王勇刚，马晓东
（甘肃盐锅峡发电有限公司，甘肃 永靖 731601）
甘肃盐锅峡发电有限公司下辖盐锅峡、八盘峡两座黄河中上游干流的大、中型水力发电站，其中盐锅峡水电站位于黄河干流刘家峡至兰州区间刘家峡水电站下游侧33 km处，安装有10台混流式水轮发电机组，全站总装机509.6 MW。八盘峡水电站位于黄河刘兰区间盐锅峡下游17 km处，安装有6台轴流转桨式水轮发电机组，全站总装机220 MW。
2019年9月为实现运行管理一体化，在公司的决策下盐锅峡、八盘峡水电站水情自动化系统上线运行，系统采用了南瑞集团“NARI IMC水情水调自动化系统”，在项目实施完成后公司出于对两座水电站现场的生产管理、设备状态实时掌握、数据信息计算便捷、电力现货准确分析的需要，公司充分利用系统架构优势，组织生产管理与技术人员自主对系统开展了深入的研究与拓展，在平台的基础上自主开发了适合盐锅峡、八盘峡两站生产现场需求的应用模块，在系统在原有的单一水务计算的基础上，功能延伸、扩展成为水情电量报表自动计算生成、实时雨量自动传送、历史数据查询、电力现货实时跟踪及结算数据查询、机组运行状态监测及可靠性数据汇总等综合应用的系统平台。
2021年1月1日，甘肃盐锅峡发电有限公司盐锅峡、八盘峡两座水电站实现集控运行，走在了甘肃系统内水电站“运行集中值班、现场无人值守”的现代化水电站管理模式的前列。该系统的运行不仅为公司运行人员优化两站水库联合调度、提高生产现场设备安全监视提供实时基础数据，更为公司生产经营管理人员及领导实施生产经营决策提供详实的数据支持。依托系统功能的不断扩展、完善与运用，公司在2021年现货交易运行中取得了较好的经营成绩，同时通过两站水库的联合调度、优化发电运行、不断改进运行人员监盘方法、提升集控运行工作质量，2021年公司两站完成发电量38.69亿kW·h，截至2022年9月30日更是取得公司安全生产长周期记录4 148 d的优异成绩。
盐锅峡水电站建设于20世纪50年代末期，首台机组于1961年并网发电，全站装有10台混流式水轮发电机组，机组额定流量149.2 m3/s，全站总装机509.6 MW。电站设有6孔溢流门，设计泄洪流量5 900 m3/s，大坝正常蓄水位1 619.00 m，正常高水位库容 2.2亿m3。八盘峡电站建设于20世纪70年代，首台机组于1975年并网发电，全站装有6台轴流转桨式水轮发电机组，机组额定流量250 m3/s，全站总装机220 MW。电站设有3孔弧门及4孔溢流门，设计泄洪流量3 531 m3/s。
NARI IMC水情水调自动化系统项目实施后盐锅峡、八盘峡水电站的水情日报虽实现了自动采集、汇总、计算两站水情各项数据，但仍需要依靠人工进行报表的导出、汇总、制表并报送，公司运行部下设水调班进行此项工作，水调班设置6人，每日进行水情信息、两站发电机组负荷、开停机时间、汛期溢流门的启停时间等数据的抄录，与水情水调自动化系统计算数据进行汇总形成水情日报表及月报表发送至需求单位及部门，造成“虽然上了系统、人力没有解放”的窘境，带来严重的人力资源浪费。在数据准确率方面，表现在两站机组负荷调整频繁时，计算数据会随负荷变化频次的增加而使其准确度随之降低，尤其是近年来为配合甘肃电网新能源消纳，盐锅峡、八盘峡两站配合刘家峡电站深度调峰，造成两站机组开停机频次成倍增大，此时水情数据的准确度无法保证，给两站的经济运行与水库调度带来较大影响。水情数据的计算不精确极易产生人为干扰等现实情况与电站科学管理要求不相符。
盐锅峡、八盘峡两站电量计算数据庞大、过程繁琐、准确率依靠人工核对。盐锅峡水电站计量表计共有8条线路正反向电量、5台主变正反向电量、10台发电机正向电量、8台厂用变压器电量。八盘峡水电站计量表计共有4条线路正反向电量、3台主变正反向电量、6台发电机正向电量、6台厂用变压器电量。运行人员每日对两站电量采集器采集的电度表底数进行汇总，计算出发电量、上网电量、主变损耗、综合厂用电量、生产厂用电量等数据，并根据报送要求填入各类报表。该项工作数据量庞大、电量计算过程复杂，更加容易出现因人为因素干扰造成计算及统计错误。
