KR20230107519A - System and Method for detecting tube leakage using state signal of power generation plant - Google Patents

System and Method for detecting tube leakage using state signal of power generation plant Download PDF

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KR20230107519A KR1020230086968A KR20230086968A KR20230107519A KR 20230107519 A KR20230107519 A KR 20230107519A KR 1020230086968 A KR1020230086968 A KR 1020230086968A KR 20230086968 A KR20230086968 A KR 20230086968A KR 20230107519 A KR20230107519 A KR 20230107519A
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Abstract

A tube leakage detection system capable of monitoring a tube leakage and estimating the location using acoustic emission signals and/or operation signals of a power generation plant is disclosed. The tube leakage detection system comprises a sensor block for detecting status signals of the power generation plant, a collection unit for collecting the status signals, a calculation unit for calculating a probability distribution for each sensor using the collected status signals, and an analysis unit for estimating whether there is a leakage in a tube of the power generation plant according to the probability distribution for each sensor.

Description

발전 설비의 상태 신호를 이용한 튜브 누설 검출 시스템 및 방법{System and Method for detecting tube leakage using state signal of power generation plant}System and method for detecting tube leakage using state signal of power generation plant

본 발명은 튜브 누설 검출 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 보일러의 음향 방출 신호 및/또는 운전신호를 이용하여 튜브 누설을 감시하고 위치를 추정하는 시스템 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a tube leak detection technology, and more particularly, to a system and method for monitoring and estimating the location of a tube leak using an acoustic emission signal and/or an operating signal of a boiler.

석탄 화력 발전소는 보일러, 증기터빈, 발전기의 주기기와 이를 운전하기 위한 연료공급, 복수 및 급수계통 등의 보조기기로 구성되어 있다. 그 중 보일러는 연료를 연소하여 고온 고압의 증기를 만들고, 그 증기를 증기터빈으로 보내어 발전기를 구동하게 하는 매우 중요한 발전 설비이다.Coal-fired power plants are composed of boilers, steam turbines, main generators, and auxiliary equipment such as fuel supply, condensate, and water supply systems to operate them. Among them, a boiler is a very important power generation facility that burns fuel to generate high-temperature and high-pressure steam and sends the steam to a steam turbine to drive a generator.

보일러 내부에는 증기를 만들어내기 위한 열교환 튜브들이 매우 복잡한 형태로 배치되어 있다. 만약 이 튜브가 파손되어 누설이 일어날 경우 발전소를 정지해야 한다. 튜브누설을 조기에 발견하지 못할 경우 누설이 확대되어 정비기간이 길어지고 발전소 정지에 의한 손실이 커지므로 누설을 조기에 발견하는 것이 매우 중요하다.Inside the boiler, heat exchange tubes for generating steam are arranged in a very complicated form. If this tube breaks and leaks, the plant must be shut down. If tube leakage is not detected early, it is very important to detect leakage early because the leakage expands, resulting in a longer maintenance period and increased losses due to plant shutdown.

이런 이유에서 보일러 튜브 누설을 조기에 발견하기 위해 BTLD(Boiler Tube Leak Detection) 시스템이 많은 발전소에 설치되어 있다. BTLD 시스템은 보일러 외부 벽면에 음향센서를 설치하여 음향방출신호를 통해 누설여부를 판단하고, 누설의 대략적 위치를 나타낸다.For this reason, BTLD (Boiler Tube Leak Detection) systems are installed in many power plants to detect boiler tube leaks at an early stage. The BTLD system installs an acoustic sensor on the outer wall of the boiler to determine whether or not there is a leak through an acoustic emission signal, and indicates the approximate location of the leak.

기존의 BTLD 시스템에는 크게 두 가지 한계점이 있다. 첫 번째로, 누설위치 판단 시, 3개 이상의 센서에서 명확한 신호가 발생해야만 위치 표현이 가능하다. 부연하면, 단순한 삼변 측량법으로 누설위치를 계산할 경우 센서 2개에서만 누설신호가 발생할 경우 유일한 위치가 결정되지 않기 때문에 튜브누설 위치를 표현해 주기 어렵다.The existing BTLD system has two major limitations. First, when determining the leak location, the location can be expressed only when clear signals are generated from three or more sensors. In other words, when the leakage position is calculated by simple trilateration, it is difficult to express the tube leakage position because the unique position is not determined when leakage signals are generated only by two sensors.

따라서, 기존의 보일러 튜브누설 위치추정 시스템은 누설위치를 결정론적으로 수식으로 계산하여 해를 표현하기 때문에, 3개 이상의 센서에서 신호가 명확히 들어와야 위치표현이 가능하다는 문제점이 있다.Therefore, since the existing boiler tube leakage localization system expresses the solution by deterministically calculating the leakage position by formula, there is a problem in that the position can be expressed only when signals are clearly received from three or more sensors.

두 번째로, 운전신호를 배제한 음향신호로만 누설여부를 판단하기 때문에, 현장에서 실제 누설이 발생했는지 확신하기 어렵다. 부연하면, 온도, 압력 등 운전신호를 고려하지 않기 때문에, 보일러 운전상태의 물리적 변화를 고려하지 못한다. 따라서 시스템에서 발생한 누설알람이 실제로 누설인지 아니면, 오탐지 알람(false alarm)인지 판단하기 쉽지 않다. Second, since the leakage is determined only by the sound signal excluding the operation signal, it is difficult to be certain that leakage actually occurred in the field. In other words, since operation signals such as temperature and pressure are not considered, physical changes in the boiler operating state cannot be considered. Therefore, it is not easy to determine whether a leak alarm generated in the system is actually a leak or a false alarm.

운전신호와 음향신호를 동시에 고려해 종합적으로 누설을 판단하면 누설알람에 대한 신뢰도가 올라갈 수 있다. 하지만, 발전소의 운전신호는 신호간의 상관관계와 시계열적인 특성이 동시에 존재하기 때문에 이런 특성들을 모두 고려하여 누설신호를 판단하기는 쉽지 않다. 이러한 시계열 신호를 오토 인코더를 통해 이상감지를 하려는 시도들이 있어 왔지만, 기본적인 오토 인코더는 구조적으로 발전설비의 복잡한 특성들을 모두 잡아내기 어렵다. 일반적으로 오토 인코더는 입력층(Input layer), 히든층(Hidden layer), 출력층(Output layer)으로 이루어져 있다.Reliability of the leakage alarm can be increased by comprehensively determining the leakage by considering the operation signal and the sound signal at the same time. However, it is not easy to determine the leakage signal by considering all of these characteristics because the operating signals of the power plant have correlations between signals and time-series characteristics at the same time. There have been attempts to detect abnormalities in these time-series signals through auto-encoders, but basic auto-encoders are structurally difficult to capture all of the complex characteristics of power generation facilities. In general, an auto-encoder consists of an input layer, a hidden layer, and an output layer.

이는 오토 인코더의 각 노드가 신호의 시계열적 특성을 반영하지 못하기 때문이다. 시계열 신호들은 대부분 시간에 따른 경향성(Trend)이 존재한다. 경향성(Trend)이란 시간에 따라서 데이터가 증가하는 추세를 띌 수도 있고 감소하거나 진동하는 것처럼 신호가 이전 시점과 어떤 관계를 가지고 있는지를 의미한다. 일반적인 오토 인코더는 각 데이터 포인트(point)를 하나의 독립적인 정보로 보기 때문에 이러한 시간에 따른 경향성을 잘 반영하지 못한다. This is because each node of the auto-encoder cannot reflect the time-series characteristics of the signal. Most of the time series signals have a trend over time. Trend refers to how a signal has a relationship with a previous point in time, such that data may show an increasing trend, decrease or oscillate over time. Since a typical autoencoder sees each data point as a piece of independent information, it does not reflect such a trend over time well.

1. 한국등록특허번호 제10-1107261호(등록일자: 2012년01월11일)1. Korean Registered Patent No. 10-1107261 (registration date: January 11, 2012)

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 발전 설비의 음향 방출 신호 및/또는 운전신호를 이용하여 튜브 누설을 감시하고 위치를 추정할 수 있는 튜브 누설 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems caused by the above background art, and provides a tube leakage detection system and method capable of monitoring and estimating the position of tube leakage using an acoustic emission signal and / or operation signal of a power generation facility. But it has a purpose.

