鹽鍋峽水電站綜合數據平臺應用

王勇剛，馬曉東

（甘肅鹽鍋峽發電有限公司，甘肅 永靖 731601）

1 引言

甘肅鹽鍋峽發電有限公司下轄鹽鍋峽、八盤峽兩座黃河中上游干流的大、中型水力發電站，其中鹽鍋峽水電站位于黃河干流劉家峽至蘭州區間劉家峽水電站下游側33 km處，安裝有10臺混流式水輪發電機組，全站總裝機509.6 MW。八盤峽水電站位于黃河劉蘭區間鹽鍋峽下游17 km處，安裝有6臺軸流轉槳式水輪發電機組，全站總裝機220 MW。

2019年9月為實現運行管理一體化，在公司的決策下鹽鍋峽、八盤峽水電站水情自動化系統上線運行，系統采用了南瑞集團“NARI IMC水情水調自動化系統”，在項目實施完成后公司出于對兩座水電站現場的生產管理、設備狀態實時掌握、數據信息計算便捷、電力現貨準確分析的需要，公司充分利用系統架構優勢，組織生產管理與技術人員自主對系統開展了深入的研究與拓展，在平臺的基礎上自主開發了適合鹽鍋峽、八盤峽兩站生產現場需求的應用模塊，在系統在原有的單一水務計算的基礎上，功能延伸、擴展成為水情電量報表自動計算生成、實時雨量自動傳送、歷史數據查詢、電力現貨實時跟蹤及結算數據查詢、機組運行狀態監測及可靠性數據匯總等綜合應用的系統平臺。

2021年1月1日，甘肅鹽鍋峽發電有限公司鹽鍋峽、八盤峽兩座水電站實現集控運行，走在了甘肅系統內水電站“運行集中值班、現場無人值守”的現代化水電站管理模式的前列。該系統的運行不僅為公司運行人員優化兩站水庫聯合調度、提高生產現場設備安全監視提供實時基礎數據，更為公司生產經營管理人員及領導實施生產經營決策提供詳實的數據支持。依托系統功能的不斷擴展、完善與運用，公司在2021年現貨交易運行中取得了較好的經營成績，同時通過兩站水庫的聯合調度、優化發電運行、不斷改進運行人員監盤方法、提升集控運行工作質量，2021年公司兩站完成發電量38.69億kW·h，截至2022年9月30日更是取得公司安全生產長周期記錄4 148 d的優異成績。

2 項目背景

鹽鍋峽水電站建設于20世紀50年代末期，首臺機組于1961年并網發電，全站裝有10臺混流式水輪發電機組，機組額定流量149.2 m3/s，全站總裝機509.6 MW。電站設有6孔溢流門，設計泄洪流量5 900 m3/s，大壩正常蓄水位1 619.00 m，正常高水位庫容 2.2億m3。八盤峽電站建設于20世紀70年代，首臺機組于1975年并網發電，全站裝有6臺軸流轉槳式水輪發電機組，機組額定流量250 m3/s，全站總裝機220 MW。電站設有3孔弧門及4孔溢流門，設計泄洪流量3 531 m3/s。

NARI IMC水情水調自動化系統項目實施后鹽鍋峽、八盤峽水電站的水情日報雖實現了自動采集、匯總、計算兩站水情各項數據，但仍需要依靠人工進行報表的導出、匯總、制表并報送，公司運行部下設水調班進行此項工作，水調班設置6人，每日進行水情信息、兩站發電機組負荷、開停機時間、汛期溢流門的啟停時間等數據的抄錄，與水情水調自動化系統計算數據進行匯總形成水情日報表及月報表發送至需求單位及部門，造成“雖然上了系統、人力沒有解放”的窘境，帶來嚴重的人力資源浪費。在數據準確率方面，表現在兩站機組負荷調整頻繁時，計算數據會隨負荷變化頻次的增加而使其準確度隨之降低，尤其是近年來為配合甘肅電網新能源消納，鹽鍋峽、八盤峽兩站配合劉家峽電站深度調峰，造成兩站機組開停機頻次成倍增大，此時水情數據的準確度無法保證，給兩站的經濟運行與水庫調度帶來較大影響。水情數據的計算不精確極易產生人為干擾等現實情況與電站科學管理要求不相符。