盐锅峡、八盘峡电站共有16台水轮发电机组，监控上位机对发电机各项参数监视量巨大，运行人员对数据趋势分析依靠参数报表的数据对比实现，机组调速系统油泵的启停、油位的变化仅靠上位机故障报警实现监控。独立显示的机组运行数据，无法直观反映参数的变化趋势，造成故障提前预判与分析的困难；
大量的上位机简报信息报文，极易造成运行人员监视的疏漏，亦造成监视人员无法对机组运行的可靠性完全把控；
机组可靠性指标分析需人为查阅记录再进行统计计算，工作量大，准确性也不高。
2021年盐锅峡、八盘峡电站参与甘肃电力现货市场运行，每日按调度下发的两站出清曲线安排机组运行。两站电力现货市场运行情况不能实时反馈，生产、经营管理人员无法及时查询、掌控各项经营数据，同时每日、月度、年度现货市场运行、结算情况无法自动进行数据统计，仅靠现货交易平台每月发布数据得知，无法及时、准确并有效地对电力现货市场运行情况进行日总结、日复盘和经营策略的调整、制定。同时两站水库联合调度未能有效地与电力现货市场运行相结合，无法将联合调度的优势体现在电力营销成果上。
电站生产管理人员及领导按照传统管理方式仅能依靠电话询问、现场查看等方式了解设备的运行状态、水情信息、现货市场运行情况，而人为的电话汇报极易出现因个人能力因素造成的描述不清、不到位的情况，对管理人员在安全生产、经营管理等方面指导的及时性与准确性均有一定影响。
2021年前公司运行部下辖管理的盐站运行值组、八站运行值组，共计12个值组、2个操作班，合计80余人，为适应现代化电站管理模式，实现集控运行、优化人力资源配置已迫在眉睫。
NARI IMC水情水调自动化系统在公司盐锅峡、八盘峡水电站实施后，公司出于对两座水电站集控运行模式、现场的生产管理、设备状态实时掌握、数据信息计算便捷、电力现货准确分析的需要，公司组织生产管理与技术人员自主对水情自动化系统开展了深入的研究、拓展开发。在原NARI IMC水情水调自动化系统的基础上自主开发了适合盐锅峡、八盘峡两站生产现场需求的应用模块，将系统在原有的单一水务计算的基础上，功能延伸、扩展成为水情电量报表自动计算生成、实时雨量自动传送、历史数据查询、电力现货实时跟踪及结算数据查询、机组运行状态监测及可靠性数据汇总等综合应用的系统平台，并且具备分析、查询、报表等功能。
3.1 系统拓扑
系统在盐、八两站在生产Ⅱ区各部署一台前置机，用于实时数据采集工作，前置机与监控系统通讯机（生产Ⅰ区）经防火墙连接，同时前置机从本区域内的厂用电系统数据读取电能数据至本地数据库，再经电力专用正向隔离装置将数据发送至Ⅲ区服务器。防火墙安全策略是固定IP固定端口的最小化安全策略，正向隔离装置对内、外网的IP和MAC进行了绑定。
图1 网络拓扑图
3.2 软件架构
系统采用的J2EE架构是一款跨平台、支持异构平台的多层分布式面向对象的系统软件，它包含了分布式对象架构，支持异构平台，目前基于该平台的应用有实时监控模块、水情模块、机组状态监测模块等。盐锅峡IMC 系统采用了C/S方式，数据库选用SQL Server2012。生产Ⅱ区的前置机主要运行两个业务程序，“MPI104”与“数据抽取程序GetTransferData”,前者负责与监控通讯机通信从监控系统获取机组有功、上、下游水位、机组状态等实时数据，后者负责从电能量系统取得机组发电量、线路发电量等非实时数据。水情服务器运行“数据处理服务”“Reportcalc”“一体化计算任务调度”等程序负责将Ⅱ区上送的数据进行入库处理、数据计算等。
