Возрождение атомной энергетики России в начале 2000-х годов стало не просто возвращением к строительству станций, а перезапуском всей технологической парадигмы отрасли. После непростого периода 90-х, когда сооружение фактически остановилось, судьбоносное решение о масштабной модернизации и развитии отрасли было принято при непосредственном участии Президента Владимира Путина. Во время одного из первых визитов в Саров он поддержал стратегию возрождения важнейшего столпа технологий — атомной энергетики.
Тем не менее к вопросу решения задач, связанных с управлением атомными электростанциями, приступили раньше, после старта российско-иранского сотрудничества по АЭС «Бушер». Инженерам требовалось не просто создать отечественные программно-технические платформы для автоматизации атомных станций, но и разработать и внедрить единую комплексную автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСУ ТП) для энергоблоков атомных станций на основе цифровых технологий с современными принципами управления. Это значительно обеспечило конкурентоспособность на экспортном рынке. Так автоматизация стала фактором обновления и укрепления атомной отрасли России.
В конце 90-х годов была развернута программа по привлечению специалистов Семипалатинского полигона, научных институтов и АЭС России и бывших республик СССР к решению поставленных задач. Одним из главных векторов развития АСУ ТП нового поколения было создание системы верхнего блочного уровня (СВБУ), которая должна была интегрировать разрозненные системы и средства автоматизации в единую систему, а также иметь «дисплейный» способ управления.
Ранее на энергоблоках атомных станций реализовывалась «точечная» цифровизация управления: данные по функционированию ряда технологических систем и оборудования уже выводились на дисплеи информационно-вычислительной системы (ИВС), которые размещались на блочном пункте управления (БПУ), но непосредственно управление производилось «традиционными» методами — операторы поворачивали ключи и нажимали кнопки дистанционного управления задвижками и электромоторами. Так производили пуск, синхронизацию с сетью, остановку и другие операции, обеспечивающие эксплуатацию энергоблока как в нормальных, так и в аварийных ситуациях.
Переход к «дисплейному» методу управления позволил обеспечить не только контроль всех параметров на одном рабочем месте, на экране дисплея, с быстрым переключением «видеокадров», но и прямо там же управлять задвижками и электромоторами с помощью клавиатуры и мыши-трекбола. «Традиционные» ключи дистанционного управления остались, но теперь стали исполнять функцию резервных средств управления. Если говорить простым языком, СВБУ позволила собрать разрозненную «лоскутную автоматизацию» в одном месте, в системе, с которой взаимодействует оперативный персонал в режиме «одного окна».
В «Электрогорском научно-исследовательском центре по безопасности атомных электростанций» (ЭНИЦ) под прямым курированием заместителя министра по атомной энергии РФ Булата Нигматулина было образовано подразделение для создания Полигона по испытаниям АСУ ТП нового поколения. Там собрали Представительный комплекс АСУ ТП, в состав которого входило оборудование БПУ (СВБУ и панели «традиционных» средств управления), представительные части всех основных систем для управления энергоблоком и испытательный комплекс, который имитировал работу энергоблока на основе программной математической модели энергоблока, разработанной «Атомэнергопроектом». Там же были отработаны как принципы «дисплейного» управления, так и подходы к надежному взаимодействию всех составных частей единой автоматизированной системы управления. Заводы-изготовители проверили свои разработки и отладили программное обеспечение, провели комплексные испытания уже единой архитектуры.
Работы по созданию самой новой концепции управления энергоблоками с реакторами ВВЭР-1000 велись во «Всероссийском Научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций» (ВНИИАЭС). Активно они начались в 2001 году, когда «Атомэнергопроект» разработал первый концепт блочного пункта управления будущего энергоблока №3 Калининской АЭС. Разработчики проверяли принципы работы будущих систем и на полигоне в Электрогорске, и на самой станции.
Для этого в 2003 году на основе разработанных ВНИИАЭС методов полностью пересобрали систему управления химводоочисткой всей станции «сверху донизу» — от датчиков до экрана оператора. В новой версии контроллер уже был на базе платформы ТПТС-51, разработанной «ВНИИА им. Духова», а верхний уровень управления системой — дисплейным. В дальнейшем именно по этому принципу были собраны все системы, которые объединились в АСУ ТП нового поколения на новом энергоблоке.
Участники проектов вспоминают, что некоторые специалисты приезжали утром на полигон в ЭНИЦ, отлаживали очередные изменения в программном обеспечении системы внутриреакторного контроля (представительный комплекс этой системы тогда был только там), садились в машину и в ночь ехали на Калининскую АЭС, чтобы на следующий день уже загружать программное обеспечение и продолжать наладку там, а дальше уже применить эти решения на проекте АЭС «Бушер».
Внедрение цифровых систем и дисплейного способа управления в цифровых АСУ ТП стало важным этапом в развитии отечественной атомной энергетики. «Пилотными» проектами стали третий энергоблок Калининской АЭС и первый энергоблок АЭС «Бушер» в Иране — именно там впервые была применена АСУ ТП нового поколения, заложившая основы современных принципов и обеспечившая новый уровень эффективности управления энергетическими установками.
3-й энергоблок Калининской АЭС: эволюция цифровой автоматизации
Строительство третьего энергоблока Калининской АЭС стартовало в советский период и возобновилось к концу 1990-х годов, уже с учетом новых технологических стандартов. Физический пуск блока состоялся 16 декабря 2004 года, подключение к сети совпало с датой его старта, а промышленная эксплуатация началась 8 ноября 2005 года.
