Александр Борисович АТНИШКИН, к.т.н., ведущий эксперт.
Департамент комплексной автоматизации ООО «Релематика»
Введение
Точная синхронизация времени задает единый ритм работы интеллектуальных сетей и распределительных систем современных электроэнергетических объектов, обеспечивает слаженную работу релейной защиты, систем мониторинга, управления и регистрации, что служит фундаментом устойчивости энергосистемы и ее эксплуатационной эффективности. Без синхронизации единый комплекс фрагментируется — таковы реалии цифрового настоящего [1].
На сегодняшний день сигналы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС, GPS, BeiDou, Galileo перестали быть надежным источником времени для промышленности и критической инфраструктуры. В результате массового применения радиоэлектронного подавления участились сбои в синхронизации серверов точного времени и контроллеров на энергообъектах, что в лучшем случае влекло за собой возникновение некорректных данных в системах мониторинга, а в худшем — приводило к блокировке критических функций защиты. О рисках зависимости от ГНСС-сигналов эксперты предупреждали еще в 2013 году [2].
Для устранения возникшей угрозы российские инженеры разработали инновационное решение — помехоустойчивую систему обеспечения единого времени (ПСОЕВ).
Потеря синхронизации: угрозы и последствия
Точная подстройка всех систем современных энергообъектов под единую шкалу осуществляется при помощи сигналов ГНСС. Это обеспечивает синхронизацию таких процессов, как мониторинг, защита, управление, учет электроэнергии и других. Исчезновение сигналов ГНСС приводит к сбоям, что существенно снижает эксплуатационную эффективность электроэнергетической системы и ее надежность.
Современному цифровому оборудованию требуется высокая точность синхронизации времени — до микросекунд. Например:
- Системе мониторинга переходных режимов (СМПР) необходима синхронизация меньше одной микросекунды. При погрешности в 1 мкс возникает угловая ошибка измерений, что делает данные непригодными для управления.
- Волновые методы определения места повреждения ЛЭП крайне уязвимы к неточностям: погрешность в 1 мкс даст отклонение в 300 м и существенно затруднит локализацию аварии.
- Регистратор аварийных событий (РАС) и система сбора и передачи данных (ССПИ) при рассинхронизации теряют достоверность журналов, заметно усложняя анализ событий.
- Искажение меток времени приводит к ошибкам в работе автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета энергоресурсов (АИИС КУЭ) — данные учета энергопотребления и биллинга будут недостоверными.
- На высокоавтоматизированных подстанциях на ВАПС 3 архитектуре при рассинхронизации SV-потоков с измерениями появляется вероятность блокировки и неправильной работы устройств релейной защиты и автоматики [3].
Основные угрозы для систем обеспечения единого времени, использующих ГНСС-сигналы, связаны с двумя типами помех:
- Маскирующие (джамминг) — создают фоновый шум в рабочем диапазоне частот, ухудшая соотношение сигнал/шум, тем самым маскируют полезные сигналы ГНСС.
- Имитационные (спуфинг) — целенаправленная генерация ложных сигналов ГНСС, подменяющих реальные данные.
Воздействие имитационных помех наносит наибольший ущерб. Неправильные временные метки в данных СМПР продуцируют ложные управляющие команды, что с высокой вероятностью нарушит устойчивость энергосистемы. Однако имитационные помехи, в отличие от маскирующих, менее распространены ввиду более сложной реализации.
Помехоустойчивая СОЕВ: принципы и внедрение
Ядром ПСОЕВ служит помехоустойчивый приемник ГНСС-сигналов на основе антенной решетки с цифровой обработкой сигнала. Несколько антенных элементов формируют «нули» диаграммы направленности в сторону источников помех (рисунок 1), сохраняя связь со спутниками. Такой приемник за счет пространственно-временной обработки сигналов подавляет помехи в 100 000 раз эффективней, чем стандартные ГНСС-антенны.
Для устранения угрозы воздействия помех на работу объектов критической инфраструктуры можно отслеживать скачки времени и координат программным методом либо использовать локальные атомные часы. Однако интеграция и поверка атомных часов требует значительных финансовых затрат, а программа в силах лишь зафиксировать сбой, вызванный джаммингом, нейтрализовать спуф-атаку с плавным уводом времени она не сможет. ПСОЕВ таких ограничений не имеет.
Возможны два способа интеграции ПСОЕВ в инфраструктуру энергообъекта (рисунок 2):
- Дооснащение существующих шкафов с СОЕВ — замена ГНСС-антенны и установка блока питания в шкаф.
- Поставка новых шкафов АСУ, РЗА с интегрированной ПСОЕВ для строящихся или модернизируемых энергообъектов.
Проверка решения на практике
Испытания ПСОЕВ проводились и в лабораторных условиях, и на реальных объектах. В качестве лаборатории использовался полигон цифровой подстанции компании «Релематика», на котором система стабильно отработала в условиях наличия помех на продолжительном интервале времени. Проверка в условиях воздействия реального радиоэлектронного подавления, в которых стандартная антенна не способна обеспечить синхронизацию времени по ГНСС-сигналам, проводилась на энергообъектах Центрального и Южного федеральных округов, где ПСОЕВ успешно восстанавливала синхронизацию по спутниковым данным. В ходе испытаний была подтверждена совместимость решения с оборудованием от ведущих производителей, особое внимание было уделено ключевым моделям серверов времени и контроллеров, часто применяемым в отечественной электроэнергетике.
Сегодня помехоустойчивая система обеспечения единого времени используется в штатном режиме на нескольких десятках объектов электроэнергетики, а также проходит опытно-промышленную эксплуатацию на тех объектах, где были выявлены проблемы синхронизации времени.
Разумеется, электроэнергетикой применение ПСОЕВ не ограничивается. Ее можно и нужно использовать везде, где востребована защита от ГНСС-помех, например, для синхронизации систем управления добычей и транспортировкой ресурсов в нефтегазовой отрасли и нефтегазохимии.
Выводы
Системы точного времени являются неотъемлемым компонентом цифровой энергетики. Растущие угрозы в адрес надежного и стабильного приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ставят энергообъекты перед необходимостью применения специализированного помехоустойчивого оборудования. В этом аспекте ПСОЕВ показала высочайшую эффективность, сохранив при этом совместимость с имеющейся инфраструктурой. Внедрение ПСОЕВ умножает устойчивость электроэнергетической системы к факторам киберфизических воздействий.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2050 года (утв. Распоряжением Правительства РФ № 908-р от 12 апреля 2025 года).
2. Нудельман Г. С., Харисов В. Н., Оганесян А. А. Уязвимость систем синхронизации, основанных на использовании глобальных навигационных спутниковых систем. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, № 3 (18), май-июнь, 2013 г.
3. Атнишкин А. Б., Николаев И. Н. Функционирование