또한, 본 발명은 3개 이상의 센서만을 이용하지 않더라도 누설 감지 및 위치 표현이 가능한 튜브 누설 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a tube leak detection system and method capable of detecting and expressing a location even without using only three or more sensors.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 발전 설비의 음향 방출 신호 및/또는 운전신호를 이용하여 튜브 누설을 감시하고 위치를 추정할 수 있는 튜브 누설 검출 시스템을 제공한다.In order to achieve the object presented above, the present invention provides a tube leak detection system capable of monitoring and estimating the location of a tube leak using an acoustic emission signal and/or an operation signal of a power generation facility.

상기 튜브 누설 검출 시스템은, The tube leak detection system,

발전 설비의 상태 신호를 검출하는 센서 블럭;A sensor block for detecting a state signal of a power generation facility;

상기 상태 신호를 수집하는 수집부;a collection unit that collects the state signal;

수집된 상기 상태 신호를 이용하여 센서별 확률 분포를 계산하는 계산부; 및 a calculation unit that calculates a probability distribution for each sensor using the collected state signals; and

상기 센서별 확률 분포에 따라 상기 발전 설비의 튜브에서 누설 여부를 추정하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.and an analyzer for estimating leakage from the tube of the power generation facility according to the probability distribution for each sensor.

이때, 상기 센서 블록은 상기 상태 신호를 검출하는 적어도 2개의 센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the sensor block is characterized in that it consists of at least two sensors for detecting the state signal.

또한, 상기 상태 신호는 음향 신호이고, 적어도 2개의 상기 센서는 AE(Acoustic Emission) 센서인 것을 특징으로 한다.In addition, the state signal is an acoustic signal, and the at least two sensors are AE (Acoustic Emission) sensors.

또한, 상기 계산부는 적어도 2개의 상기 센서간 상기 상태 신호의 신호 특성이 변하는 시점의 시간차를 이용하여 각 센서로부터 누설위치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.The calculation unit may calculate the distance from each sensor to the leak location by using a time difference between at least two sensors when the signal characteristics of the state signal change.

또한, 상기 계산부는 적어도 2개의 상기 센서별로 상기 누설위치까지의 거리를 평균으로 하는 정규 확률 분포를 이용하여 센서 위치별 누설확률을 계산하는 것을 특징으로 한다.The calculation unit may calculate a leak probability for each sensor location using a normal probability distribution having an average of distances to the leak location for each of the at least two sensors.

또한, 상기 계산부는 상기 센서 위치별 누설 확률을 이용하여 모든 적어도 2개의 상기 센서에 대한 위치별 확률 분포를 산출하고, 상기 위치별 확률 분포를 기반으로 상기 발전 설비의 튜브에서 누설 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the calculation unit calculates a probability distribution by location for all the at least two sensors using the leakage probability by sensor location, and estimates a leak location in a tube of the power generation facility based on the probability distribution by location. to be characterized

또한, 상기 센서 위치별 누설 확률은 수학식

Figure pat00001
(여기서,
Figure pat00002
: i번째 센서의 가중치 파라미터, Likelihood는 위치별 누설 가능도이다)로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the leakage probability for each sensor location is
Figure pat00001
(here,
Figure pat00002
: a weight parameter of the i-th sensor, and Likelihood is a leak probability by location).

또한, 상기 위치별 누설 가능도는 수학식

Figure pat00003
(여기서,
Figure pat00004
이고, In addition, the possibility of leakage for each location is expressed by Equation
Figure pat00003
(here,
Figure pat00004
ego,

mi = u ×ti ,(xi,yi,zi): i번째 센서의 위치, u: 파장 전파 속도, tij: i번째 센서에서 j번째 센서와의 도달 시간 차이,

Figure pat00005
: i번째 센서와 j번째 센서의 불확실성합)로 정의되는 것을 특징으로 한다.m i = u × t i , (x i ,y i ,z i ): the position of the ith sensor, u: the wave propagation speed, t ij : the difference in arrival time from the i-th sensor to the j-th sensor,
Figure pat00005
: It is characterized in that it is defined as the uncertainty sum of the i-th sensor and the j-th sensor).

또한, 상기 계산부는 상기 발전 설비의 운전신호를 수신받아 CNN(Convolutional Neural Networks)-LSTM(Long Short-Term Memory models)-AE(Auto Encoder) 알고리즘을 이용하여 상기 운전신호의 국부적 특성 학습 및 연속 특성 학습을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the calculation unit receives the operation signal of the power generation facility and learns local characteristics and continuous characteristics of the operation signal by using a CNN (Convolutional Neural Networks)-LSTM (Long Short-Term Memory models)-AE (Auto Encoder) algorithm. It is characterized by carrying out learning.

또한, 상기 운전 신호는 윈도우징 기법을 통해 일정한 시간 간격으로 일부 겹치게 분할되어 시퀀스 개수, 시퀀스 길이, 및 태그를 갖는 1차 시퀀스 신호로 변환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the driving signal is partially overlapped at regular time intervals through a windowing technique and converted into a primary sequence signal having a sequence number, a sequence length, and a tag.

또한, 상기 1차 시퀀스 신호는 합성곱 신경망(CNN)의 입력신호로 사용되기 위해 서브 시퀀스 형태로 분할되어 시퀀스 개수, 서브 시퀀스 개수, 서브시퀀스 길이, 및 태그를 갖는 입력 시퀀스 신호로 변환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the primary sequence signal is divided into subsequences to be used as an input signal of a convolutional neural network (CNN) and converted into an input sequence signal having the number of sequences, the number of subsequences, the length of subsequences, and a tag. to be

또한, 상기 분석부는 잠재 변수를 통해 재구성되는 출력 시퀀스 신호와 상기 운전신호와 차이값을 계산하고, 상기 차이값이 미리 정해진 경계치를 넘으면 이상으로 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analyzer may calculate a difference between an output sequence signal reconstructed through a latent variable and the driving signal, and detect an abnormality when the difference exceeds a predetermined boundary value.

또한, 상기 분석부는 상기 누설여부에 따라 누설이 추정되면 누설 알람 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the analyzer may generate leakage alarm information when leakage is estimated according to the presence or absence of leakage.

*이때, 상기 누설 알람 정보는 음성, 그래픽, 및 문자의 조합인 것을 특징으로 한다.*At this time, the leakage alarm information is characterized in that it is a combination of voice, graphic, and text.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 센서 블럭이 발전 설비의 상태 신호를 검출하는 단계; (b) 수집부가 상기 상태 신호를 수집하는 단계; (c) 계산부가 수집된 상기 상태 신호를 이용하여 센서별 확률 분포를 계산하는 단계; 및 (d) 분석부가 상기 센서별 확률 분포에 따라 상기 발전 설비의 튜브에서 누설 여부를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 설비의 상태 신호를 이용한 튜브 누설 검출 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes (a) detecting, by a sensor block, a state signal of a power generation facility; (b) collecting the status signal by a collection unit; (c) calculating a probability distribution for each sensor using the state signals collected by a calculator; and (d) estimating, by an analysis unit, whether there is leakage in the tubes of the power generation facilities according to the probability distribution for each sensor.

이때, 상기 (c) 단계는, 계산부가 상기 발전 설비의 운전신호를 수신받아 CNN(Convolutional Neural Networks)-LSTM(Long Short-Term Memory models)-AE(Auto Encoder) 알고리즘을 이용하여 상기 운전신호의 국부적 특성 학습 및 연속 특성 학습을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, in the step (c), the calculation unit receives the operation signal of the power generation facility and calculates the operation signal by using a CNN (Convolutional Neural Networks)-LSTM (Long Short-Term Memory models)-AE (Auto Encoder) algorithm. and performing local feature learning and continuous feature learning.

