2024年轨道交通行业低压配电边缘智能管理系统应用白皮书

施耐德电气（中国）有限公司Schneider Electric (China) Co.,Ltd. 轨道交通行业低压配电边缘智能管理系统应用白皮书 北京市朝阳区望京东路6号施耐德电气大厦邮编: 100102电话: (010) 8434 6699传真: (010) 8450 1130 Schneider Electric Building, No. 6,tcirtsiDgnayoahC,.dRgniJgnaWtsaEBeijing 100102 P.R.C.Tel: (010) 8434 6699Fax: (010) 8450 1130 https://www.se.com/cn © 2024施耐德电气保留所有权。文中出现的施耐德电气产品商标为施耐德电气及其子公司和附属公司财产。文中出现的其他企 业 或 品 牌 商 标 为 其 所 有 者 财 产 。 本 文 本 内 容 于2 0 2 4年0 6月发 布 ， 有 效 期 至2 0 2 5年0 6月 ， 或 于 官 方 网 站 上 公 布 之 提 前 终止日为止。 由于标准和材料的变更，文中所述特性和本资料中的图像只有经过我们的业务部门确认以后，才对我们有约束。 关于施耐德电气 目录 作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家，施耐德电气业务遍及全球100多个国家和地区，为客户提供能源管理和自动化领域的数字化解决方案，以实现高效和可持续。施耐德电气的宗旨，是赋能所有人对能源和资源的最大化利用，推动人类进步与可持续的共同发展，我们称之为Life Is On。 一、趋势04 轨道交通行业发展现状轨道交通行业高质量发展要求 施耐德电气推动数字化转型，服务于楼宇、数据中心、基础设施和工业市场。我们通过集成世界领先的工艺和能源管理技术，从终端到云的互联互通产品、控制、软件和服务，贯穿业务全生命周期，实现整合的企业级管理。我们的使命是成为您实现高效和可持续发展的数字化伙伴。 二、城轨行业智慧发展06 三、城轨行业数字化应用08 •中国已经成为集团在全球第二大市场•在中国拥有超过18000名员工• 5个研发中心，1所施耐德电气研修院• 29家工厂和物流中心，12个分公司，33个办事处• 1100多家分销商遍布全国 低压边缘智能管理系统数字化架构通信接口和通信协议系统功能 四、施耐德电气数字化解决方案12 EcoStruxure Power智能配电系统施耐德电气智能化方案智能低压断路器功能要求POI智能配电站控终端POA-PSMS预测仿真顾问POA-EM能碳管理顾问 五、应用示例24 一、趋势 轨道交通行业发展现状 《交通强国建设纲要》中明确提出“到2035年，基本建成交通强国。现代化综合交通体系基本形成，人民满意度明显提高，支撑国家现代化建设能力显著增强；拥有发达的快速网、完善的干线网、广泛的基础网，城乡区域交通协调发展达到新高度；基本形成“全国123出行交通圈”（都市区1小时通勤、城市群2小时通达、全国主要城市3小时覆盖）和“全球123快货物流圈”（国内1天送达、周边国家2天送达、全球主要城市3天送达）……”。 数字化作为智慧交通的基础，为交通运输体系的绿色发展起着关键的支撑作用，交通运输部早在2019年印发了《数字交通发展规划纲要》中提出，推动交通基础设施规划、设 计、建 造、养 护、运 行 管 理 等 全 要 素、全 周 期 数 字 化。2020年印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》主要任务中智能铁路部分进一步提出建设智能供电设 施，实现智能 故障 诊断、自愈恢复等 要求。行业的数字化发展要求不断深化聚焦。 交通强国铁路先行；交通强国城轨担当。在纲要目标引领下我国轨道交通建设取得了快速发展，截至到2023年底，我国铁路网运营里程已达15.9万公里，其中高速铁路运营里程4.5万公里；城市轨道交通运营线路达到1.1225万公里，其中地铁运营线路8543公里，我国高速铁路和城市轨道交通运营里程均位居全球第一。为实现交通强国目标奠定了坚实的基础。 2021年交通部印发的《数字交通十四五发展规划》指出，在 政 策的不断引导 与推动下，行业信息化 和数字化 取得了长 足 的发 展，但 当前 交 通行业 的 数 据 基 础依 然 薄 弱，数据采集能力难以满足发展需要，重建设轻运维问题依然存在。同时也进一步明确了新的发展要求，加速推 进交通行业数字化建设。 轨道交通行业高质量发展要求 随着路网建设的不断完善，《国家综合立体交通网规划纲要》又提出了新的发展要求：到2035年，基本建成便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进、安全可靠的现代化高质量国家综合立体交通网，实现国际国内互联互通、全国主要城市立体畅达、县级节点有效覆盖，有力支撑“全国123出行交通圈”和“全球123快货物流圈”。交通基础设施质量、智能化与绿色化水平居世界前列。交通运输全面适应人民日益增长的美好生活需要，有力保障国家安全，支撑我国基本实现社会主义现代化。 