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卷积-门控自注意力多源数据融合的泵组智能异常检测方法

孙原理 宋志浩

孙原理, 宋志浩. 卷积-门控自注意力多源数据融合的泵组智能异常检测方法[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 300-305. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090028
引用本文: 孙原理, 宋志浩. 卷积-门控自注意力多源数据融合的泵组智能异常检测方法[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 300-305. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090028
Sun Yuanli, Song Zhihao. Intelligent Anomaly Detection Method of Pump Set Based on Convolve-gated Self-attention Multi-source Data Fusion[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 300-305. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090028
Citation: Sun Yuanli, Song Zhihao. Intelligent Anomaly Detection Method of Pump Set Based on Convolve-gated Self-attention Multi-source Data Fusion[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 300-305. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090028

卷积-门控自注意力多源数据融合的泵组智能异常检测方法

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090028
详细信息
    作者简介:

    孙原理(1983—),男,高级工程师,现主要从事核动力装置智能运维方面研究,E-mail: syl850122@126.com

  • 中图分类号: TL334

Intelligent Anomaly Detection Method of Pump Set Based on Convolve-gated Self-attention Multi-source Data Fusion

  • 摘要: 针对核动力泵组在运行过程中多变工况下难以利用多源检测信号进行诊断的问题,本文提出一种利用深度学习网络融合多源数据的泵组智能异常检测方法。该方法利用卷积神经网络(CNN)对多源数据进行融合,能够有效地对多源数据之间的关系进行分析。采用自注意力机制提取具有注意力权值的输入数据融合特征,使所构建的智能异常检测模型具有自主适应不同类型输入数据的能力,保证了所提方法在多源数据场景下的核动力泵组智能异常状态检测的准确度,同时加入残差块提升模型训练效果。通过搭建泵组故障模拟试验台来验证该方法的可靠性和准确性,结果表明,本文所提检测方法能够有效融合多源数据之间的信息特征,在此基础上能够充分完成泵组在运行过程中多变工况下故障诊断的任务,且具有较高的诊断精度。

     

  • 图  1  核动力泵组智能异常检测方法流程图

    Figure  1.  Flow Chart of Intelligent Anomaly Detection Method for Nuclear Pump Set

    图  2  泵组故障模拟试验台

    Figure  2.  Test Bench for Pump Set Fault Simulation

    图  3  泵组故障模拟实验台上测点布置

    Figure  3.  Measuring Point Layout on Pump Set Fault Simulation Test Bench

    图  4  3种模型的混淆矩阵图

    Figure  4.  Confusion Matrix of Three Models

    表  1  泵组故障模拟实验工况设置

    Table  1.   Setting of Test Conditions for Pump Set Fault Simulation

    工况编号转速/(r · min−1水位/cm
    1180030
    2180016c
    3180023
    4240030
    5240016
    6240023
    7300030
    8300016
    9300023
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    表  2  监测量与板卡、通道对应表

    Table  2.   Monitoring Parameters and Corresponding Boards and Channels

    监测量名称测点编号传感器灵敏度
    叶轮端X向振动A-1-FX22 mV/g
    叶轮端Y向振动A-2-FY22 mV/g
    叶轮端Z向振动A-3-FZ22 mV/g
    电机U相电流C-9-U1 V/10 A
    电机V相电流C-10-V1 V/10 A
    电机W相电流C-11-W1 V/10 A
    电机端X向振动B-5-MX22 mV/g
    电机端Y向振动B-6-MY22 mV/g
    电机端Z向振动B-7-MZ22 mV/g
    水泵出水侧压力A-4-出口压力量程0~1 MPa
    水泵进水侧流量B-8-出口流量量程2~40 m3/h
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    表  3  异常检测模型超参数表

    Table  3.   Hyperparameters of Anomaly Detection Model

    网络组成 内核 步长 参数量
    卷积层
    (1Conv1d_1)
    18/10 2 19036
    最大池化层1
    (Maxpool_1)
    2 2
    残差块
    (Res Block)
    Conv1d_2+Conv1d_3
    卷积层2
    (Conv1d_2)
    6 15816
    最大池化层2
    (Maxpool_2)
    2 2
    卷积层3
    (Conv1d_3)
    6 2/1 14976
    最大池化层3
    (Maxpool_3)
    2 2
    自注意力机制
    (Attention)
    1 1
    双向门控循环
    (BiGRU)
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    表  4  故障类型统计表

    Table  4.   Statistics of Fault Type

    故障位置故障名称
    水泵电机端轴承外圈故障
    水泵叶轮端轴承外圈故障
    内圈故障
    滚动体故障
    保持架故障
    复合故障电机轴承外圈+叶轮轴承内圈故障
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    表  5  水泵故障数据集

    Table  5.   Pump Failure Dataset

    故障类型训练样本数测试样本数标签
    正常状态100010000
    水泵电机端轴承故障100010001
    水泵叶轮端轴承故障100010002
    复合故障100010003
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    表  6  三种模型的故障诊断准确率对比 %

    Table  6.   Comparison of Fault Diagnosis Accuracy of Three Methods

    工况编号 信号 RNN模型 GRU模型 本文模型
    1 FZ 100 100 100
    MZ 100 100 100
    2 FZ 90 97.50 100
    MZ 100 100 100
    3 FZ 100 100 100
    MZ 100 100 100
    4 FZ 100 100 100
    MZ 100 100 100
    5 FZ 95 100 100
    MZ 100 100 100
    6 FZ 90 100 100
    MZ 100 100 100
    7 FZ 100 100 100
    MZ 80 90 100
    8 FZ 100 100 100
    MZ 100 100 100
    9 FZ 100 100 100
    MZ 94.75 97 100
    平均结果 97.20 99.13 100
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-10
  • 修回日期:  2024-10-29
  • 网络出版日期:  2025-01-15
  • 刊出日期:  2025-04-15

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