 및 해일에 의해 발생한 ‘후쿠시마 사고에도 작동 가능한 계측제어시스템 개발’을 비롯해 ▲방사선감시시스템 유지보수 ▲계측제어 적합성 평가체계 구축 ▲계측제어기기 유지보수 제작 ▲사이버공격 대응체계 구축 ▲(원천분과)계측제어 지능화 기술개발 ▲(안전분과)인적오류 대처기술 개발 ▲CCF 안전계통/제어기기 개발 ▲안전문화 증진 ▲운전성개선 계측제어 기술개발 ▲가동원전 사이버보안 통합평가 도구개발 ▲APR1400 사이버보안 체계개발 등을 수행하고 있으며 신규 과제로 ▲APR1400 사이버보안 대책기술 개발 등 다수의 연구개발 프로젝트를 추진하고 있다.

◆CSAMS(Cyber Security Assessment and Management System)=국내 가동 중인 원자력 시설은 ‘원자력시설 등의 방호 및 방사능 방재 대책법’에 근거해 사이버보안 대책을 마련해야 한다. 이에 한국원자력통제기술원은 사이버보안에 관한 심사 및 검사의 기준으로 RS-015 ‘원자력시설등의 컴퓨터 및 정보시스템 보안 기술기준’을 발행하고 특별검사를 진행할 예정이다.

김 부장은 “하지만 필수디지털자산별 상세한 현황 및 사이버보안성 평가 없이 일괄적으로 기술적 보안조치 및 운영ᆞ관리적 보안조치를 적용하기에 무리가 있다”며 “따라서 운영환경, 운영상황, 자산 및 계통별 공격 백터(vector)와 잠재적 위협을 먼저 평가해 안전에 영향이 없으면서 보안을 향상할 수 있는 대응방안을 도출해야 한다”고 강조했다.

이에 연구부는 2013년 말부터 산업통상자원부의 지원을 받아 참여기업 ㈜이공감과 함께 국내 사이버보안 기술기준인 RS-015에 근거한 원자력발전소 사이버보안 현황 평가를 지원하기 위한 도구로 CSAMS(Cyber Security Assessment and Management System)를 개발하고 있다.

CSAMS는 원자력시설에 대한 사이버보안 규제요건 부합성 평가 도구로 ▲평가 시간 단축 ▲평가 절차 안내 ▲평가 보고서 생성 ▲평가 일관성 확보 지원 등의 특징이 있다.

김 부장은 “CSAMS는 지난 6월 IAEA에서 주최한 ‘The International Conference on Computer Security in a Nuclear World: Expert Discussion and Exchange’에서 국외 전문가들로부터 많은 관심을 받은바 있으며, 참여기관인 ㈜이공감은 CSAMS 기술이전을 통해 상용화 버전 출시를 앞두고 있다”고 설명했다.

◆CCF 안전계통/제어기기 개발=원전에서 중요한 것은 안전성이다. 안전성을 담보하기 위해 원전에서 전통적으로 사용되는 원칙은 ‘심층방어’개념이다. 심층방어란 원자력발전소에 사고가 발생하지 않도록 하는 사고예방 및 사고가 발생했을 경우 사고전파를 막기 위해 여러 층의 물리적 방어벽을 적용하는 것이다.

이러한 개념은 원전의 두뇌와 신경망 역할을 하는 계측제어계통에도 그대로 적용돼 ▲원자로 제어계통 ▲원자로 보호계통 ▲공학적 안전설비 작동계통 ▲감시 및 지시계통 등 4계층의 방어벽으로 구성돼 있다.

설령 원자로 제어계통이 정상동작 하지 않으면 원자로 보호계통이 작동을 하게 되는 방식이며, 각 계통은 다중화 돼 있어서 계통을 구성하는 단일 부품이 고장이 발생해도 정상적으로 기능을 수행할 수 있다.

그러나 최근에 계측제어계통에 디지털 기술이 적용되면서 공통원인고장(CCF, Common Cause Failure)의 발생 가능성이 증가하고 있다. 공통원인고장이란 하나의 원인에 의하여 같은 기능을 하는 동종의 기기들이 동시에 고장 나는 것으로 다중화된 계통의 동작불능상태를 초래할 수 있으며, 원전의 안전에도 영향을 줄 수 있다.

김 부장은 “공통원인고장을 방지하기 위해서는 다양성 설계가 요구되는데, 다양성 설계란 같은 기능을 수행하지만 서로 다른 동작방식을 갖는 이종의 기기를 적용해 서로 같은 원인에 의해 동시에 고장나지 않도록 설계하는 것”이라고 밝혔다.

CCF 안전계통/제어기기 개발은 서로 다른 동작방식을 갖는 2종의 제어기기들을 개발하고 이러한 다양성을 갖는 제어기를 계측제어계통에 적용해 계측제어계통의 공통원인고장 문제를 해결하여 결국에는 원전의 안전성을 향상시키는데 목적이 있다.

김 부장은 “이전에 수행된 연구과제를 통해 이미 마이크로프로세서기반의 안전등급 다중화 제어기기 시제품과 이와는 다른 방식으로 동작하는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반의 안전등급 제어기기 시제품을 국내 기술로 개발한 상태”라며 “이번 연구개발에서는 기존에 개발된 CPU-기반 제어기기 및 FPGA-기반 제어기기 시제품의 상용화 및 인허가를 위해 품질보증체계와 형상관리체계 하에서 설계, 안전성분석, 소프트웨어 확인 및 검증 등의 업무를 수행하고 있다”고 밝혔다.