본 발명에 따르면, 튜브누설 추정위치를 위치에 따라 확률론적으로 표현하여, 음향방출센서가 2개만 반응하더라도 위치별 누설 확률분포를 표현해 줄 수 있다.According to the present invention, the estimated position of tube leakage is probabilistically expressed according to the position, so that even if only two acoustic emission sensors respond, the leakage probability distribution for each position can be expressed.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 발전 설비의 운전신호(온도,압력)를 통해 튜브 누설을 판단할 수 있어, 데이터의 일부 특성만 학습하는 기존 이상 감지 방법의 문제를 해결하고, 발전소 데이터는 대부분 시계열 형태의 다중채널 데이터가 동시에 수집되는데, 수집된 빅데이터에 대해서 실시간으로 정보를 파악하고 진단할 수 있게 해준다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, tube leakage can be determined through operation signals (temperature, pressure) of power generation facilities, solving the problem of existing anomaly detection methods that learn only some characteristics of data, and power plant data are mostly time series. Multi-channel data in the form is collected at the same time, and it is possible to identify and diagnose information in real time about the collected big data.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 발전소에서 취득되는 데이터는 대부분 잡음이 많이 섞여 있고 정상/이상 정보가 표시되어 있지 않음에도 불구하고, 오토 인코더 기반 이상 감지 방식은 노이즈에 강하고 데이터의 라벨링이 필요없는 비지도 학습 방법이기 때문에 발전소 데이터를 효과적으로 처리할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, although most of the data acquired from the power plant is mixed with a lot of noise and normal/abnormal information is not displayed, the auto-encoder-based anomaly detection method is resistant to noise and does not require labeling of data. Because it is an unsupervised learning method, it can effectively process power plant data.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 신호처리 기반 상태 진단 방법의 경우, 특정 취득 구간에 해당하는 데이터만 분석 및 열람하여 주파수 분석을 수행하기 때문에 기존에 발생했었던 이력 정보를 반영하여 진단을 내리기 어려움에도 이전에 발생했던 이력 데이터를 학습함으로써 이상과 정상 상태 판단이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, in the case of the signal processing-based state diagnosis method, since frequency analysis is performed by analyzing and reading only data corresponding to a specific acquisition section, it is difficult to diagnose by reflecting the history information that has occurred in the past. For example, it is possible to determine the abnormality and the normal state by learning the previous history data.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 튜브의 음향방출신호와 운전신호를 동시에 고려하여 튜브누설 알람에 대한 신뢰도를 올려줄 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that the reliability of the tube leakage alarm can be raised by simultaneously considering the sound emission signal and the operation signal of the tube.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 시스템의 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CNN(Convolutional Neural Networks)-LSTM(Long Short-Term Memory models)-AE(Auto Encoder) 알고리즘의 구조를 보여주는 개념도이다.
도 4 및 도 5는 2개의 센서만을 이용한 센서 위치별 누설 확률 분포를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 확률 모형과 기존의 최종 확률 모형을 비교하는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 전처리 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 인코더 구조를 보여주는 블럭도이다.
도 10은 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 디코더 구조를 보여주는 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 진단 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 시스템을 검증하기 위한 발전 설비 모델의 구성 블럭도이다.
도 13 및 도 14는 슈퍼 히터2 메탈 온도 신호의 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15 및 도 16은 슈퍼 히터1 주입헤더온도 신호의 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 발전소에 음향방출센서를 설치한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 센서간의 신호 특성이 변화하는 시간차 예시를 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 위치별 누적확률분포를 표현한 그래프이다.
1 is a block diagram of a tube leakage detection system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart showing a tube leak detection process according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing the structure of a Convolutional Neural Networks (CNN)-Long Short-Term Memory models (LSTM)-Auto Encoder (AE) algorithm according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are graphs showing leakage probability distributions for each sensor location using only two sensors.
6 is a diagram comparing a final probability model and an existing final probability model according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG. 3;
8 is a flowchart showing a pre-processing process of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG.
9 is a block diagram showing the encoder structure of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG.
10 is a block diagram showing the decoder structure of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG.
11 is a flowchart showing a tube leak diagnosis process according to an embodiment of the present invention.
12 is a configuration block diagram of a power plant model for verifying a tube leakage detection system according to an embodiment of the present invention.
13 and 14 are graphs showing the result of applying the algorithm of the super heater 2 metal temperature signal.
15 and 16 are graphs showing the result of applying the algorithm to the super heater 1 injection header temperature signal.
17 is a view of installing a sound emission sensor in a power plant according to an embodiment of the present invention.
18 is a diagram showing an example of a time difference in which signal characteristics between sensors change according to an embodiment of the present invention.
19 is a graph expressing a cumulative probability distribution for each sensor position according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. The sizes and relative sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, “및/또는”은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like reference numbers throughout the specification indicate like elements, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다” 및/또는 “구성된다”는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. The referenced elements, steps, operations and/or elements that “comprise” and/or “comprise” as used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, operations and/or elements. .

비록 제1, 제2 등의 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 대해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although used to describe various components such as first and second, these components are not limited to these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발전 설비의 상태 신호를 이용한 튜브 누설 검출 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a tube leakage detection system and method using a state signal of a power generation facility according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 시스템(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 튜브 누설 검출 시스템(100)은 발전 설비(10)의 상태 신호를 검출하는 센서 블럭(110), 상태 신호를 수집하는 수집부(120), 수집된 상태 신호를 이용하여 센서별 확률 분포를 계산하는 계산부(130), 센서별 확률 분포에 따라 누설 여부 및 누설 위치를 추정하는 분석부(140), 누설 여부 및 누설 위치를 알림 정보로 출력하는 출력부(150) 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.1 is a block diagram of a tube leak detection system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the tube leakage detection system 100 includes a sensor block 110 that detects a state signal of a power generation facility 10, a collection unit 120 that collects the state signal, and a sensor using the collected state signal. A calculation unit 130 that calculates the probability distribution for each sensor, an analysis unit 140 that estimates whether or not there is a leak and the location of the leak according to the probability distribution for each sensor, and an output unit 150 that outputs whether or not there is a leak and the location of the leak as notification information, etc. It is characterized by including.

발전 설비(10)는 일반적으로 보일러를 의미한다. 발전 설비(10)는 일반적으로 수력, 화력, 원자력 따위의 에너지원을 전력으로 변환하기 위한 발전소와 부속 설비 등을 말한다. 본 발명의 일실시예에서는 보일러 내외부에 설치되는 튜브를 들어 설명하기로 한다.Power plant 10 generally means a boiler. The power plant 10 generally refers to a power plant and auxiliary facilities for converting energy sources such as hydropower, thermal power, and nuclear power into electric power. In one embodiment of the present invention, a tube installed inside and outside the boiler will be described.

센서 블럭(110)은 발전 설비(10)의 내외부에 설치되어 튜브의 상태 신호를 감지하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 센서 블럭(110)은 제 1 내지 제 n 센서(111-1 내지 111-n)가 구성된다. 제 1 내지 제 n 센서(111-1 내지 111-n)는 음향 신호를 검출하는 AE(Acoustic Emission) 센서가 될 수 있다. AE 센서는 어떤 특정 주파수에서 고감도(협대역형)가 되는 공진형과 넓은 주파수 범위에서 일정 감도를 유지하는 광대역형으로 분류된다.The sensor block 110 is installed inside and outside the power generation facility 10 to perform a function of detecting a state signal of the tube. To this end, the sensor block 110 includes first to nth sensors 111-1 to 111-n. The first to nth sensors 111-1 to 111-n may be Acoustic Emission (AE) sensors that detect acoustic signals. AE sensors are classified into a resonant type that becomes highly sensitive (narrowband type) at a certain frequency and a wideband type that maintains constant sensitivity over a wide frequency range.

수집부(120)는 센서 블럭(110)으로부터 상태 신호를 수집하는 기능을 한다. 이를 위해 수집부(120)는 통신 회로, DSP(Digital Signal Processor) 등을 포함하여 구성될 수 있다. The collection unit 120 functions to collect state signals from the sensor block 110 . To this end, the collection unit 120 may include a communication circuit, a digital signal processor (DSP), and the like.

계산부(130)는 센서(111-1 내지 111-n)와 누설위치까지의 거리를 구하기 위해 음향신호로부터 파동 전파속도를 측정한다. 그리고, 센서간 신호특성이 변하는 시점의 시간차이를 계산한다. 측정된 파동 전파속도와 센서간의 신호특성이 변하는 시간차이를 이용해 각 센서로부터 누설위치까지의 거리를 계산할 수 있다. 또한, 각 센서별 누설위치까지의 거리를 평균으로 하는 정규 확률 분포를 생성하여 각 센서에서의 위치별 누설확률을 계산한다.The calculation unit 130 measures the wave propagation speed from the acoustic signal to obtain the distance between the sensors 111-1 to 111-n and the leak location. Then, the time difference between the points at which the signal characteristics between the sensors change is calculated. The distance from each sensor to the leak location can be calculated using the measured wave propagation speed and the time difference between the sensor signal characteristics change. In addition, a normal probability distribution having an average of the distances to the leak location for each sensor is generated to calculate the leak probability for each location in each sensor.

분석부(140)는 모든 센서에 대한 위치별 확률 분포를 구하여, 최종누설확률을 위치별로 표현하는 기능을 수행한다.The analysis unit 140 performs a function of obtaining a probability distribution for each location for all sensors and expressing a final leak probability for each location.