同年国务院关于印发《2030年前碳达峰行动方案》，进一步推动我国交通行业进入交通强国的高质量发展阶段，交通发展由追求速度规模向更加注重质量效益转变，安全、绿色、智能成为了的交通体系建设发展的主要目标。 二、 城轨行业智慧发展 城轨行业的数字化发展 目前在城轨供配电系统 400V 低压侧数字化建设中常见的一些问题与挑战： 作为交通运输领域中绿色发展绿色出行的典范，城市轨道交通在公共交通运输领域发挥着至关重要的作用，截至 2023年底我国已有 59 个城市开通了城市轨道交通线路 338 条，从 2019 年至 2023 年新增运营里程翻了近一倍，同时城市轨道交通的信息化和数字化发展也迅猛推进。 •数据利用率：在城轨云及大数据的发展过程中，为了满足当前及未来使用需求，大量的 400V 低压底层设备已升级为先进的数字化设备，但因为各地的管理模式及管理需求存在一定差异，且还处于发展建设阶段，导致大量的底层数据暂时未能纳入集中管理系统平台，从而导致的数据资源的闲置与浪费； 但是，鉴于全国城轨交通建设起步不一，所处阶段不同，特别是对“城轨交通+信息化”的认识程度深浅有别、信息化标准因地而异，致使各个城市轨道交通的信息化进程参差不齐，应用程度和水平差异较大，服务产品开发和管理信息应用不适应当前形势发展的需要，2020 年中国城市轨道交通协会发布了《智慧城轨发展纲要》，为行业的智慧发展进一步明确了方向和统一了架构，纲要给出了 1-8-1-1 布局结构的智慧城轨发展蓝图，以一个个城轨云与大数据平台为基础，实现八大体系的互联互通数据共享。智 慧 乘 客 服 务 体 系智 能 运 输 组 织 体 系智 能 能 源 系 统 体 系智 能 列 车 运 行 体 系智 能 技 术 装 备 体 系智 能 基 础 设 施 体 系智 能 运 维 安 全 体 系智 慧 网 络 管 理 体 系 •重复性投资：因数字化发展的分步与分阶段实施，以及不同管理系统因系统架构的原因，无法有效共享数据，各管理系统在建设实施中存在一定的重复采集数据所带来的扩展点位和增加布线难度，造成了一定的重复投资； •协议多样性：大量的 400V 底层数字化配电设备因设备多样化带来的数据源的不同，以及在通信方式上的多样性以及协议上的差异性，导致的系统平台构建的难度与复杂性增加； •容量与算力：当前大量的数据统计与分析工作由上层云平台系统计算完成，因低压配电系统设备多，数据量大，对系统的容量与算力要求较高，常导致系统运行速度慢，投资成本高； •多维度管理：在城市轨道交通运营中，安全运行、能效管理、资产管理、电能质量管理往往分属在不同的系统中，但基础数据均来自现场底层设备，如何实现现场管理和远端管理的协同配合存在困难。 数字化发展需求与挑战 基于智慧城轨建设蓝图，各城市地铁企业纷纷加速深化落实数字化建设，信息化建设的成果初具规模，但我国目前各城市的城市轨道交通信息化建设和实施很难一步到位，尤其在城轨的供配电系统的数字化建设和管理上，还存在着一些问题与挑战。 针对这些痛点与需求： •如何能在城市轨道交通的设计与建设中既考虑到现阶段的运维使用需求，又考虑到未来的管理发展需求； 在城市轨道交通运营中，因为线路长，能耗高，设备设施复杂，运行环境恶劣，导致运维成本高、管理难度大，数字化管理系统成为运行维护管理的必要手段。城市轨道交通的运行方式为电气化运行，目前在传统供电系统中因为中压侧确保着系统供电的连续性，是 100% 电气化运行的城市轨道交通的安全运行的前提，因此对中压系统的监控与管理一直较为完善，而低压侧的数字化管理还处于起步阶段，仅有一些主要回路及负载被纳入管理系统进行集中管理。 •如何在上层系统尚未构建时，既能有效利用好当前底层设备已有的数据资产，又能预留好数据上传通道，支持未来上层各系统的数据采集； •如何既能保证底层数据的灵活性，又能实现上层数据的统一性； •如何实现现场的数字化运维管理，又能实现远端的集中统一管理； 但随着社会及技术的发展，在确保安全运行的前提下，城市轨道交通越来越注重乘客体验、运行效率、绿色节能，更大量的低压底层数字化设备被应用，因此通过数字化系统架构的建设对低压侧实施有效管理的必要性和重要性突显。 •如何有效构建系统架构，避免重复投资与重复建设，使城轨系统的数字化建设可分步分阶段实施。 三、 城轨行业数字化应用 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。 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。 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： •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； 低压边缘智能管理系统数字化架构 •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； 系统构成：系统包括设备感知层、监视和控制层，系统架构示意图见下图。 •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。 引自T/CAMET 13007-2024《城市轨道交通变电所低压智能管理系统》 系统功能 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