Милли-, микро-, нано-: как измеряют время на атомных станциях

Единое время на всех АЭС в России — ​требование федерального закона и нормативно-технической документации. Синхронизация с привязкой к точному времени нужна для четкой работы всех компонентов автоматического управления и для расчета мощности и обмена данными с Единой национальной энергетической системой (ЕНЭС).

Хронограф для АЭС

Поставщик оборудования для временной синхронизации всех процессов на атомной станции — ​«Росатом Автоматизированные системы управления» (РАСУ).

«Система единого времени — ​важный элемент безопасной и надежной работы АЭС. Без этого корректное взаимодействие многочисленных систем управления процессами невозможно, — ​объясняет директор департамента систем верхнего уровня РАСУ Денис Коротков. — ​Еще важнее эта система в нештатных ситуациях. Федеральное законодательство прямо обязывает атомные станции фиксировать все с точной временной привязкой: как работают системы безопасности, как действует персонал».

Любое событие (увеличение и сокращение мощности, пиковые нагрузки, аварийные отключения) при десинхронизации с часами ЕНЭС может привести к отклонению от нормы. Чтобы этого не произошло, система мониторинга переходных режимов каждую микросекунду (10–6 секунд) в каждой точке ЕНЭС производит измерение электрических параметров (напряжения, тока, частоты, мощности) и передает на сервер системного оператора для анализа и определения запаса устойчивости энергосистемы.

Эталонное время

Одна из моделей определения точного времени — ​астрономическая. Астрономическое время фиксируют обсерватории, откуда сигнал подается на спутники GPS и ГЛОНАСС.

В доспутниковую и доцифровую эпоху на объектах атомной энергетики использовали аналоговые методы синхронизации времени. Одна АЭС была эталонной, на нее ориентировались остальные. Сигналы точного времени передавали по радио.

«Первые системы синхронизации базировались на электромеханических реле и кварцевых генераторах. Они обеспечивали относительно высокую точность, но имели ограничения в стабильности и долговечности, — ​рассказывает заместитель начальника цеха тепловой автоматики и измерений Нововоронежской АЭС Денис Синюков. — ​В 1980–1990‑х годах начали внедрять электронные системы частотно-временного обеспечения, распределяющие сигналы между узлами системы управления процессами на АЭС. Но эталона времени для всех атомных станций в масштабах страны еще не существовало».

Сегодня сигналы точного времени атомные станции получают от GPS и ГЛОНАСС. Особый сервер автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) передает их по NTP — ​сетевому протоколу для синхронизации внутренних часов компьютера. От специалистов Нововоронежской АЭС мы узнали, что серверы, которые передают временные метки, при необходимости формируют внутреннюю шкалу времени, если спутниковый сигнал потерян или поломался сервер, ответственный за его прием. Дополнительные модули поддерживают стабильную передачу данных даже после сбоя в работе отдельных компонентов.

С точностью до миллисекунды

Система синхронизации времени с использованием данных GPS и ГЛОНАСС передает сигнал с точностью до 5 миллисекунд (50^–3 секунд).

«Это не так уж много, — ​комментирует Денис Коротков. — ​При синхронизации автоматики на АЭС следуют принципу разумной достаточности. Современные цезиевые, рубидиевые часы — ​генераторы опорных и тактовых частот, они позволяют достичь большей точности и стабильности внутренней шкалы времени. Их отклонение от эталонного мирового времени вообще микроскопическое. Но для динамики большинства технологических процессов на АЭС точность ±5 миллисекунд позволяет надежно и достоверно определять и контролировать последовательность событий».

Особое умение протокола NТP состоит в том, что он считывает накопившиеся отклонения и нивелирует разницу. Еще одно его достоинство — ​NTP поддерживают все внутренние программы АСУ ТП, для него не нужно дополнительное оборудование. При полной потере сигнала от спутников АСУ ТП сама определит внутренний сервер, ответственный за время, синхронизирует все системы управления по нему и продолжит работать автономно.

В обозримом будущем АСУ ТП перейдут на атомные эталоны времени с наносекундной точностью (10^–9 секунд). Для этого планируется внедрить новые протоколы синхронизации, такие как White Rabbit — ​протокол передачи времени с точностью до субнаносекунд. Его изобрели для Большого адронного коллайдера.