鹽鍋峽、八盤峽兩站電量計算數據龐大、過程繁瑣、準確率依靠人工核對。鹽鍋峽水電站計量表計共有8條線路正反向電量、5臺主變正反向電量、10臺發電機正向電量、8臺廠用變壓器電量。八盤峽水電站計量表計共有4條線路正反向電量、3臺主變正反向電量、6臺發電機正向電量、6臺廠用變壓器電量。運行人員每日對兩站電量采集器采集的電度表底數進行匯總，計算出發電量、上網電量、主變損耗、綜合廠用電量、生產廠用電量等數據，并根據報送要求填入各類報表。該項工作數據量龐大、電量計算過程復雜，更加容易出現因人為因素干擾造成計算及統計錯誤。

鹽鍋峽、八盤峽電站共有16臺水輪發電機組，監控上位機對發電機各項參數監視量巨大，運行人員對數據趨勢分析依靠參數報表的數據對比實現，機組調速系統油泵的啟停、油位的變化僅靠上位機故障報警實現監控。獨立顯示的機組運行數據，無法直觀反映參數的變化趨勢，造成故障提前預判與分析的困難；大量的上位機簡報信息報文，極易造成運行人員監視的疏漏，亦造成監視人員無法對機組運行的可靠性完全把控；機組可靠性指標分析需人為查閱記錄再進行統計計算，工作量大，準確性也不高。

2021年鹽鍋峽、八盤峽電站參與甘肅電力現貨市場運行，每日按調度下發的兩站出清曲線安排機組運行。兩站電力現貨市場運行情況不能實時反饋，生產、經營管理人員無法及時查詢、掌控各項經營數據，同時每日、月度、年度現貨市場運行、結算情況無法自動進行數據統計，僅靠現貨交易平臺每月發布數據得知，無法及時、準確并有效地對電力現貨市場運行情況進行日總結、日復盤和經營策略的調整、制定。同時兩站水庫聯合調度未能有效地與電力現貨市場運行相結合，無法將聯合調度的優勢體現在電力營銷成果上。

電站生產管理人員及領導按照傳統管理方式僅能依靠電話詢問、現場查看等方式了解設備的運行狀態、水情信息、現貨市場運行情況，而人為的電話匯報極易出現因個人能力因素造成的描述不清、不到位的情況，對管理人員在安全生產、經營管理等方面指導的及時性與準確性均有一定影響。

2021年前公司運行部下轄管理的鹽站運行值組、八站運行值組，共計12個值組、2個操作班，合計80余人，為適應現代化電站管理模式，實現集控運行、優化人力資源配置已迫在眉睫。

3 項目主要做法

NARI IMC水情水調自動化系統在公司鹽鍋峽、八盤峽水電站實施后，公司出于對兩座水電站集控運行模式、現場的生產管理、設備狀態實時掌握、數據信息計算便捷、電力現貨準確分析的需要，公司組織生產管理與技術人員自主對水情自動化系統開展了深入的研究、拓展開發。在原NARI IMC水情水調自動化系統的基礎上自主開發了適合鹽鍋峽、八盤峽兩站生產現場需求的應用模塊，將系統在原有的單一水務計算的基礎上，功能延伸、擴展成為水情電量報表自動計算生成、實時雨量自動傳送、歷史數據查詢、電力現貨實時跟蹤及結算數據查詢、機組運行狀態監測及可靠性數據匯總等綜合應用的系統平臺，并且具備分析、查詢、報表等功能。

3.1 系統拓撲

系統在鹽、八兩站在生產Ⅱ區各部署一臺前置機，用于實時數據采集工作，前置機與監控系統通訊機（生產Ⅰ區）經防火墻連接，同時前置機從本區域內的廠用電系統數據讀取電能數據至本地數據庫，再經電力專用正向隔離裝置將數據發送至Ⅲ區服務器。防火墻安全策略是固定IP固定端口的最小化安全策略，正向隔離裝置對內、外網的IP和MAC進行了綁定。

圖1 網絡拓撲圖

3.2 軟件架構

系統采用的J2EE架構是一款跨平臺、支持異構平臺的多層分布式面向對象的系統軟件，它包含了分布式對象架構，支持異構平臺，目前基于該平臺的應用有實時監控模塊、水情模塊、機組狀態監測模塊等。鹽鍋峽IMC 系統采用了C/S方式，數據庫選用SQL Server2012。生產Ⅱ區的前置機主要運行兩個業務程序，“MPI104”與“數據抽取程序GetTransferData”,前者負責與監控通訊機通信從監控系統獲取機組有功、上、下游水位、機組狀態等實時數據，后者負責從電能量系統取得機組發電量、線路發電量等非實時數據。水情服務器運行“數據處理服務”“Reportcalc”“一體化計算任務調度”等程序負責將Ⅱ區上送的數據進行入庫處理、數據計算等。

