Pérdida de sincronización de tiempo: PTP e IRIG-B

Respuesta corta

Cuando los IED de una subestación pierden la sincronización, la causa suele estar en el reloj maestro (antena o señal GNSS perdida, reloj en retención) si todos la pierden a la vez, o en la distribución si solo la pierde un grupo: bus IRIG-B sobrecargado o con formato distinto, switches sin soporte PTP, perfil o dominio PTP diferentes. El efecto va desde eventos con hora equivocada hasta el bloqueo de funciones que comparan valores muestreados de varias merging units.

Síntoma

Los IED muestran «sin sincronización», el reloj de la subestación da una alarma o los registros de eventos traen horas que no cuadran entre equipos. En una subestación digital, además, la pérdida puede aparecer como una alarma de calidad en los valores muestreados y como el bloqueo de una diferencial que compara corrientes de varias merging units.

La sincronización de tiempo en subestaciones tiene tres partes: la referencia (normalmente GNSS), el reloj maestro con su oscilador de retención y la distribución hasta cada IED por IRIG-B o SNTP o por PTP según IEC/IEEE 61850-9-3. Saber cuántos equipos perdieron la sincronización y desde cuándo ya dice en cuál de las tres partes está el problema.

Causas posibles, de la más a la menos probable

Causa	Por qué ocurre	Qué la delata
Pérdida de la señal GNSS	Antena, cable o conector dañado, protección de la antena quemada por una descarga, obstrucción o interferencia	Alarma del reloj, satélites en cero, reloj en retención; todos los IED afectados al mismo tiempo
Retención fuera de especificación	La pérdida de GNSS duró más de lo que el oscilador sostiene	El grandmaster PTP cambia su clase de reloj y los equipos lo rechazan
Distribución IRIG-B defectuosa	Salida sobrecargada con muchos relés en paralelo, polaridad invertida, cable dañado	Solo pierden la sincronización los equipos de un mismo bus
Formato o extensiones IRIG-B distintas	Reloj en B00x y relé esperando B12x, o diferencias entre IEEE 1344 y C37.118	Un equipo nunca sincroniza o lo hace con año u hora corridos
Switch sin soporte PTP en la ruta	Un switch que no actúa como reloj transparente o de frontera agrega un retardo variable	Desviación que cambia con el tráfico; equipos detrás de ese switch afectados
Perfil, dominio o VLAN PTP distintos	Equipos configurados con perfiles diferentes o con otro número de dominio	Un IED no reconoce al grandmaster aunque reciba los mensajes
Zona horaria o desfase local	Configuración distinta entre equipos	Sincronizado, pero con horas de diferencia en los registros

Qué revisar primero

¿Cuántos equipos y desde cuándo? Todos a la vez apunta al reloj maestro o a su referencia; un grupo, a la distribución; uno solo, a su configuración.
Estado del reloj maestro: satélites recibidos, modo (sincronizado o retención), alarmas de antena y, en PTP, la clase de reloj que anuncia. Ver por ejemplo el reloj SEL-2488.
Eventos atmosféricos recientes. La antena y su protección están expuestas; una descarga cercana es una causa frecuente de pérdida de GNSS.
Topología de distribución: qué IED cuelgan de cada salida IRIG-B y por qué switches pasa el PTP. Un switch Ethernet de subestación reemplazado por otro sin soporte PTP basta para degradar todo lo que está detrás.
Configuración del IED afectado: formato IRIG-B, extensiones, hora local, perfil y dominio PTP, VLAN y prioridad.