출력부(150)는 수집부(120), 계산부(130), 분석부(140) 등에서 처리하는 정보를 표시하는 기능을 수행한다. 따라서, 출력부(150)는 문자, 음성, 및 그래픽의 조합으로 정보를 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(150)는 디스플레이, 사운드 시스템 등을 포함하여 구성될 수 있다.The output unit 150 performs a function of displaying information processed by the collection unit 120, the calculation unit 130, the analysis unit 140, and the like. Accordingly, the output unit 150 may output information in a combination of text, voice, and graphics. To this end, the output unit 150 may include a display, a sound system, and the like.

디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, CRT(Cathode Ray Tube), 플렉시블 디스플레이 등이 될 수 있다. 터치 스크린의 경우, 입력 수단으로 기능할 수 있다.The display may be a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, a plasma display panel (PDP), an organic LED (OLED) display, a touch screen, a cathode ray tube (CRT), a flexible display, or the like. In the case of a touch screen, it can function as an input means.

저장부(160)는 시스템(100)을 동작시키기 위한 소프트웨어, 명령어 세트, 또는 데이터 등을 저장하기 위한 기능을 수행한다. 이를 위해 저장부(160)는 랜덤액세스메모리(Random Access Memory, RAM), 자기 디스크(Magnetic Disc), 플래시 메모리(Flash Memory), 정적램(Static Random Access Memory, SRAM), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory) 등으로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The storage unit 160 performs a function of storing software, command sets, or data for operating the system 100 . To this end, the storage unit 160 includes a random access memory (RAM), a magnetic disk, a flash memory, a static random access memory (SRAM), a read only memory (ROM), ROM), electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), programmable read only memory (PROM), etc., but is not limited thereto.

도 1에 도시된 계산부(130), 분석부(140)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. The calculation unit 130 and the analysis unit 140 shown in FIG. 1 refer to units that process at least one function or operation, and may be implemented in software and/or hardware. In hardware implementation, ASIC (application specific integrated circuit), DSP (digital signal processing), PLD (programmable logic device), FPGA (field programmable gate array), processor, microprocessor, other It may be implemented as an electronic unit or a combination thereof.

소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.In software implementation, software component components (elements), object-oriented software component components, class component components and task component components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, data , databases, data structures, tables, arrays, and variables. Software, data, etc. may be stored in memory and executed by a processor. The memory or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 센서(111-1 내지 111-n)와 누설위치까지의 거리를 구하기 위해 음향신호로부터 파동 전파속도를 측정한다. 그리고 계산부(130)는 센서간 신호특성이 변하는 시점의 시간차를 계산한다(단계 S210). 측정된 파동 전파속도와 센서간의 신호특성이 변하는 시간차이를 이용해 각 센서로부터 누설위치까지의 거리를 계산할 수 있다.2 is a flowchart showing a tube leak detection process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the wave propagation speed is measured from the acoustic signal to obtain the distance between the sensors 111-1 to 111-n and the leak location. Then, the calculation unit 130 calculates a time difference at a point in time when the signal characteristics between the sensors change (step S210). The distance from each sensor to the leak location can be calculated using the measured wave propagation speed and the time difference between the sensor signal characteristics change.

이후, 계산부(130)는 각 센서별 누설위치까지의 거리를 평균으로 하는 정규 확률 분포를 생성하여 각 센서 위치별 누설 확률을 계산한다(단계 S220). 위치별 누설확률은 가우시안 확률 분포가 된다.Then, the calculation unit 130 calculates the leak probability for each sensor location by generating a normal probability distribution taking the average of the distances to the leak location for each sensor (step S220). The leak probability for each location becomes a Gaussian probability distribution.

이후, 계산부(130)는 각 센서 위치별 누설 확률을 이용하여 모든 센서에 대한 위치별 확률 분포를 구하여, 최종누설확률을 위치별로 표현한다(단계 S230).Thereafter, the calculation unit 130 obtains a probability distribution for each location for all sensors using the leak probability for each sensor location, and expresses the final leak probability for each location (step S230).

따라서, 도 2에 개시된 위치 추정 방식을 도입하면, 결정된 해를 도출해 주는 것이 아니라 위치별 확률분포로 누설위치를 추정하기 때문에 3개 미만의 센서에서 누설신호가 들어오더라도 누설추정위치를 표현해 줄 수 있다.Therefore, if the location estimation method disclosed in FIG. 2 is introduced, since the leak location is estimated with a probability distribution for each location rather than deriving a determined solution, even if leakage signals are received from less than three sensors, the leak estimation location can be expressed. there is.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CNN(Convolutional Neural Networks)-LSTM(Long Short-Term Memory models)-AE(Auto Encoder) 알고리즘의 구조를 보여주는 개념도이다. 일반적으로 음향 방출 신호로만 튜브 누설 여부를 판단한다. 따라서, 현장에서 누설알람에 대한 신뢰도를 높이기 위해서는 운전신호를 통한 누설감지가 필요하다. 기존의 오토 인코더 신경망 구조로는 발전소의 운전신호의 특성을 모두 학습하기 어렵다. 운전신호는 발전 설비(특히, 보일러를 들 수 있음)의 온도, 압력등의 물리량으로서 운전의 전반적인 상태를 알 수 있는 파라미터이다.3 is a conceptual diagram showing the structure of a Convolutional Neural Networks (CNN)-Long Short-Term Memory models (LSTM)-Auto Encoder (AE) algorithm according to an embodiment of the present invention. In general, tube leakage is determined only by the acoustic emission signal. Therefore, in order to increase the reliability of the leakage alarm in the field, leakage detection through an operation signal is required. It is difficult to learn all the characteristics of power plant operation signals with the existing auto-encoder neural network structure. The operation signal is a physical quantity such as temperature and pressure of a power generation facility (particularly, a boiler may be mentioned), and is a parameter for knowing the overall state of operation.

이를 위해, 본 발명의 일실시예에서는 발전소의 운전신호의 국부적 특성과 연속적인 연속 특성을 모두 학습하기 위해 합성곱 신경망(CNN)과 장단기 메모리(LSTM) 신경망을 복합적으로 구성한 오토 인코더(Auto Encoder) 인공 신경망이 구현된다.To this end, in one embodiment of the present invention, an auto encoder comprising a convolutional neural network (CNN) and a long and short-term memory (LSTM) neural network in order to learn both local and continuous characteristics of the power plant's operation signal An artificial neural network is implemented.

CNN-LSTM-AE(Convolutional Neural Networks-Long Short-Term Memory models-Auto Encoder) 데이터를 학습하기에 앞서 특성을 학습시키기 위한 입력 데이터(즉 운전신호)의 전처리 과정이 필요하다. 입력 데이터는 전처리 과정에서 윈도윙(Windowing) 기법을 통해 입력 시퀀스(310)라는 단위로 분할되게 되고, 이 시퀀스는 다시 서브 시퀀스라는 단위로 재분할되어 입력 시퀀스 신호(310)가 되며, 인코더(320)에 입력된다. 인코더(320)는 순차적으로 1D-합성곱 신경망(1D-CNN) 및 장단기 메모리(LSTM: Long Short-Term Memory models) 신경망으로 구성된다. 여기서, 1D-CNN은 1차원 입력 데이터에 대한 CNN 알고리즘의 구조를 의미한다.Prior to learning CNN-LSTM-AE (Convolutional Neural Networks-Long Short-Term Memory models-Auto Encoder) data, a pre-processing process of input data (i.e., driving signals) for learning characteristics is required. The input data is divided into units called input sequences 310 through a windowing technique in the preprocessing process, and this sequence is further divided into units called subsequences to become input sequence signals 310, and the encoder 320 is entered into The encoder 320 is sequentially composed of a 1D-convolutional neural network (1D-CNN) and a long short-term memory models (LSTM) neural network. Here, 1D-CNN refers to the structure of a CNN algorithm for one-dimensional input data.

이 입력 서브시퀀스 단위로 합성곱 신경망(1D-CNN)에서 국부적 특성이 학습되고, 이후 장단기 메모리 모델 신경망(LSTM)에서 데이터의 연속적인 연속 특성들이 시퀀스 단위로 학습된다. 모델 학습이 완료되면 학습된 가중치를 기반으로 인코딩과 디코딩과정을 거쳐 입력된 다중 채널 데이터가 재구성된다. 이를 위해, 잠재 변수 블록(330), 디코더(340)가 구성된다. 디코더(340)는 인코더와 달리 순차적으로 장단기 메모리(LSTM: Long Short-Term Memory models) 신경망 및 1D-합성곱 신경망(1D-CNN)으로 구성된다. 따라서 최종적으로 출력 시퀀스(350)가 디코더(340)를 통해 출력된다. 재구성된 신호와 원신호를 비교하여 발전 설비의 이상을 감지하고, 이상 태그를 선별하게 된다. 이에 대해서는 도 7를 참조하여 후술하기로 한다.Local features are learned in the convolutional neural network (1D-CNN) in units of this input subsequence, and then continuous features of data are learned in units of sequences in the long and short-term memory model neural network (LSTM). When model learning is completed, the input multi-channel data is reconstructed through encoding and decoding processes based on the learned weights. To this end, a latent variable block 330 and a decoder 340 are configured. Unlike the encoder, the decoder 340 is sequentially composed of long short-term memory models (LSTM) neural networks and ID-convolutional neural networks (1D-CNN). Accordingly, the output sequence 350 is finally output through the decoder 340 . By comparing the reconstructed signal with the original signal, an abnormality in the power generation facility is detected and an abnormal tag is selected. This will be described later with reference to FIG. 7 .