4 項目主要亮點

NARI IMC水情水調自動化系統在甘肅鹽鍋峽發電有限公司延伸、拓展開發后，成為公司兩座水電站集中控制運行、實時降雨量統計與傳送、局地暴雨監測預警、水情電量報表自動計算生成、歷史數據查詢、電力現貨實時跟蹤及結算數據查詢、機組運行狀態監測及可靠性數據匯總等綜合應用的系統平臺，同時具備分析、查詢、報表生成等功能，更為公司生產經營管理人員及領導實施生產經營決策提供數據支持。

2021年1月1日，甘肅鹽鍋峽發電有限公司鹽鍋峽、八盤峽兩座水電站實現集控運行，走在了甘肅系統內水電站“運行集中值班、現場無人值守”的現代化水電站管理模式的前列。依托系統功能的不斷擴展、完善與運用，公司2021年在電力現貨交易運行中取得了極好的經營成績，同時通過兩站水庫的聯合調度、優化發電運行，不斷提升運行人員監盤方法與質量，2021年公司兩站完成發電量38.69億kW·h，截至2022年9月30日更是取得公司安全生產長周期記錄4 148 d的優異成績。

現從數據整合與共享、鹽八兩站現貨市場運行及兩站水庫的聯合調度、優化水務計算方式、提高數據準確性、開放的數據接口和綜合應用4個方面簡要介紹。

4.1 數據整合與共享

水情自動化系統在2019年投入初期主要功能為水務計算，同時期預留了與電能量數據的接口，2020年電站自主研發不斷拓展、延伸系統功能，首先從電能量數據與水情數據的聯合應用著手，優化程序增加發電耗水率、單機小時電量、機組小時有功功率、可用率等經濟指標數據點，并在原水情報表的基礎上制作滿足鹽鍋峽、八盤峽兩站實際需求的水情、電量、可靠性和經濟運行分析報表，運行人員每日可直接導出、發送，減少了人力資源的投入。電站組織人員對數據進行挖掘分析，不斷地研究和開發新的報表模版，通過自動生成的報表數據對運行方式進行復盤，總結不足優化運行策略，指導集控值班人員在最優的方式下運行。

結合鹽鍋峽、八盤峽兩站上位機缺少機組重要參數數據的趨勢分析，造成運行人員在監盤過程中直觀發現設備缺陷的作用無法發揮到最大的現實情況，在系統中引入機組定子線棒溫度、瓦溫，油泵啟停、機組振動等重要實時數據，并按每15 min對數據進行取樣，在系統中展現兩站機組狀態監視畫面，通過數值和曲線兩種方式反映機組振動、溫度和油泵等的運行工況，直觀地為生產管理人員實時掌握機組狀態提供了有效和便捷手段。

為實現現貨市場運行結算分析的流暢性與準確性，將按分鐘取樣的全站有功實時數據，修改程序為符合電網規則要求的15 min間隔點，更好地實現與電網現貨運行系統的高度融合，并更大限度滿足現貨交易結算數據的統計與分析。

2022年汛前完成了鹽鍋峽、八盤峽兩站雨量計接入水情系統的工作，按照地區降水量特點和防汛要求開發了實時降雨量顯示與統計功能，為兩站在局地暴雨監測、預警及安全防洪度汛方面提供實時數據支撐。

目前系統在最初上線時僅有功能畫面21個、水務計算報表10個、兩站建模點位合計90余點的基礎上，經過兩年多的開發與研究，實現系統展現各類監視、分析畫面110個、水務計算報表37個、兩站建模點位合計1301點。目前已發展成集水務計算、電量報表、機組重要參數狀態監視、現貨交易數據分析跟蹤、實時雨量統計的綜合數據應用平臺。

同時實現了系統平臺在公司內網的分享，生產、經營管理人員及領導能夠登錄系統平臺，隨時查看機組運行方式、運行狀態與重要參數變化趨勢、電力現貨市場運行情況，第一時間根據設備狀態、運行方式、電力現貨市場運行情況對鹽鍋峽、八盤峽兩站設備安全運行及經營管理提出及時、準確地指導，確保隨時掌握到電站生產情況的第一手資料。