Dónde se perdió la sincronización

¿Todos los IED perdieron la sincronización a la vez?
- Sí¿El reloj maestro indica pérdida de la señal GNSS?
  - SíRevise antena, cable, protección de la antena e interferencias; el reloj está en retención
  - NoRevise la salida del reloj y la distribución común: amplificador IRIG-B o troncal PTP
- No¿Los equipos afectados comparten un bus IRIG-B o un switch?
  - SíRevise ese tramo: carga del bus IRIG-B, switch sin soporte PTP o VLAN
  - NoRevise la configuración del IED: formato, extensiones, perfil y dominio PTP

Cómo se confirma

Comparación contra una referencia portátil de tiempo: un reloj de prueba con GNSS propio mide la desviación de la salida del reloj maestro y de cada IED.
Osciloscopio en el bus IRIG-B para ver la forma de la señal, los flancos y la amplitud con todos los receptores conectados.
Captura de tráfico PTP: clase y identidad del grandmaster anunciado, dominio, corrección acumulada por los relojes transparentes y retardo de cada enlace.
Indicadores de los valores muestreados: en el bus de proceso, cada trama lleva el indicador smpSynch, que dice si la merging unit está sincronizada a una referencia global, a un reloj local o a ninguna. Ver IEC 61850 valores muestreados.

Cómo evitar que se repita

Redunde la referencia: dos relojes maestros con antenas separadas, o un reloj con oscilador de retención adecuado para la aplicación.
Proteja la antena y su cable contra sobretensiones y ubíquela con buena visibilidad del cielo.
Diseñe la distribución IRIG-B dentro de la capacidad de cada salida, con amplificadores donde haga falta.
Use solo switches compatibles con el perfil PTP en la ruta de sincronización, y verifíquelo después de cada reemplazo.
Supervise el reloj desde el SCADA: modo, satélites y alarmas, no solo la señal de «sincronizado».
Unifique la convención de hora (UTC o local) y documéntela para todos los equipos.

Qué no hacer

No ajuste la hora a mano en cada relé para «corregir» registros. Arregle la fuente.
No mezcle switches sin soporte PTP en una red de bus de proceso.
No ignore la alarma del reloj porque los relés siguen protegiendo: los registros de eventos sin hora confiable dificultan cualquier análisis posterior, y en una subestación digital las funciones que dependen de la sincronización pueden bloquearse.
No instale la antena donde quede expuesta sin protección o tapada por estructuras.

Cuándo llamarnos

Si la sincronización se pierde y no está claro si es el reloj, la distribución o la configuración de los IED, nuestro equipo revisa en remoto la configuración de los relés, del reloj y de los switches, y le indica dónde está el problema. Configuramos e integramos la sincronización de tiempo en sitio como parte de la configuración de control, protecciones y comunicaciones, y la diseñamos desde la ingeniería de comunicaciones. Escríbanos.

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Referencias

IEC/IEEE 61850-9-3, Precision time protocol profile for power utility automation.
IEEE 1588, Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.
IEEE C37.238, Standard Profile for Use of IEEE 1588 Precision Time Protocol in Power System Applications.
IRIG Standard 200, IRIG Serial Time Code Formats.
IEEE C37.118.1, Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems.

Preguntas frecuentes

¿Qué pasa con las protecciones si se pierde la sincronización de tiempo?

Las funciones que usan medidas de un solo equipo siguen operando. Las que comparan valores muestreados de varias merging units, como una diferencial en el bus de proceso, pueden bloquearse cuando las unidades dejan de estar sincronizadas a una referencia común. Los registros de eventos y los sincrofasores pierden exactitud o se marcan como no válidos.

¿Qué es la retención (holdover) del reloj?

Es el modo en que el reloj maestro sigue entregando tiempo con su oscilador interno cuando pierde la referencia GNSS. La exactitud se degrada con el tiempo según la estabilidad del oscilador; mientras sigue dentro de su especificación, el reloj lo anuncia y los equipos lo aceptan.

¿Por qué la hora del relé está corrida varias horas si tiene sincronización?

Casi siempre por la zona horaria o el desfase local configurado en un equipo y no en otro, o por una interpretación distinta del signo del desfase entre las extensiones IEEE 1344 e IEEE C37.118 de IRIG-B. La sincronización funciona, pero la conversión a hora local no coincide.