В основе СВБУ проекта лежало специализированное программное обеспечение, которое позднее стало ядром SCADA-платформы «ПОРТАЛ», которую сейчас «Росатом» устанавливает на все АЭС, вводимые в эксплуатацию. Это ПО позволило в реальном времени обрабатывать данные от более чем 6000 датчиков и управлять около 2200 исполнительными элементами. Рабочие станции, технические средства оперативно-диспетчерского управления и другое оборудование изготовил «Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (НИИИС).
«Реализация идей и формирование команды — вот главное, что нам дал третий энергоблок Калининской АЭС. Этот проект стал отправной точкой для многого и многих в отрасли. Появилась уверенность, что мы идем верной дорогой, за следующие проекты мы взялись уже с удвоенной энергией. Сила “Росатома” — не только в самих технологиях, но и в людях, которые их создают и внедряют, их экспертизе, старании и воле двигать прогресс. Я горжусь тем, что был в команде, которая реализовала смелые решения. Надеюсь, что новым сотрудникам удастся испытать чувство сопричастности к значимому и удовольствия от проделанной работы, от полученного результата», — отмечает директор департамента систем верхнего уровня АО «Росатом Автоматизированные системы управления» Денис Коротков (в 2004 году — инженер, научный сотрудник ВНИИАЭС, участник пуска энергоблока №3 Калининской АЭС).
«Калининская АЭС»
Калининская АЭС, расположенная в Тверской области на берегу озера Сенеж, является одним из крупнейших энергетических комплексов Центральной России. С четырьмя энергоблоками ВВЭР-1000 общей мощностью около 4000 МВт станция обеспечивает до 20% энергопотребления Москвы и Московской области, гарантируя устойчивость и экологичность энергоснабжения региона.
На площадке станции расположен ЦОД «Калининский» — первый дата-центр «Росатома», введенный в эксплуатацию в 2018 году. Он имеет потребляемую мощностью порядка 48 МВт и возможность для дальнейшего расширения. ЦОД служит опорной площадкой цифровизации атомной отрасли, обеспечивая надежность и энергоэффективность серверных систем благодаря непосредственной близости к источнику электроэнергии — самой АЭС.
АЭС «Бушер»: вызов технологической независимости
Проект первого энергоблока АЭС «Бушер» в Иране — настоящий момент проявления независимости русской инженерной мысли и профессиональной смелости. Строительство станции началось в 1975 году компанией Siemens, но в 1980 году по политическим мотивам было прервано. Процесс возобновился только в 1995 году уже в рамках российско-иранского сотрудничества. Физический пуск блока состоялся 8 мая 2011 года.
Сложность реализации проекта в части автоматизации была в необходимости обоснования предлагаемых технических решений всех уровней и программно-технических платформ конкретных заводов-изготовителей представителям заказчика, Ирана. Кроме того, впервые потребовалось выстроить стройную систему менеджмента качества (на основе как международных норм и правил, так и отечественных требований по безопасности) по всей цепочке: от подрядчика строительства атомной станции до изготовителей оборудования. В этой ситуации полигон в Электрогорске сыграл важную роль и позволил демонстрировать результаты заказчику уже в функциональном варианте.
«Это была непростая задача, нам потребовалось не только создавать сами системы, но и “ломать” менталитет в отрасли. После завершения подготовительных работ на полигон в ЭНИЦ пригласили операторов-технологов со всех российских АЭС, чтобы продемонстрировать “дисплейный” способ управления. Стартовый день можно было назвать полностью провальным, вердикт был однозначный — такой способ управления на АЭС невозможен и не допустим. Но на второй и третий день операторов-технологов удалось вовлечь, показать информационные преимущества, работу в различных режимах. Это уже была “маленькая победа”, мы получили признание и, главное, конструктивные рекомендации по развитию. Это стало большой командной работой», — вспоминает директор департамента управляющих систем безопасности АО «Росатом Автоматизированные системы управления» Вадим Писаренко, непосредственный участник проекта Полигона в ЭНИЦ и разработки систем для АЭС «Бушер».
«АЭС Бушер»
АЭС «Бушер», расположенная на юге Ирана, в провинции Бушер, на берегу Персидского залива, — единственная действующая атомная станция страны. Один энергоблок мощностью около 1000 МВт с реактором ВВЭР-1000 российского производства обеспечивает генерацию электроэнергии для промышленного и хозяйственного комплекса региона, включая портовый город Бушер и прилегающие территории.
В отличие от СВБУ, реализованной на Калининской атомной станции, для АЭС «Бушер» «Институтом проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН» была разработана специализированная SCADA-система, остальные архитектурные решения были аналогичны.
Итоги и преемственность
Оба проекта — Калининская АЭС №3 и АЭС «Бушер» — стали доказательством инженерной воли и профессионального единства российских «автоматизаторов», их готовности к технологическому прорыву задолго до того, как в стране была поставлена государственная задача достижения технологического суверенитета. Приверженность прогрессу и безопасности объединяла создателей систем.
Заложенные тогда инженерные и программные решения дали жизнь целому семейству платформ, на основе которых развивается современная архитектура управления энергоблоками. Полигон АСУ ТП в ЭНИЦ гармонично обеспечил унификацию ряда технических решений, а концепция, разработанная ВНИИАЭС, стала типовой для будущих энергоблоков, что позволило вовремя запустить пилотные проекты, а в дальнейшем успешно реализовать проекты поколения 3+.
Сегодня специалисты, стоявшие у истоков этих проектов, работают в АО «Росатом Автоматизированные системы управления», Инжиниринговом дивизионе «Росатома», на заводах-изготовителях и строящихся объектах, совершенствуя решения по автоматизации атомных электростанций, которые строятся и модернизируются в России и за рубежом.