NARI IMC水情水调自动化系统在甘肃盐锅峡发电有限公司延伸、拓展开发后，成为公司两座水电站集中控制运行、实时降雨量统计与传送、局地暴雨监测预警、水情电量报表自动计算生成、历史数据查询、电力现货实时跟踪及结算数据查询、机组运行状态监测及可靠性数据汇总等综合应用的系统平台，同时具备分析、查询、报表生成等功能，更为公司生产经营管理人员及领导实施生产经营决策提供数据支持。
2021年1月1日，甘肃盐锅峡发电有限公司盐锅峡、八盘峡两座水电站实现集控运行，走在了甘肃系统内水电站“运行集中值班、现场无人值守”的现代化水电站管理模式的前列。依托系统功能的不断扩展、完善与运用，公司2021年在电力现货交易运行中取得了极好的经营成绩，同时通过两站水库的联合调度、优化发电运行，不断提升运行人员监盘方法与质量，2021年公司两站完成发电量38.69亿kW·h，截至2022年9月30日更是取得公司安全生产长周期记录4 148 d的优异成绩。
现从数据整合与共享、盐八两站现货市场运行及两站水库的联合调度、优化水务计算方式、提高数据准确性、开放的数据接口和综合应用4个方面简要介绍。
4.1 数据整合与共享
水情自动化系统在2019年投入初期主要功能为水务计算，同时期预留了与电能量数据的接口，2020年电站自主研发不断拓展、延伸系统功能，首先从电能量数据与水情数据的联合应用着手，优化程序增加发电耗水率、单机小时电量、机组小时有功功率、可用率等经济指标数据点，并在原水情报表的基础上制作满足盐锅峡、八盘峡两站实际需求的水情、电量、可靠性和经济运行分析报表，运行人员每日可直接导出、发送，减少了人力资源的投入。电站组织人员对数据进行挖掘分析，不断地研究和开发新的报表模版，通过自动生成的报表数据对运行方式进行复盘，总结不足优化运行策略，指导集控值班人员在最优的方式下运行。
结合盐锅峡、八盘峡两站上位机缺少机组重要参数数据的趋势分析，造成运行人员在监盘过程中直观发现设备缺陷的作用无法发挥到最大的现实情况，在系统中引入机组定子线棒温度、瓦温，油泵启停、机组振动等重要实时数据，并按每15 min对数据进行取样，在系统中展现两站机组状态监视画面，通过数值和曲线两种方式反映机组振动、温度和油泵等的运行工况，直观地为生产管理人员实时掌握机组状态提供了有效和便捷手段。
为实现现货市场运行结算分析的流畅性与准确性，将按分钟取样的全站有功实时数据，修改程序为符合电网规则要求的15 min间隔点，更好地实现与电网现货运行系统的高度融合，并更大限度满足现货交易结算数据的统计与分析。
2022年汛前完成了盐锅峡、八盘峡两站雨量计接入水情系统的工作，按照地区降水量特点和防汛要求开发了实时降雨量显示与统计功能，为两站在局地暴雨监测、预警及安全防洪度汛方面提供实时数据支撑。
目前系统在最初上线时仅有功能画面21个、水务计算报表10个、两站建模点位合计90余点的基础上，经过两年多的开发与研究，实现系统展现各类监视、分析画面110个、水务计算报表37个、两站建模点位合计1301点。目前已发展成集水务计算、电量报表、机组重要参数状态监视、现货交易数据分析跟踪、实时雨量统计的综合数据应用平台。
同时实现了系统平台在公司内网的分享，生产、经营管理人员及领导能够登录系统平台，随时查看机组运行方式、运行状态与重要参数变化趋势、电力现货市场运行情况，第一时间根据设备状态、运行方式、电力现货市场运行情况对盐锅峡、八盘峡两站设备安全运行及经营管理提出及时、准确地指导，确保随时掌握到电站生产情况的第一手资料。
图2 生产统计信息
图3 现货交易查询
图4 机组油位数据
4.2 盐八两站现货市场运行及水库的联合调度