圖2 生產統計信息

圖3 現貨交易查詢

圖4 機組油位數據

4.2 鹽八兩站現貨市場運行及水庫的聯合調度

甘肅電網自2020年開始施行電力現貨交易市場的長周期運行，市場運行期間政策的把握、上報及結算數據的復盤分析、應對策略的改變等方面對公司的總體經營效益有至關重要的影響，但現貨市場運行依托甘肅省調現貨交易平臺，該系統獨立運行于電力調度數據網，對接入的交易主機以及網絡有極為嚴格的安全要求，目前根據電網要求只能設置經省調認證的4臺現貨交易主機進入系統，交易平臺的限制，造成交易數據無法在第一時間向所有參與經營管理及現貨市場操作的人員進行展示，經營管理人員無法掌握第一手資料并對市場操作人員及時提出操作指導與經營策略的變更，無法將公司經營團隊的作用發揮到最大化。結合以上實際情況，開發現貨數據填寫、結算分析功能，該功能實現現貨運行重要數據的展示，包含雙邊出清曲線、自計劃曲線、實時電價和實時出力，其中雙邊出清曲線根據交易規則為D-2日早8：00前各電站申報的運行日預測電量，在D-1日系統根據用電量及水火風光發電量分配出一條曲線（全天96個點）。自計劃曲線是運行日根據實際入庫流量及上游水位提前30 min修改自計劃負荷而形成，實時電價是為實時市場的交易電價。在數據庫中對上述數據點建模，采用同步錄入的方式記錄現貨交易過程，通過制作數據曲線畫面，將省調現貨交易平臺展示的交易過程“搬遷”至公司內網系統，同時在系統中制作當日電力現貨分析報表用于記錄當日交易情況及復盤情況。現貨交易跟蹤功能為公司在現貨交易操作、復盤分析、交易策略制定、管理人員指導等方面，提供了強大的技術手段，經過系統的運用將公司經營團隊的作用發揮至最大，最終在2021年現貨交易運行中公司取得了極好的經營成績。

結合鹽八兩站集控運行與現貨交易，水調自動化系統通過采集匯總功能，在水情集控畫面里同步顯示兩個電站的出入庫流量、機組負荷、水庫水位及經濟運行指標等數據，實現了兩站的水庫聯合調度，其作用突出表現在劉家峽電站深度調峰及汛期大流量運行期間，合理利用兩站水庫有效庫容，實現上下聯動、配合調整、錯峰運行，最大限度減少兩站大流量下棄水的發生，充分發揮水電站流域內水庫聯合調度作用，實現區域內流量無縫調整和銜接，有效提高機組運行水頭，降低機組耗水率，保證水庫水位平穩，提高水資源利用率，使電站經濟運行情況達到最優，也使2021年公司兩站完成發電量38.692 6億kW·h。

圖5 集控主界面

圖6 數據分析

4.3 優化水務計算方式提高數據準確性

在NARI IMC水情水調自動化系統原有的計算模式上，根據鹽鍋峽、八盤峽兩站實際運行情況對水情計算公式、報表生成、平臺畫面、格式等方面進行不斷地修正、驗證與拓展開發，不斷提高數據的準確性和系統運行的穩定性。

在NARI IMC水情水調自動化系統上、下游水位，出入庫流量等數據在數據庫中采用實時表、小時表、日表等方式分類存儲，其中實時表中的上、下游水位等遙測量數據為每1 min一條入庫，發電流量、出入庫流量、泄水流量等采用間隔15 min的頻次進行數據計算，較之前的人工計算數據的準確性有了很大的提升，但在實際運行過程中也發現系統數據出現與上游的劉家峽水電站、小川水文站以及下游的河口、柴家峽水電站在出入庫流量數據上存在不匹配的情況，經過對流量計算程序的檢查，系統中“入庫流量＝出庫流量+庫容差流量”，其中“出庫流量＝發電流量+泄水流量”，對出庫流量中發電流量和泄水流量的計算過程分析，發現鹽八兩站由于所處的流域段每年進入汛期后黃河會攜帶大量的草根等雜物入庫，隨流量增加此種情況更甚，機組攔污柵壓差隨之不斷升高，對機組水頭有較大的影響。而原程序中在引入的水頭數據為水位測量裝置上送的遙測值，在機組攔污柵雜物較多的情況下遙測值并不能真實反映壓差情況，因此數據誤差帶來的水頭損失導致出庫流量變化不能真實地反映。針對以上情況對原計算程序進行了修改，在每臺機組的流量計算里引入攔污柵壓差，真實反映水頭變化，提高了發電流量計算的準確性與精確性。

