Sensor Network for Pipeline Leakage Detection in Nuclear Power Plant

Abstract

원자력 발전소 매설 배관은 시설 노후화로 인한 누수를 피하기 어렵다. 매설 배관의 누수는 경제적 손실 및 인명 피해로 이어질 수 있기 때문에 실시간 누수 탐지 시스템은 매우 중요하다. 기존 전통적인 누수 탐지 시스템은 대부분 누수 탐지 도구등을 활용하여 작업자가 일일이 확인하는 방법이었다. 이에 본 논문에서는 매설 배관 누수를 실시간으로 자동 탐지할 수 있는 센서 네트워크 시스템을 제안한다. 배관의 누수를 탐지하는 기존의 대표적 방법은 두 가지가 있다. 첫 째는 청음봉을 이용한 물리적 방법이고 다른 하나는 배관 양단의 센서로부터 진동 신호를 수신하여 상호상관함수를 계산하여 누수를 탐지하는 방법이다. 그러나 두 가지 방법 모두 실시간에 탐지에 취약하고 전문지식이 있는 전문가가 필요하다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서 다양한 연구가 진행되었으나 대부분 복잡한 필터링 알고리즘이 필요하여 실시간 시스템에 사용하기에 부적합한 단계이다. 본 논문에서는 앞서 살펴본 문제점들을 해결하기 위해 향상된 누수탐지 방법을 기반으로 한 지능형 센서 네트워크 구조를 제안한다. 제안하는 방법의 성능 분석을 위해 실제 구축한 필드 테스트 및 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 및 필드 테스트에서는 다양한 형태의 네트워크 토폴로지에 대해 누수 탐지 데이터 전송 지연 및 패킷 전송 성공률 등을 측정하였다. 시뮬레이션 결과 네트워크 그리드 크기가 5 이하일 경우에는 선형 네트워크 구조가 더 유리하였고 네트워크 그리드 크기가 5보다 큰 경우에는 애드-혹 네트워크 구조가 전송 지연 감소에 더 유리함을 보였다. It is important to apply real-time remote sensing system for premature pipeline leakage detection of nuclear power plant because of economic damage and human injury due to leakage. There are two typical methods to detect pipeline leakage. One is the physical method using acoustic rod and the other is cross-correlation method by receiving vibration signals from sensors at both ends. In the former method, it needs a specialist with expertise in listening and is hard to process in real-time. The latter method is greatly vulnerable to noise signals. There are a lot of efforts to solve the limitation. However, most of the methods proposed so far are not suitable for practical systems because those require additional filtering algorithms. The filtering algorithms are difficult to process in real time and thus not suitable for nuclear power plants. In order to solve the above problems, we propose an intelligent sensor network system based on the leakage detection with improved cross-correlation function. For the performance evaluation, we implement the testbed and simulation. The field test and simulation results show that the ad-hoc structure is superior than the linear structure when the grid size is less than 5, whereas the linear structure is more advantageous when the grid size is greater than 5.