한편, 일반적으로 튜브 누설 위치 판단은 3개 이상의 센서에서 명확한 신호가 발생해야만 위치 표현이 가능하다. 그런, 실제 음향센서는 경우에 따라 적은 수의 센서만 반응할 수 있기 때문에 기존방식으로는 위치 표현이 어렵다. 본 발명의 일실시예에서는 최대 가능도 추정법(Maximum Likelihood Estimation, MLE)을 사용하여 이 문제를 해결한다. On the other hand, in general, the tube leakage position determination can be expressed only when clear signals are generated from three or more sensors. However, since only a small number of actual acoustic sensors can respond in some cases, it is difficult to express the position in the conventional method. One embodiment of the present invention uses Maximum Likelihood Estimation (MLE) to solve this problem.

최대 가능도 추정법(MLE)은 어떤 확률변수에서 추출한 표본을 기반으로 그 확률변수의 매개변수를 구하는 방식이다. 어떤 매개변수가 주어졌을 때, 원하는 값들이 나올 가능도(Likelihood)를 최대로 만드는 매개변수를 선택하는 방식이다. 이 방식을 보일러 튜브 누설위치추정 문제에 적용하여 보일러 내부 모든 위치에 누설이 일어났을 확률을 표현할 수 있다. Maximum Likelihood Estimation (MLE) is a method of obtaining the parameters of a random variable based on a sample extracted from that random variable. It is a method of selecting a parameter that maximizes the likelihood of a desired value when given a certain parameter. By applying this method to the problem of estimating the location of leaks in boiler tubes, it is possible to express the probability that leaks occur at all locations inside the boiler.

각 센서에서의 음향 방출 신호의 파장과 시간지연(Time lag)을 통해 센서와 누설위치간의 거리를 측정할 수 있다. 해당 위치에서 누설확률이 측정된 누설위치까지의 거리를 평균으로 하는 정규분포를 따른다고 가정하면 각 센서로 인한 위치별 누설 가능도(likelihood)는 아래 식과 같이 표현 될 수 있다.The distance between the sensor and the leak location can be measured through the wavelength and time lag of the acoustic emission signal from each sensor. Assuming that the leak probability at the corresponding location follows a normal distribution with an average of the distances to the measured leak location, the likelihood of leakage at each location due to each sensor can be expressed as the following equation.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서,

Figure pat00007
이고, here,
Figure pat00007
ego,

mi = u ×ti m i = u × t i

(xi,yi,zi): i번째 센서의 위치(x i ,y i ,z i ): the position of the ith sensor

u: 파장 전파 속도u: wavelength propagation speed

tij: i번째 센서에서 j번째 센서와의 도달 시간 차이t ij : difference in arrival time from i-th sensor to j-th sensor

Figure pat00008
: i번째 센서와 j번째 센서의 불확실성합
Figure pat00008
: Sum of uncertainty of i-th sensor and j-th sensor

모든 위치에서 모든 센서에서의 가능도의 곱을 더한 값을 분모로 하고, 해당 위치에서 모든 센서에서의 가능도의 곱을 분자로 하여 해당위치에서 누설이 발생했을 센서 위치별 누설 확률을 아래식과 같이 나타낼 수 있다.With the sum of the products of the probabilities of all sensors at all locations as the denominator, and the product of the probabilities of all sensors at that location as the numerator, the leakage probability for each sensor location when leakage occurred at that location can be expressed as the following equation there is.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서,

Figure pat00010
: i번째 센서의 가중치 파라미터here,
Figure pat00010
: Weight parameter of the ith sensor

위에서 개시된 센서 위치별 누설 확률의 예시가 도 4 및 도 5에 도시된다. Examples of leak probabilities for each sensor location disclosed above are illustrated in FIGS. 4 and 5 .

도 4 및 도 5는 2개의 센서만을 이용한 센서 위치별 누설 확률 분포를 보여주는 그래프이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 4개의 센서에 대한 각각의 확률분포를 구한 것이다. 즉, 제 1 센서와 제 2 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(410), 제 1 센서와 제 3 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(420), 제 1 센서와 제 4 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(430), 제 2 센서와 제 3 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(510), 제 2 센서와 제 4 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(520), 제 3 센서와 제 4 센서간 시간 도달차 기반 누설 확률 분포(530) 등이 도시된다. 4 and 5 are graphs showing leakage probability distributions for each sensor location using only two sensors. Referring to FIGS. 4 and 5 , each probability distribution for four sensors is obtained. That is, the leak probability distribution 410 based on the time difference between the first sensor and the second sensor, the leak probability distribution 420 based on the time difference between the first sensor and the third sensor, and the time arrival between the first sensor and the fourth sensor Difference-based leak probability distribution 430, leak probability distribution based on the time difference between the second sensor and the third sensor 510, leak probability distribution based on the time difference between the second sensor and the fourth sensor 520, and the third sensor A leak probability distribution 530 based on the time arrival difference between the sensor and the fourth sensor is shown.

가시성을 위해, 95% 영역을 표현할 수 있다. 만약 센서가 2개만 반응하더라도, 위에 도시된 도면과 같이 특정 영역만을 한정지어 누설이 일어난 지역을 표현할 수 있다. 2개의 센서만으로 위치를 추정하였기 때문에 누설확률이 높은 위치가 두 센서 사이의 평면으로 나오게 된다. 여기서 추가적인 센서가 반응하게 될 경우 누설확률이 높은 구간이 한곳으로 집중 되겠지만, 그렇지 못한 경우에도 도면에 도시된 바와 같이 어느정도 평면을 특정할 수 있어 실제 누설지점을 찾는 데 도움이 될 수 있다.For visibility, you can represent 95% area. Even if only two sensors react, it is possible to express the area where leakage occurs by limiting only a specific area as shown in the figure above. Since the position was estimated with only two sensors, the position with a high leakage probability comes out as a plane between the two sensors. Here, if the additional sensor reacts, the section with a high leak probability will be concentrated in one place, but even if it is not, as shown in the drawing, the plane can be specified to some extent, which can help find the actual leak point.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 확률 모형(610)과 기존의 최종 확률 모형(620)을 비교하는 도면이다. 즉, 도 6은 모든 센서를 고려한 최종 누설 확률 분포를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 누설이 발생했을 가능성이 높은 영역을 확률적으로 한정지어 표현이 가능하다. 또한, 도 6과 같이 기존 TDOA(Time difference of arrival)를 이용한 선형/비선형 쌍곡선(Hyperbolic) 방정식을 활용하여 결과를 얻은 것보다 MPP(Most Probable Point) 기준으로, 훨씬 높은 정확도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 도 6에는 센서 위치(601), 표적 위치(602), 선형 표적 추정(603), 비선형 표적 추정(604), 확률적 표적 추정(605)이 도시된다.6 is a diagram comparing a final probability model 610 and an existing final probability model 620 according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 6 is a diagram showing a final leakage probability distribution considering all sensors. Referring to FIG. 6 , it is possible to probabilistically limit and express an area where leakage is likely to occur. In addition, as shown in FIG. 6, it can be seen that much higher accuracy can be obtained based on the Most Probable Point (MPP) than the result obtained using the linear/nonlinear hyperbolic equation using the existing TDOA (Time difference of arrival). can 6 shows a sensor position 601 , a target position 602 , a linear target estimate 603 , a non-linear target estimate 604 and a stochastic target estimate 605 .