其次在泄水流量的計算方面，由于兩站溢流門開度與泄流量的關系曲線中“0～7 m”的范圍內無準確數據，在汛期提門泄洪期間對泄水流量的計算產生影響，為確保數據的準確性通過引入經驗公式，反復比對上下游水文站的數據調整公式系數，最終確定較為準確的參數進行計算，進一步提高泄水流量數據的準確性。

針對系統投運后多次出現的“庫容差流量”大范圍跳變導致入庫流量為負值的情況，經過多次觀察數據發現，庫容差流量異常時，同時存在上游水位跳變的情況，經過再次深入分析，發現由于鹽八兩站水庫存在淤積情況導致庫容減小，而上游水位計距機組進水口較近，當有機組進行開停機操作時，上游水位數據會出現較大范圍的波動。系統中水位數據采集為間隔1 min的實時量，而因開停機影響上游水位波動的情況基本上會在1 min左右消除，根據以上情況對程序的算法進行了優化，采用動態選取計算時間點附近3次的數據取平均值，既保證在正常情況的計算準確性，也可最大程度地消除水位波動帶來的庫容差數據跳變。

不斷優化系統報表功能，在實際運行過程中發現部分報表計算數據有誤，如：在統計機組最小負荷時，系統將停機時的“0 MW”作為最小值進行計算，不符合報表數據要求。經過對報表需求分析，報表中機組最小值是滿足穩態方式下的“最小值”，既要過濾“0 MW”情況，還要濾去開停機時負荷調整階段的數據。針對此情況經過多次修改程序算法，采用在大于0的數據內篩選穩態方式的最小值，并經過長時間的運行比對，數據與機組實際運行方式吻合，滿足報表報送的要求。

4.4 提供開放的數據接口和綜合應用

2021年蘭州市防汛辦建立防汛調度平臺，要求鹽八兩站提供實時壩上水位、出入庫流量等數據。水情系統采用了SQL Server 數據庫，數據庫主要由“PUBUser”和“WDS”兩個庫，其中PUBUser用來存放“NHQ曲線”“水位庫容曲線”“閘門泄流曲線”以及用戶、模型等平臺通用數據，“WDS”庫用來存放實時數據、歷史數據等水情相關數據量。

在“WDS”庫中建立轉發數據表，將防辦需要的數據從實時報表中導出，再經正向隔離裝置單向傳遞至外網安全接入區的水情主機數據庫內，防辦服務器經防火墻安全認證后訪問數據資源。開放的數據接口提供了通用化的外部訪問手段，對于不同部門要求的數據，水情平臺通過對轉發數據庫做配置就可以實現數據共享，目前水情平臺還向甘肅省水資源辦、黃河公司大壩中心提供實時水情數據。

公司辦公樓門廳LED大屏接入水情系統，在大屏滾動顯示發電量、耗水率、降雨量數據、兩站機組實時運行狀態及現貨實時市場運行情況，展示公司生產運行、經濟指標數據。

5 結論

NARI IMC水情水調自動化系統在甘肅鹽鍋峽發電有限公司延伸、拓展開發后，公司取消水調班，班組人員全部轉至其他工作崗位，優化了公司人力資源配置，改善員工工作環境，降低企業的生產和管理成本，提升管理效率；為鹽八兩站集控運行創造了有利條件，在一定程度上降低了工作人員工作量，實現了人力資源的充分利用，直觀地為運行人員與生產管理人員提供實時掌握機組狀態的有效、便捷手段，有效提高了運行人員監盤質量，為設備缺陷的早發現提供直觀渠道，提高了設備安全穩定運行；為公司在現貨交易操作、復盤分析、交易策略制定、管理人員指導等方面，提供了強大的技術支持手段，經過系統的運用將公司經營團隊的作用發揮至最大，在2021年現貨交易運行中公司取得了較好的經營成績；為兩站在局地暴雨監測、預警及安全防洪度汛方面提供數據支撐；合理利用兩站水庫有效庫容，實現上下聯動、配合調整、錯峰運行，在2022年大通河流域發生較大洪水時，最大限度減少兩站大流量下棄水的發生，充分發揮流域內水庫聯合調度作用，實現區域內流量無縫調整和銜接，有效提高機組運行水頭，降低機組耗水率，提高水資源利用率，使電站經濟運行情況達到最優；提高值組間協同能力，在工作中實現通盤考慮，縮短調度命令的傳達時間和過程，減少事故、異常處理時間，提升工作效率，取得了公司安全生產長周期記錄4 148 d的優異成績。