城市轨道行业数字化应用
思瀚产业研究院    2024-10-11

根据《智慧城轨发展纲要》中的目标指引，随着城轨行业供配电系统的数字化智能化发展，整体系统架构将分为三大层，第一层为数据采集和边缘计算管理层，第二层为各业务管理体系子系统，最上层为基于城轨云平台的线网综合管理平台。

彼此形成各层系统之间的数据共享和独立运行。以满足整个线网在能源管理、运行维护管理、资产管理以及电能质量管理等不同层面的运营管理需求。

为了能更好的支撑城轨行业数字化系统的建设发展，应对当前的困难与挑战，低压供电系统中的数据采集和边缘计算层将会逐步发展为基于系统不同运行和管理范围（如降压变电所、环控电控室等），而形成的基础性系统架构，其系统架构构成和功能将主要体现为如下几个方面：

1、低压边缘智能管理系统数字化架构

系统构成：系统包括设备感知层、监视和控制层。

设备感知层由智能低压断路器、智能电表、智能传感器、电能质量仪和智能采集器等构成；智能断路器包括框架和塑壳断路器等；智能传感器包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器等；电能质量仪包括专用电能质量检测和治理设备等；智能采集器包括电能质量控制器、多回路采集装置和故障录波分析仪等。

监视和控制层由低压智能终端和智能网关构成。

系统可以作为城市轨道交通 PSCADA 系统、智能运维系统和能源管理系统等的底层模块化组成部分。

系统可以独立运行。

支持就地和远端运维操作管理需求。

2、通信接口和通信协议

智能化配电系统的底层数字化设备种类众多，负责数据采集和边缘计算的底层系统需要能支持多种类的数据和通信协议，确保系统的兼容性，同时也要对上开放数据接口和协议，支持多组访问，形成例如以变电所为数据节点的边缘侧数据集成端口，为各城轨云平台管理系统提供打包数据，支持城轨云平台各阶段的建设发展需求，避免重复投资。因此系统的数据接口和通信架构需满足一些基本要求。

现场感知层设备具备相应通信接口，通信协议一般采用供配电系统标准通信协议的一种或多种，可通过有线或无线方式传输。标准通信协议包括 Modbus RTU、Modbus TCP 等；

感知层设备具备以太网接口或通过智能网关将现场总线转换成工业以太网接口；

感知层设备和监视控制层智能终端之间，应用基于工业以太网的智能通信协议。

3、系统功能

为了最大化的发挥数据价值，确保各层级系统的数据共享，边缘管理系统应能最大化分析、处理数据信息，根据其他各管理系统需要进行转发，并支持各类上层管理系统所需的相关基础性功能，包括可实现就地管理所需的基础性功能，以实现上层系统数据采集的完整性和统一性，实现一次性投入即可服务与当前阶段的数字化管理需求，同时也可有效支持未来各上位系统的管理数据需求。

因此，系统需具备设备数据的采集、存储、转发、分析处理和控制调节等功能，并通过操作界面直观反映现场配电系统的运行状态和过程，实现感知层设备的管理。系统应用程序可在设备侧发起，采用通信、计算、存储、应用等核心能力为一体的开放平台，提供近端服务，可以作为城轨电力监控系统、智能运维系统和能源管理系统等系统集中控制管理业务的底层模块化组成部分，提供设备性能评估、能耗测量、故障录波等数据文件的预处理计算等。

基本功能包括：运行维护管理、电气设备资产管理、设备健康状态评估、能耗数据分析、电气信息监测、电能质量分析等，参考 T/CAMET 13007-2024《城市轨道交通 变电所低压智能管理系统》标准，具体功能要求如下：

4、运行维护管理功能

对智能低压断路器等开关设备进行状态监测，动态实时显示系统运行状态。• 具备监测、报警、控制、保护、安全隐患早期识别、运行故障及时报警功能。支持状态变位触发和越限触发等实时报警功能。报警等级不少于高低两个等级，并根据等级进行声光报警，支持事件顺序记录（SOE）。

支持故障录波文件读取、显示、存储和转发功能。

通过智能低压断路器保护特性、脱扣器动作事件记录，判断动作事件，形成故障恢复指导。

监测低压成套开关设备母线连接处、断路器上下口连接处等关键位置的温度，预测低压成套开关设备温升，提供越限报警。

具备设备维护指导功能，依据设备运行状态，给出操作建议和维护建议。

电气设备资产管理功能

系统具备资产管理功能，可查询低压电气设备资产信息、图纸、维护手册等。

实时监测智能低压断路器的运行状态，计算断路器本体组成部件和控制单元的使用寿命，评估断路器触头磨损情况、设备健康度等。

分级预警信息，指导制定预防性运维计划。

具备标签识别功能，构建包含监测、抢修调度、预防维护功能，提供设备维护日志、运行记录、故障信息等。

能耗数据统计分析功能

对站内低压电气设备的能耗准确计量，提供重点用能设备能耗数据统计分析报告。

提供能耗数据底值或差值计算和周期存储，采样记录满足需量计算和尖、峰、平、谷统计要求。 注：能耗数据底值是指计量表上的底数，指计量周期使用的起始值。

实现能耗测量的数据转发，能耗报告可远程访问和下载。

电能质量分析功能

监视无功补偿、有源滤波、电压治理设备的运行状态、参数和报警。

通过电能质量仪提供电压暂降骤升监测和分析、电能质量评级、负载损失分析，生成电能质量报告。

信息监测

监测电气实时运行参数，包括电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电量和无功电量等电气参数。

不限于监测以下设备运行状态：

分闸 / 合闸状态；

运行 / 试验位置；

断路器分、合闸次数统计；

断路器累计运行时间。

监测回路开关的故障跳闸和报警状态，区分故障类型的保护动作信息和其他故障信号。

进行电能质量监测，电压 / 电流总谐波畸变率和多次谐波分量的测量。

测量和记录故障脱扣时电流及波形。

对母线连接处、电缆连接处、抽屉柜一次插头处和断路器上下口连接处等关键点温度进行监测。通过上述边缘侧智能管理系统架构和功能，将可最大化发挥和利用当前行业智能化建设中已有的数据资源，提升运维效率，深化能耗管理等，更好的满足行业绿色可持续发展。

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