《智能断路器非侵入式负荷识别与电气安全预警技术要求》征求意见稿

T/CWDPAXXX—20261智能断路器非侵入式负荷识别与电气安全预警技术要求本文件规定了智能断路器非侵入式负荷识别与电气安全预警的总体要求、非侵入式负荷识别技术要求、电气安全预警技术要求及试验方法。本文件适用于额定电压不超过AC1000V、DC1500V的低压配电系统中，具备负荷识别与安全预警功能的智能断路器及其相关系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T7251.1低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则GB/T14048.2低压开关设备和控制设备第2部分：断路器GB/T14549电能质量公用电网谐波GB/T17626.36（所有部分）电磁兼容试验和测量技术DL/T2451混合式高压直流断路器术语3术语和定义DL/T2451界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1智能断路器intelligentcircuitbreaker在低压配电系统中，集成测量、通信与控制功能的断路器，能够采集电流、电压等电气参数，实现开关控制、状态监测及保护功能。3.2非侵入式负荷识别non-intrusiveloadmonitoring,NILM通过测量总电气参数并结合算法分析，在不直接接入单个负荷的情况下识别各用电设备的运行状态和功率消耗的技术。3.3电气安全预警electricalsafetyearlywarning通过监测电气参数和分析负荷状态，对可能导致过载、短路、漏电或电气火灾的异常情况进行识别，并发出警示信息的功能或技术。4总体要求4.1系统组成T/CWDPAXXX—20262智能断路器非侵入式负荷识别与电气安全预警系统应基于低压配电回路构建，宜采用模块化设计，其组成应至少包括以下单元：a）电参量采集单元；b）数据处理单元；c）非侵入式负荷识别模块；d）电气安全预警模块；e）执行与保护单元。4.2功能要求系统应具备以下基本功能：a）电参量实时采集功能，应能够连续采集电压、电流等数据；b）负荷识别功能，应能够对典型用电设备进行识别与分类；c）异常检测与预警功能，应能够识别异常用电行为及电气故障风险；d）保护联动功能，应能够在发生故障时执行相应的保护动作；e）数据记录功能，应能够对关键运行数据及事件进行记录。4.3工作条件设备应在以下环境条件下正常运行：a）环境温度：-25℃~+70℃;b）相对湿度：不大于95%（无凝露）；c）海拔高度：不超过2000m；d）安装环境应无严重振动、冲击及腐蚀性气体。4.4基本性能4.4.1智能断路器的电气性能应符合GB/T14048.2的规定。4.4.2成套结构、电气间隙及爬电距离等应符合GB/T7251.1的规定。4.4.3电磁兼容性应符合GB/T17626（所有部分）的规定。5非侵入式负荷识别技术要求5.1数据采集要求5.1.1电参量采集应具有连续性与同步性，单次数据缺失片段应小于1s，累计缺失时间不超过5min；各采集通道间的同步误差应不超过1μs。5.1.2采样频率不应低于6kHz。5.1.3电参量测量精度应符合表1的规定。表1电参量测量精度要求5.2特征提取要求5.2.1系统应基于采集数据提取能够表征负荷运行特性的关键特征参数。5.2.2特征参数应至少包括有功功率变化量、无功功率变化量、总谐波畸变率、暂态特征参数（包括上升时间、峰值幅值等）、频域特征参数。5.2.3特征提取过程应具有良好的重复性，在相同负荷条件下提取结果偏差不应超过±5%。5.3事件检测与分解要求T/CWDPAXXX—202635.3.1系统应具备对负荷启停等事件的检测能力。5.3.2事件检测应能够识别功率突变、波形变化等典型特征。5.3.3在多负荷同时运行条件下，应具备对叠加事件进行分解的能力。5.3.4事件检测时间延迟不应大于1s。5.4识别方法要求5.4.1负荷识别方法应基于特征匹配、统计分析或机器学习等技术实现。5.4.2识别模型应具备对典型负荷类型的区分能力，支持多负荷并行识别，并具备一定的自适应或模型更新能力及抗噪声干扰能力。5.4.3识别算法的设计应避免对单一特征的过度依赖。5.5识别性能要求负荷识别性能应符合表2的规定。