도 7은 도 3에 도시된 CNN-LSTM-AE(Convolutional Neural Networks-Long Short-Term Memory models-Auto Encoder) 알고리즘의 흐름도이다. 도 7은 크게 보면, 1) 다중 채널의 신호를 입력받고 연속적인(sequential) 시계열 형태 데이터를 딥러닝에 적용 가능하도록 실시간으로 시퀀스 입력 데이터(즉, 동작 신호)를 생성하고, 2) 신호의 국부적인 특성과 연속적인 특성을 딥러닝을 통해 학습하고, 3) 잠재 변수들을 통해 신호를 재구성한다. 4) 마지막으로, 재구성된 신호와 원신호의 차이를 기반으로 이상 여부 감지와 이상 태그 선별을 수행한다.FIG. 7 is a flowchart of the CNN-LSTM-AE (Convolutional Neural Networks-Long Short-Term Memory models-Auto Encoder) algorithm shown in FIG. 3; 7, in a large view, 1) receiving signals of multiple channels and generating sequence input data (ie, operation signals) in real time so that sequential time-series data can be applied to deep learning, 2) localization of signals The continuous and continuous characteristics are learned through deep learning, and 3) the signal is reconstructed through latent variables. 4) Finally, based on the difference between the reconstructed signal and the original signal, abnormal detection and abnormal tag selection are performed.

도 7을 참조하면, 다중 채널로부터 취득되는 운전신호는 시계열 형태로 실시간으로 취득된다(단계 S710). 다중 채널 데이터를 사용하고자 하는 딥러닝 알고리즘에 적용하기 위해서는 전처리 과정이 필요하다. Referring to FIG. 7 , driving signals acquired from multiple channels are acquired in real time in a time-series form (step S710). A pre-processing process is required to apply the multi-channel data to the deep learning algorithm to use.

따라서, 신호들의 국부적인 특성과 연속적인 특성을 모두 학습하기에 적합한 형태로 데이터를 변환하여야 한다. 이를 위해, 취득된 다중 채널 데이터(즉 이동신호)를 윈도우징(windowing) 기법을 통해 일정한 시간 간격으로 나눈다(단계 S720). 이때 시간간격을 일부 겹치게 나눈다. 이렇게 나누어진 시간 간격들을 1차 시퀀스 신호라고 한다. 이렇게 하면 데이터 형태가 (시간)*(태그)에서 (시퀀스 개수)*(시퀀스 길이)*(태그)로 변환된다. Therefore, data must be converted into a form suitable for learning both the local and continuous characteristics of signals. To this end, the acquired multi-channel data (i.e., the moving signal) is divided into regular time intervals through a windowing technique (step S720). At this time, the time interval is partially overlapped. These divided time intervals are called primary sequence signals. This converts the data type from (time)*(tags) to (sequence count)*(sequence length)*(tags).

이렇게 변환된 1차 시퀀스 신호는 국부적인 특성 학습을 위한 합성곱 신경망(CNN)의 입력신호로 사용하기 위해 서브 시퀀스 형태로 더 잘게 쪼개어져서 (시퀀스 개수)*(서브시퀀스 개수)*(서브시퀀스 길이)*(태그) 형태로 재변환되는 전처리 과정을 거쳐 입력 시퀀스 신호(310)가 생성된다(단계 S730). The primary sequence signal converted in this way is further divided into subsequences to be used as an input signal of a convolutional neural network (CNN) for local feature learning, and (number of sequences) * (number of subsequences) * (length of subsequences) )*(tag) form, the input sequence signal 310 is generated through a preprocessing process (step S730).

이후, 합성곱 신경망(CNN)을 통한 국부적 시퀀스 신호 학습 및 장단기(Long Short-Term Memory models) 신경망을 통한 연속적인 특성 학습이 수행된다(단계 S740,S750).Thereafter, local sequence signal learning through a convolutional neural network (CNN) and continuous feature learning through long short-term memory models neural networks are performed (steps S740 and S750).

이후, 잠재 변수들을 통한 신호 재구성이 이루어진다(단계 S760). 따라서, 필요한 특성이 압축되어 저장된 데이터로부터 인코딩과정과 반대 과정으로 디코딩을 진행하여 원래의 신호를 재구성한다. 잠재 변수는 구성 개념이 직접적으로 관찰되거나 측정되지 않는 변수를 의미한다.Thereafter, signal reconstruction is performed through latent variables (step S760). Therefore, the original signal is reconstructed by performing decoding in the opposite process to the encoding process from the data where necessary characteristics are compressed and stored. Latent variables are variables whose constructs cannot be directly observed or measured.

잠재 변수는 인코더를 통해 입력값의 특징이 압축되어 저장된 데이터이다. 본 발명의 일실시예에 따른 알고리즘에서는 CNN과 LSTM을 거치면서 신호간의 상관성과 시계열적인 특성이 모두 잠재 변수에 저장되게 되고, 이 잠재변수가 디코더를 통해 재구축 되어 신호간의 상관성과 신호의 시계열적 특성이 포함된 신호를 출력해 준다.A latent variable is data that is stored after compressing the characteristics of an input value through an encoder. In the algorithm according to an embodiment of the present invention, correlations between signals and time-series characteristics are all stored in latent variables through CNN and LSTM, and these latent variables are reconstructed through a decoder to obtain correlations between signals and time-series characteristics of signals. It outputs a signal with characteristics.

이후, 통계적 이상 경계값을 생성하고, 이상값이 감지되는 지를 확인한다(단계 S761,S770). 부연하면, 디코더(340)를 통해 재구성된 출력 시퀀스 신호(350)와 원신호와의 차이를 계산하고, 이 차이가 정상상태 데이터에 통계적인 기법을 적용해 정해진 경계치를 넘어가면 이상으로 감지한다(S780,S790). 각 신호별로 차이 값을 계산할 수 있기 때문에 가장 차이가 큰 태그를 선별할 수 있다.Thereafter, a statistical abnormal boundary value is generated, and it is checked whether an abnormal value is detected (steps S761 and S770). In other words, the difference between the output sequence signal 350 reconstructed through the decoder 340 and the original signal is calculated, and when this difference exceeds a predetermined boundary value by applying a statistical technique to the steady state data, an abnormality is detected ( S780, S790). Since the difference value can be calculated for each signal, the tag with the greatest difference can be selected.

이와 달리, 정해진 경계치를 넘어가면 정상으로 감지한다(단계 S771).Unlike this, if the predetermined boundary value is exceeded, it is detected as normal (step S771).

도 8은 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 전처리 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 계산부(130)가 다변량 신호인 운전 신호(811)를 입력받는다(단계 S810). 이후, 입력된 운전 신호(811)에 대해 윈도우징(windowing) 기법을 통해 일정한 시간 간격으로 분할하여 1차 시퀀스 신호(821)를 생성한다(단계 S820).8 is a flowchart showing a pre-processing process of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG. Referring to FIG. 8 , the calculator 130 receives a driving signal 811 that is a multivariate signal (step S810). Thereafter, the input driving signal 811 is divided into predetermined time intervals through a windowing technique to generate the primary sequence signal 821 (step S820).

이후, 이렇게 변환된 1차 시퀀스 신호(821)는 국부적인 특성 학습을 위한 합성곱 신경망(CNN)의 입력신호로 사용하기 위해 서브 시퀀스 형태로 더 잘게 분할되어 입력 시퀀스 신호(831)가 된다(단계 S830).Thereafter, the primary sequence signal 821 converted in this way is further divided into subsequences to be used as an input signal of a convolutional neural network (CNN) for local feature learning to become an input sequence signal 831 (step S830).

도 9는 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 인코더 구조를 보여주는 블럭도이다. 도 9를 참조하면, 전처리 과정을 통해 변환된 입력 시퀀스 신호(831)는 합성곱 신경망(910), 장단기 메모리 신경망(920)으로 구성되어 있는 인코더 알고리즘을 거친다. 정상 데이터가 학습에 사용되며 합성곱 신경망(CNN)에 입력 시퀀스 신호(831)의 서브 시퀀스들을 입력으로 사용하여 신호의 국부적인 특성 학습이 수행된다. 9 is a block diagram showing the encoder structure of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG. Referring to FIG. 9 , the input sequence signal 831 converted through the preprocessing process passes through an encoder algorithm composed of a convolutional neural network 910 and a short-term memory neural network 920 . Normal data is used for learning, and local feature learning of the signal is performed by using subsequences of the input sequence signal 831 as inputs to a convolutional neural network (CNN).

이후 장단기 메모리(LSTM) 신경망을 이용하여 긴 시퀀스의 특징을 학습하여 모델의 가중치가 조절된다. 모델의 학습이 끝난 후 전처리된 데이터가 들어오게 되면 인코더를 통해 차원이 축소되어 필요한 인코딩 특징(930)만 각 노드에 저장된다.Then, the weights of the model are adjusted by learning the features of the long sequence using a long short-term memory (LSTM) neural network. When the preprocessed data is received after the learning of the model is finished, the dimensions are reduced through the encoder, and only necessary encoding features 930 are stored in each node.