甘肃电网自2020年开始施行电力现货交易市场的长周期运行，市场运行期间政策的把握、上报及结算数据的复盘分析、应对策略的改变等方面对公司的总体经营效益有至关重要的影响，但现货市场运行依托甘肃省调现货交易平台，该系统独立运行于电力调度数据网，对接入的交易主机以及网络有极为严格的安全要求，目前根据电网要求只能设置经省调认证的4台现货交易主机进入系统，交易平台的限制，造成交易数据无法在第一时间向所有参与经营管理及现货市场操作的人员进行展示，经营管理人员无法掌握第一手资料并对市场操作人员及时提出操作指导与经营策略的变更，无法将公司经营团队的作用发挥到最大化。结合以上实际情况，开发现货数据填写、结算分析功能，该功能实现现货运行重要数据的展示，包含双边出清曲线、自计划曲线、实时电价和实时出力，其中双边出清曲线根据交易规则为D-2日早8：00前各电站申报的运行日预测电量，在D-1日系统根据用电量及水火风光发电量分配出一条曲线（全天96个点）。自计划曲线是运行日根据实际入库流量及上游水位提前30 min修改自计划负荷而形成，实时电价是为实时市场的交易电价。在数据库中对上述数据点建模，采用同步录入的方式记录现货交易过程，通过制作数据曲线画面，将省调现货交易平台展示的交易过程“搬迁”至公司内网系统，同时在系统中制作当日电力现货分析报表用于记录当日交易情况及复盘情况。现货交易跟踪功能为公司在现货交易操作、复盘分析、交易策略制定、管理人员指导等方面，提供了强大的技术手段，经过系统的运用将公司经营团队的作用发挥至最大，最终在2021年现货交易运行中公司取得了极好的经营成绩。
结合盐八两站集控运行与现货交易，水调自动化系统通过采集汇总功能，在水情集控画面里同步显示两个电站的出入库流量、机组负荷、水库水位及经济运行指标等数据，实现了两站的水库联合调度，其作用突出表现在刘家峡电站深度调峰及汛期大流量运行期间，合理利用两站水库有效库容，实现上下联动、配合调整、错峰运行，最大限度减少两站大流量下弃水的发生，充分发挥水电站流域内水库联合调度作用，实现区域内流量无缝调整和衔接，有效提高机组运行水头，降低机组耗水率，保证水库水位平稳，提高水资源利用率，使电站经济运行情况达到最优，也使2021年公司两站完成发电量38.692 6亿kW·h。
图5 集控主界面
图6 数据分析
4.3 优化水务计算方式提高数据准确性
在NARI IMC水情水调自动化系统原有的计算模式上，根据盐锅峡、八盘峡两站实际运行情况对水情计算公式、报表生成、平台画面、格式等方面进行不断地修正、验证与拓展开发，不断提高数据的准确性和系统运行的稳定性。
在NARI IMC水情水调自动化系统上、下游水位，出入库流量等数据在数据库中采用实时表、小时表、日表等方式分类存储，其中实时表中的上、下游水位等遥测量数据为每1 min一条入库，发电流量、出入库流量、泄水流量等采用间隔15 min的频次进行数据计算，较之前的人工计算数据的准确性有了很大的提升，但在实际运行过程中也发现系统数据出现与上游的刘家峡水电站、小川水文站以及下游的河口、柴家峡水电站在出入库流量数据上存在不匹配的情况，经过对流量计算程序的检查，系统中“入库流量＝出库流量+库容差流量”，其中“出库流量＝发电流量+泄水流量”，对出库流量中发电流量和泄水流量的计算过程分析，发现盐八两站由于所处的流域段每年进入汛期后黄河会携带大量的草根等杂物入库，随流量增加此种情况更甚，机组拦污栅压差随之不断升高，对机组水头有较大的影响。而原程序中在引入的水头数据为水位测量装置上送的遥测值，在机组拦污栅杂物较多的情况下遥测值并不能真实反映压差情况，因此数据误差带来的水头损失导致出库流量变化不能真实地反映。针对以上情况对原计算程序进行了修改，在每台机组的流量计算里引入拦污栅压差，真实反映水头变化，提高了发电流量计算的准确性与精确性。