表2负荷识别性能要求5.6稳定性要求5.6.1在连续运行条件下，系统识别结果应保持稳定，不应出现频繁跳变。5.6.2对同一负荷在重复测试条件下，识别结果一致性不应低于90%。5.6.3系统在不同时间段运行时，其识别性能波动不应超过±5%。5.7异常工况适应性要求5.7.1在电压波动(±10%额定电压）条件下，识别性能应不低于额定工况下的90%。5.7.2在谐波含量较高（THD≤20%）条件下，系统应保持基本识别能力。5.7.3在部分数据缺失或短时干扰情况下，系统应具备一定的容错能力。6电气安全预警技术要求6.1预警类型系统应具备以下电气安全预警类型：a）过载预警；b）短路预警；c）漏电预警；d）电弧故障预警；e）异常用电行为预警。6.2预警判据6.2.1预警判据应基于电参量阈值、特征模式识别及运行趋势分析综合确定。6.2.2过载预警应基于电流或功率持续超过设定阈值进行判定。6.2.3短路预警应基于电流突增特征及持续时间进行判定。6.2.4漏电预警应基于剩余电流检测结果进行判定。6.2.5电弧故障预警应基于高频噪声特征、波形畸变特征等进行判定。6.2.6异常用电行为预警应基于负荷识别结果与历史运行特征偏离程度进行判定。6.3关键阈值要求4电气安全预警关键参数应符合表3的规定。表3电气安全预警阈值要求6.4响应性能要求电气安全预警及保护响应性能应符合表4的规定。表4响应性能要求6.5预警准确性要求6.5.1预警系统应具备较高的识别准确性，其总体预警准确率不应低于95%。6.5.2误报率不应高于5%。6.5.3漏报率不应高于3%。6.5.4在典型工况下，各类预警的识别准确率不应低于90%。6.6风险分级要求电气安全风险应分级管理，其分级应符合表5的规定。表5电气安全风险分级6.7联动与控制要求6.7.1对于I级风险，系统应自动触发断路器分闸动作。6.7.2对于II级风险，系统应发出告警信号，并可根据设定条件执行控制策略。6.7.3对于III级风险，系统应进行提示或记录，不应触发强制断电。6.7.4预警与控制策略应避免误动作，不应对正常用电造成明显干扰。6.8稳定性与抗干扰要求6.8.1在电压波动(±10%额定值）条件下，预警功能应保持正常。6.8.2在谐波含量较高（THD≤20%）条件下，预警性能不应明显下降。6.8.3在短时电磁干扰条件下，系统不应产生误报警或误动作。6.9运行记录与可追溯性要求6.9.1系统应记录预警事件的时间、类型及相关电气参数。6.9.2记录数据应具备可追溯性，保存时间不应少于30d。6.9.3记录数据应支持查询与导出功能。T/CWDPAXXX—202657试验方法7.1试验条件7.1.1环境条件试验应在符合GB/T2423.1规定的标准大气环境下进行，非标准环境下进行试验时，应记录实际环境参数，并按公式修正试验结果。7.1.2电源条件电气试验电源条件如下：a）电压波动试验：电源额定电压为系统标称电压，电压调节范围为±10%，电压波形畸变率（THD）应不大于5%，频率偏差应不大于±0.5Hz；b）谐波试验：应能生成THD不大于20%的畸变电压，谐波次数覆盖2～50次，各次幅值符合GB/T14549规定。7.2非侵入式负荷识别试验7.2.1数据采集试验7.2.1.1连续性与同步性应按照以下步骤进行：a）启动采集系统与负荷，连续运行24h，通过采集软件记录电参量数据；b）检查是否存在时长不小于1s的数据缺失片段；c）使用同步时钟模块（精度不小于1μs）采集电压、电流、有功功率等电参量，测试不同采样通道间时间同步误差。7.2.1.2采样频率将采样频率设置为6kHz，接入标准信号发生器输出50Hz正弦波电信号，连续采集10s数据，计算实际采样频率。7.2.1.3电参量测量精度按照GB/T13850的要求，使用标准计量装置与标准电表进行测量，在额定量程的10%、50%、100%三档进行测量，每档重复3次，取平均值，计算误差值。7.2.2特征提取试验7.2.2.1特征完整性选取不少于10种典型负荷，运行至稳定状态，提取各负荷的有功功率变化量、无功功率变化量、总谐波畸变率、上升时间、峰值幅值、频域特征参数等，检查是否覆盖5.2.2规定的全部特征参数。