도 10은 도 7에 도시된 CNN-LSTM-AE 알고리즘의 디코더 구조를 보여주는 블럭도이다. 도 10을 참조하면, 필요한 특성이 압축되어 저장된 데이터로부터 인코딩 과정과 반대 과정으로 디코딩을 진행하여 원래의 신호를 재구성한다. 디코더 구조는 인코더와 대칭구조로서 인코딩된 인코딩 특징(930)을 장단기 메모리(LSTM) 신경망에 입력하고 이를 합성곱 신경망(CNN)을 통해 최종적으로 출력 시퀀스 신호(1010)로 재구성한다.10 is a block diagram showing the decoder structure of the CNN-LSTM-AE algorithm shown in FIG. Referring to FIG. 10, the original signal is reconstructed by performing decoding in a process opposite to the encoding process from data in which necessary characteristics are compressed and stored. The decoder structure is symmetrical with the encoder and inputs the encoded encoding features 930 to a long short-term memory (LSTM) neural network and finally reconstructs the output sequence signal 1010 through a convolutional neural network (CNN).

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 진단 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 운전신호는 보일러 내부의 온도, 압력등의 물리량으로서 보일러 운전의 전반적인 상태를 알 수 있다. 이 운전신호를 전처리하여 위에서 개발한 CNN-LSTM-AE 알고리즘을 사용하여 정상상태의 운전신호를 학습한다(단계 S1101,S1102,S1103). 이후, 학습이후 실시간으로 운전신호의 정상/이상여부를 판단한다(단계 S1104). 11 is a flowchart showing a tube leak diagnosis process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the operation signal is a physical quantity such as temperature and pressure inside the boiler, and the general state of boiler operation can be known. This driving signal is pre-processed and a steady-state driving signal is learned using the CNN-LSTM-AE algorithm developed above (steps S1101, S1102, and S1103). Then, after learning, whether the driving signal is normal/abnormal is determined in real time (step S1104).

동시에 기존의 BTLD(Boiler Tube Leak Detection) 시스템에서는 보일러의 음향 방출 신호를 이용하여 튜브누설을 감지한다(단계 S110,S1120,S1121). 두 개의 시스템 모두에서 누설로 판단할 경우, 확실한 누설이라 판단하여 누설 알람 정보가 발생한다(단계 S1122,S1123). 누설 알람 정보는 음성, 그래픽, 및 문자의 조합이 될 수 있다. 물론, 하나의 시스템에서 누설로 판단되더라도 누설 알람 정보가 생성될 수 있다.At the same time, in the existing Boiler Tube Leak Detection (BTLD) system, tube leakage is detected using the sound emission signal of the boiler (steps S110, S1120, and S1121). When both of the two systems determine leakage, it is determined to be a sure leakage and leakage alarm information is generated (steps S1122 and S1123). Leakage alarm information can be a combination of voice, graphics, and text. Of course, leakage alarm information may be generated even if leakage is determined in one system.

누설알람이 발생할 경우, 음향 방출 신호를 입력받아 최대 가능도 추정법(MLE) 기반 위치추정 알고리즘을 통해 보일러 내 누설 추정 위치를 위치별 확률분포로 표현해 준다(단계 S1130,S1131,S1132).When a leakage alarm occurs, the acoustic emission signal is received and the estimated leak location in the boiler is expressed as a probability distribution for each location through a maximum likelihood estimation (MLE) based location estimation algorithm (steps S1130, S1131, and S1132).

본 발명의 실시예에서는 운전신호를 기반으로 CNN-LSTM-AE에서 이상감지를 하고, 동시에 BTLD 시스템에서 누설을 감지하면, 최종적으로 누설이라 판단하여 MLE 기반 튜브누설 추정위치를 위치별 확률분포로 표현해 주는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 보일러의 온도 신호, 압력 신호 등 시계열 형태로 취득되는 연속적인 다중 채널 데이터에 알고리즘을 적용하였다.In the embodiment of the present invention, if anomaly is detected in CNN-LSTM-AE based on the operation signal and leakage is detected in the BTLD system at the same time, it is finally determined as leakage, and the MLE-based tube leak estimation position is expressed as a probability distribution for each position characterized by giving To this end, the algorithm was applied to continuous multi-channel data acquired in time-series form, such as the temperature signal and pressure signal of the boiler.

보일러의 튜브에는 온도 센서인 열전대(thermocouple)가 부착되어 있으며 열전대를 통해 튜브의 온도가 측정된다. 만약에 누설이 발생하게 되면 정상적이 운행 상황과 다른 특성의 신호가 취득되게 된다. 알고리즘은 정상 운행 상황에서의 신호들의 특성을 학습한 뒤 생성된 모델을 통해 누설 상황을 진단한다. A thermocouple, which is a temperature sensor, is attached to the tube of the boiler, and the temperature of the tube is measured through the thermocouple. If leakage occurs, a signal having a different characteristic from a normal operating situation is acquired. The algorithm learns the characteristics of signals in normal driving conditions and then diagnoses the leakage situation through the generated model.

학습모델에 사용된 태그 목록을 보면 다음과 같다.A list of tags used in the learning model is as follows.

설비facility 태그 종류tag type 태그 갯수number of tags Superheater 1Superheater 1 주입 헤더 온도injection header temperature 33 메탈온도metal temperature 66 Superheater 1Superheater 1 스팀온도steam temperature 22 메탈온도metal temperature 55 Superheater 3Superheater 3 스팀온도steam temperature 33 메탈온도metal temperature 55 Reheater 1Heater 1 메탈온도metal temperature 66 스팀 배출 온도steam discharge temperature 1One Reheater 1Heater 1 메탈온도metal temperature 66

사용한 데이터는 표 1과 같이 누설이 발생하여 운행 종료(shut down)가 발생하기 이전 3개월 동안의 로(Furnace)내 37개의 튜브 온도 데이터이다. 정상 상황으로 판단되는 맨 처음 27일 정도의 기간 중 약 20일 가량을 학습(Train) 7일 가량을 검증(Validation) 데이터 셋으로 잡고 그 뒤의 정상 및 누설이 포함된 데이터를 테스트 셋(Test set)으로 둔 뒤 알고리즘을 학습 및 검증하였다. 슈퍼히터(Superheater)와 재히터(Reheater)의 위치는 도 12에 도시된다.도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 누설 검출 시스템을 검증하기 위한 발전 설비 모델의 구성 블럭도이다. 도 12를 참조하면, 발전 설비 모델에는 석탄을 적재하는 석탄 벙커(1210), 석탄을 분쇄하는 분쇄기(1220), 차공기 팬(1230), 고온을 생성하는 슈퍼히터(1220), 공기를 미리 예열하는 공기 예열기(1250), 압입 송풍기(1260), 공기(1270), 급수 가열기(1290) 등이 구성된다.도 13 및 도 14는 슈퍼 히터2 메탈 온도 신호의 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다. 특히, 도 13은 모델에 포함된 Tag중 Superheater2 메탈온도 신호의 알고리즘을 적용 결과를 나타낸 그래프이다. 도 13에 도시된 그래프에서 파란색 부분은 입력된 실제 데이터를 나타낸 것이고 노란색은 알고리즘이 재구성한 원래의 시퀀스들의 평균값(예측값)을 의미한다.도 14는 재구성한 데이터 시퀀스가 입력 데이터 시퀀스와 얼마나 차이가 나는지를 나타내는 잔차값을 나타낸 것이다. 결과를 보면 50일 정도까지는 알고리즘이 원래의 데이터를 잘 구성하지만 50일 이후부터는 재구성한 데이터와 실제 데이터 간에 차이가 많이 생기는 것을 확인할 수 있다. 이는 해당 시점의 데이터의 특성이 학습한 데이터의 특성과 다르기 때문이다. 즉 데이터 시작일 기준으로 50일경부터 데이터의 특성이 바뀌었으며 해당 시점부터 이상이 발생했음을 추정할 수 있다.The data used are the temperature data of 37 tubes in the furnace for 3 months before shutdown due to leakage as shown in Table 1. About 20 days of the first 27 days that are judged to be normal are set as a validation data set for about 7 days of training, and the data including normal and leaky data after that are used as a test set (Test set) ), the algorithm was learned and verified. The positions of the superheater and reheater are shown in FIG. 12. FIG. 12 is a configuration block diagram of a power plant model for verifying a tube leakage detection system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the power plant model includes a coal bunker 1210 for loading coal, a grinder 1220 for pulverizing coal, an air cooler 1230, a super heater 1220 for generating high temperature, and preheating air 13 and 14 are graphs showing results of applying the super heater 2 metal temperature signal algorithm. In particular, FIG. 13 is a graph showing the result of applying the Superheater2 metal temperature signal algorithm among the tags included in the model. In the graph shown in FIG. 13, the blue part represents the actual input data, and the yellow part represents the average value (predicted value) of the original sequences reconstructed by the algorithm. It shows the residual value indicating whether or not it is flying. Looking at the results, it can be seen that the algorithm constructs the original data well until about 50 days, but after 50 days, there is a large gap between the reconstructed data and the actual data. This is because the characteristics of the data at that time are different from the characteristics of the learned data. That is, the characteristics of the data changed from around the 50th day of the data start date, and it can be estimated that the abnormality occurred from that point on.