其次在泄水流量的计算方面，由于两站溢流门开度与泄流量的关系曲线中“0～7 m”的范围内无准确数据，在汛期提门泄洪期间对泄水流量的计算产生影响，为确保数据的准确性通过引入经验公式，反复比对上下游水文站的数据调整公式系数，最终确定较为准确的参数进行计算，进一步提高泄水流量数据的准确性。
针对系统投运后多次出现的“库容差流量”大范围跳变导致入库流量为负值的情况，经过多次观察数据发现，库容差流量异常时，同时存在上游水位跳变的情况，经过再次深入分析，发现由于盐八两站水库存在淤积情况导致库容减小，而上游水位计距机组进水口较近，当有机组进行开停机操作时，上游水位数据会出现较大范围的波动。系统中水位数据采集为间隔1 min的实时量，而因开停机影响上游水位波动的情况基本上会在1 min左右消除，根据以上情况对程序的算法进行了优化，采用动态选取计算时间点附近3次的数据取平均值，既保证在正常情况的计算准确性，也可最大程度地消除水位波动带来的库容差数据跳变。
不断优化系统报表功能，在实际运行过程中发现部分报表计算数据有误，如：在统计机组最小负荷时，系统将停机时的“0 MW”作为最小值进行计算，不符合报表数据要求。经过对报表需求分析，报表中机组最小值是满足稳态方式下的“最小值”，既要过滤“0 MW”情况，还要滤去开停机时负荷调整阶段的数据。针对此情况经过多次修改程序算法，采用在大于0的数据内筛选稳态方式的最小值，并经过长时间的运行比对，数据与机组实际运行方式吻合，满足报表报送的要求。
4.4 提供开放的数据接口和综合应用
2021年兰州市防汛办建立防汛调度平台，要求盐八两站提供实时坝上水位、出入库流量等数据。水情系统采用了SQL Server 数据库，数据库主要由“PUBUser”和“WDS”两个库，其中PUBUser用来存放“NHQ曲线”“水位库容曲线”“闸门泄流曲线”以及用户、模型等平台通用数据，“WDS”库用来存放实时数据、历史数据等水情相关数据量。
在“WDS”库中建立转发数据表，将防办需要的数据从实时报表中导出，再经正向隔离装置单向传递至外网安全接入区的水情主机数据库内，防办服务器经防火墙安全认证后访问数据资源。开放的数据接口提供了通用化的外部访问手段，对于不同部门要求的数据，水情平台通过对转发数据库做配置就可以实现数据共享，目前水情平台还向甘肃省水资源办、黄河公司大坝中心提供实时水情数据。
公司办公楼门厅LED大屏接入水情系统，在大屏滚动显示发电量、耗水率、降雨量数据、两站机组实时运行状态及现货实时市场运行情况，展示公司生产运行、经济指标数据。
NARI IMC水情水调自动化系统在甘肃盐锅峡发电有限公司延伸、拓展开发后，公司取消水调班，班组人员全部转至其他工作岗位，优化了公司人力资源配置，改善员工工作环境，降低企业的生产和管理成本，提升管理效率；
为盐八两站集控运行创造了有利条件，在一定程度上降低了工作人员工作量，实现了人力资源的充分利用，直观地为运行人员与生产管理人员提供实时掌握机组状态的有效、便捷手段，有效提高了运行人员监盘质量，为设备缺陷的早发现提供直观渠道，提高了设备安全稳定运行；
为公司在现货交易操作、复盘分析、交易策略制定、管理人员指导等方面，提供了强大的技术支持手段，经过系统的运用将公司经营团队的作用发挥至最大，在2021年现货交易运行中公司取得了较好的经营成绩；
为两站在局地暴雨监测、预警及安全防洪度汛方面提供数据支撑；
合理利用两站水库有效库容，实现上下联动、配合调整、错峰运行，在2022年大通河流域发生较大洪水时，最大限度减少两站大流量下弃水的发生，充分发挥流域内水库联合调度作用，实现区域内流量无缝调整和衔接，有效提高机组运行水头，降低机组耗水率，提高水资源利用率，使电站经济运行情况达到最优；
提高值组间协同能力，在工作中实现通盘考虑，缩短调度命令的传达时间和过程，减少事故、异常处理时间，提升工作效率，取得了公司安全生产长周期记录4 148 d的优异成绩。