7.2.2.2特征重复性选取3种典型负荷，在相同工况下连续运行不少于30min，重复提取特征参数10次，计算同一负荷相同特征参数的相对偏差，计算方法见公式（1）：|单次测量值−平均值|相对偏差=×100%(1)平均值7.2.3事件检测与分解试验7.2.3.1事件检测能力选取单一负荷，执行启停操作10次，记录系统检测到启停事件的次数、检测时间延迟。7.2.3.2多负荷叠加事件分解搭建多负荷试验平台，选取3～5种不同类型负荷，组合成2～5组多负荷工况，依次启动各组负荷，模拟负荷同时启停、功率叠加等叠加事件，记录系统对各负荷的识别结果与事件分解时间。7.2.3.3事件检测时间延迟试验应按照以下步骤进行：a）通过信号发生器模拟功率突变事件（突变幅度覆盖10%～100%额定功率），触发采集系统采集；b）使用高精度计时器，记录从事件发生到系统输出检测信号的时间差；c）每个突变幅度重复试验5次，取平均值。7.2.4识别性能试验7.2.4.1识别准确率T/CWDPAXXX—20266选取不少于20种典型负荷（单一负荷10种，多负荷组合10组将采集的电参量数据输入识别模型，统计单一负荷与多负荷的识别结果，计算准确率。7.2.4.2识别响应时间选取3种典型负荷，分别执行启停操作，记录从负荷启动/停止到系统输出识别结果的时间，每个负荷重复试验10次，取平均值。7.2.4.3最小可识别功率将采集系统接入可调精密信号源，输出功率从1W开始，以1W为步阶递增，直至系统能稳定识别，记录系统可稳定识别的最小负荷功率值。7.2.5稳定性试验7.2.5.1连续运行稳定性启动系统并接入典型负荷，连续运行72h，每隔1h记录一次负荷识别结果。7.2.5.2重复测试一致性选取3种典型负荷，在相同工况下重复测试10次，每次间隔不少于10min，计算每次测试的识别结果一致性，计算方法见公式（2）：正确识别次数一致性=×100%(2)总测试次数7.2.5.3时段波动性选取典型负荷，分别在早（8:00～10:00）、中（12:00～14:00）、晚（18:00～20:00）三个时段运行，每个时段连续运行2h，统计各时段识别准确率，计算准确率波动幅度。7.2.6异常工况适应性试验7.2.6.1电压波动适应性将试验电源电压调至额定值的90%、110%，接入典型负荷，运行30min，记录各电压工况下识别准确7.2.6.2高谐波适应性将试验电源THD调节至20%，接入典型负荷，运行30min，记录识别结果。7.2.6.3数据缺失与干扰适应性在采集过程中模拟数据缺失（单次缺失1s、5s、10s，累计缺失10min）及短时电磁干扰（持续5min记录干扰/缺失前后的识别结果，评估系统容错能力。7.3电气安全预警试验7.3.1预警类型触发试验7.3.1.1过载预警触发将被测负荷接入系统，逐步调节负荷电流至1.2In（额定电流并持续保持不少于10s，记录系统是否发出过载预警信号及触发时间，重复试验5次。7.3.1.2短路预警触发采用专用短路试验装置模拟系统短路（短路电流不小于5In）记录系统预警响应情况，重复试验37.3.1.3漏电预警触发通过漏电模拟装置，调节漏电电流至30mA、50mA、100mA三档，分别接入系统，记录系统的漏电预警触发情况。7.3.1.4电弧故障预警触发搭建电弧故障模拟平台，采用电弧发生器模拟串联/并联电弧故障，采集电弧特征电参量，输入系统，观察是否能识别电弧特征并触发预警。7.3.1.5异常用电行为预警触发选取正常用电行为数据（如固定时段启动空调修改为异常行为（非固定时段或功率异常波动输入系统，记录系统的异常用电行为预警结果。7.3.2关键阈值验证试验按照7.3.1的方法，对过载电流、短路电流、漏电电流等关键阈值进行验证，记录实际触发阈值与表3规定值偏差。T/CWDPAXXX—202677.3.3响应性能试验7.3.3.1预警响应时间分别触发过载、短路、漏电、电弧故障事件，使用高精度计时器记录从事件发生到系统发出预警信号的时间，每事件重复试验5次，取平均值。7.3.3.2保护动作时间模拟短路故障触发断路器分闸，记录动作时间；模拟漏电故障触发保护动作，记录动作时间；每动作重复试验3次，取平均值。7.3.4预警准确性试验7.3.4.1总体预警准确率模拟100次电气安全事件（80次真实、20次误触发），记录预警结果，计算准确率，计算方法见公式（3）：正确预警次数一误报次数+漏报次数准确率=×100%(3)总事件次数7.3.4.2误报率与漏报率模拟50次非故障工况（误报试验），