도 15 및 도 16은 슈퍼 히터1 주입헤더온도 신호의 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 그래프이다. 특히, 도 15는 및 도 16은 모델에 포함된 태그(Tag)중 슈퍼히터1(Superheater1) 주입헤더온도 신호의 알고리즘을 적용 결과를 나타낸 그래프이다. 이 결과도 마찬가지로 50일 정도까지는 알고리즘이 원래의 데이터를 잘 구성하지만 50일 이후부터는 재구성한 데이터와 실제 데이터 간에 차이가 많이 생기는 것을 확인할 수 있다. 본 알고리즘으로 결론적으로 기동 정지 시점 기준으로 약 39일정도 먼저 누설을 감지하였다. 15 and 16 are graphs showing the result of applying the algorithm to the super heater 1 injection header temperature signal. In particular, FIGS. 15 and 16 are graphs showing results of applying the algorithm of the injection header temperature signal of Superheater 1 among the tags included in the model. Likewise, it can be seen that the algorithm constructs the original data well until about 50 days, but after 50 days there is a large difference between the reconstructed data and the actual data. As a result of this algorithm, leakage was detected about 39 days earlier than the starting point.

위에 설명한 CNN-LSTM-AE 알고리즘과 기존의 BTLD 시스템에서 동시에 누설알람이 발생한 경우 높은 확률로 누설임을 추정할 수 있고, 누설이 일어났을 경우 누설위치를 추정하여야 기동정지 후 보수 작업을 수행할 수 있다. 아래는 앞에서와 동일 기간 동일 누설사례에 대해 음향방출신호로 누설추정위치를 찾아내는 실시예이다.If a leak alarm occurs at the same time in the CNN-LSTM-AE algorithm described above and the existing BTLD system, it can be estimated with a high probability that it is a leak. . The following is an example of finding an estimated leakage position with an acoustic emission signal for the same leakage case during the same period as before.

도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 발전소에 음향 방출 센서를 설치한 도면이다. 도 17을 참조하면, ‘A’발전소는 보일러 누설감지를 위한 음향방출센서가 로 정면 벽(furnace front wall)에 아래와 같이 설치되어 있다. 총 6개의 DAQ(Data Acquisition)에 각 DAQ당 2개의 센서가 연결되어 있어, 총 12개의 센서에서 음향신호를 취득할 수 있다. 총 12개의 센서중 주파수 분석 결과 누설신호가 검출된 6개의 센서의 데이터를 활용하여 누설 추정위치를 나타내 보았다.17 is a view of installing an acoustic emission sensor in a power plant according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 17, in the 'A' power plant, a sound emission sensor for detecting boiler leakage is installed on the furnace front wall as follows. Two sensors per DAQ are connected to a total of six DAQs (Data Acquisition), so sound signals can be acquired from a total of 12 sensors. As a result of frequency analysis among a total of 12 sensors, the leakage estimated location was shown using the data of 6 sensors in which leakage signals were detected.

도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 센서간의 신호 특성이 변화하는 시간차 예시를 보여주는 도면이다. 도 18을 참조하면, 누설위치를 추정하기 위해서는 먼저 고샘플링 신호를 분석하여 신호특성이 변하는 센서간 시간차를 구해야 한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 500kHz의 음향 방출 신호를 두 개의 센서의 STFT(Short Time Fourier Transform)기법을 사용하여 분석한 결과이다. 0~100kHz의 주파수 대역에서 에너지가 변화하는 시점에 차이가 있음을 확인할 수 있다.18 is a diagram showing an example of a time difference in which signal characteristics between sensors change according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18, in order to estimate the leak location, a high-sampling signal must first be analyzed to obtain a time difference between sensors whose signal characteristics change. As shown in FIG. 18, it is a result of analyzing a 500 kHz acoustic emission signal using a Short Time Fourier Transform (STFT) technique of two sensors. It can be seen that there is a difference in the time when the energy changes in the frequency band of 0 to 100 kHz.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 위치별 누적확률분포를 표현한 그래프이다. 도 19를 참조하면, 도 17에서 획득된 데이터를 수학식 1 및 수학식 2에 적용하여 누설 위치를 표현하면 도 19에 도시된 위치별 확률 분포를 표현해 줄 수 있다. 가장 누설확률이 높은 지점을 MPP(Most Probable Point)라고 표현하여 고장정비시 가장 먼저 확인해 봐야 할 지점을 알려줄 수 있다.19 is a graph expressing a cumulative probability distribution for each sensor position according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 19 , if the leakage location is expressed by applying the data obtained in FIG. 17 to Equations 1 and 2, the probability distribution for each location shown in FIG. 19 can be expressed. The point with the highest leakage probability is expressed as MPP (Most Probable Point), so that the point to be checked first during maintenance can be indicated.

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. In addition, the steps of a method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, processor, CPU (Central Processing Unit), etc. It can be recorded on any available medium. The computer readable medium may include program (instruction) codes, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (command) code recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and Blu-rays, and ROMs and RAMs ( A semiconductor storage element specially configured to store and execute program (instruction) codes such as RAM), flash memory, or the like may be included.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of the program (command) code include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

10: 발전 설비
100: 튜브 누설 검출 시스템
110: 센서 블럭
111-1 내지 111-n: 제 1 내지 제 n 센서
120: 수집부
130: 계산부
140: 분석부
150: 출력부
160: 저장부
10: power plant
100: tube leak detection system
110: sensor block
111-1 to 111-n: first to nth sensors
120: collection unit
130: calculation unit
140: analysis unit
150: output unit
160: storage unit

Claims (1)

발전 설비(10)의 상태 신호를 검출하는 센서 블럭(110);
상기 상태 신호를 수집하는 수집부(120);
수집된 상기 상태 신호를 이용하여 센서별 확률 분포를 계산하는 계산부(130); 및
상기 센서별 확률 분포에 따라 상기 발전 설비(10)의 튜브에서 누설 여부를 추정하는 분석부(140);를 포함하며,
상기 센서 블록(110)은 상기 상태 신호를 검출하는 적어도 2개의 센서(111-1 내지 111-n)로 이루어지고,
상기 계산부(130)는 적어도 2개의 상기 센서(111-1 내지 111-n)간 상기 상태 신호의 신호 특성이 변하는 시점의 시간차를 이용하여 각 센서(111-1 내지 111-n)로부터 누설위치까지의 거리를 계산하고,
상기 계산부(130)는 상기 센서와 누설위치까지의 거리를 구하기 위해 측정된 파동 전파속도와 상기 시간차를 이용하여 계산하되,
상기 발전 설비(10)의 운전신호는 윈도우징 기법을 통해 일정한 시간 간격으로 일부 겹치게 분할되어 시퀀스 개수, 시퀀스 길이, 및 태그를 갖는 1차 시퀀스 신호(821)로 변환되는 것을 특징으로 하는 발전 설비의 상태 신호를 이용한 튜브 누설 검출 시스템.
A sensor block 110 for detecting a state signal of the power generation facility 10;
a collection unit 120 that collects the state signal;
a calculator 130 that calculates a probability distribution for each sensor using the collected state signals; and
An analysis unit 140 for estimating whether there is leakage from the tube of the power generation facility 10 according to the probability distribution for each sensor; includes,
The sensor block 110 includes at least two sensors 111-1 to 111-n that detect the state signal,
The calculation unit 130 determines the leakage position from each sensor 111-1 to 111-n by using the time difference between the at least two sensors 111-1 to 111-n when the signal characteristics of the state signal change. calculate the distance to
The calculator 130 calculates the distance between the sensor and the leak location using the measured wave propagation speed and the time difference,
The operation signal of the power generation facility 10 is partially overlapped at regular time intervals through a windowing technique and converted into a primary sequence signal 821 having a sequence number, a sequence length, and a tag. Tube leak detection system using status signal.
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