Pruebas en Merging Units

¿Qué es una Merging Unit?

La Merging Unit (MU) es un dispositivo esencial que actúa como interfaz entre los transformadores de instrumento en el nivel de proceso y los IEDs en el nivel de bay. Su función principal es digitalizar las señales de corriente y tensión provenientes del secundario de los TC y TP, procesar estos datos y publicarlos en la red en un frame Ethernet estandarizado, conforme a la norma IEC 61850-9-2LE (“Light Edition”) o la IEC 61869-9, en el formato Sampled Values (SV).

¿Cuál es la diferencia entre una Merging Unit (MU) y una Stand Alone Merging Unit (SAMU)?

La diferencia entre una MU y una SAMU está relacionada con el tipo de transformador de instrumento al cual está conectado el equipo.

Los Low Power Instrument Transformers (LPITs) son transformadores de instrumento no convencionales (NCITs – Non-Conventional Instrument Transformers), con salida de baja potencia, desarrollados para cumplir con los requisitos operativos de las subestaciones, incluidas las subestaciones digitales basadas en la norma IEC 61850. La norma IEC 61869 establece que, para ser considerado un LPIT, debe producir en su salida, bajo condiciones nominales de tensión y/o corriente, una potencia máxima de solo 1VA (más pequeño, más liviano y, principalmente, más seguro).

Para la medición de corriente, es común utilizar transformadores de corriente inductivos de baja potencia, bobinas de Rogowski o medición óptica por el efecto Faraday. Para la medición de tensión, se suelen usar divisores resistivos, capacitivos o resistivo-capacitivos. La salida de las señales medidas por estos transformadores de instrumentos de baja potencia puede ser analógica, con señales de baja amplitud, o digital, mediante protocolos estandarizados o propietarios. Estos dispositivos tienen MUs conectadas directamente a su secundario, siendo esta conexión propietaria o estandarizada. Cabe destacar que la salida de la MU siempre está estandarizada mediante Sampled Values.

Por otro lado, cuando se busca prolongar la vida útil de los TC y TP convencionales en el patio de la subestación, posponiendo su reemplazo por un LPIT, se utiliza una SAMU (Stand Alone Merging Unit).

¿Qué probar en la MU?

Al probar una Merging Unit, algunos aspectos son cruciales:

• Linealidad: evalúa si la MU responde de forma lineal en amplitud y ángulo según la variación de las señales analógicas inyectadas.
• Respuesta en Frecuencia: verifica los errores de amplitud y ángulo de salida de la MU cuando hay tensiones y corrientes con contenido armónico. La respuesta de la MU para cada orden armónica debe analizarse individualmente.
• Precisión de Amplitud y Ángulo: examina la precisión de los valores de corriente y tensión de salida de la MU en la frecuencia fundamental, a partir de una señal estática en la entrada durante un periodo prolongado (prueba de larga duración).
• Monitoreo de Errores: este monitoreo tiene como objetivo evaluar la salud de la red, verificando que no haya pérdida de mensajes SV, mensajes corruptos o muestras duplicadas o retrasadas.
• Monitoreo Estadístico de Tiempo: este monitoreo tiene como objetivo verificar las estadísticas de tiempo en la transmisión y procesamiento de los SV en la MU, evaluando si el tiempo entre frames es coherente con la tasa de muestreo configurada y si el tiempo de digitalización de las muestras más el tiempo de red está por debajo de los 5 ms establecidos por las normas IEC 61850-5 Ed.2, ítem 11.2.4 y IEC 61689-9 Ed.1, ítem 6.902.2.
• Monitoreo de Sincronización: tiene como objetivo verificar si la sincronización de las muestras se mantiene constante, sin afectar su calidad. Para ello, se evalúa la flag de sincronización en el frame SV.

¿Cómo probar una MU?

Verificar todas las situaciones de prueba descritas anteriormente garantiza que la MU funcione correctamente, publicando la información de corriente y tensión de manera confiable. Esto contribuye a que el sistema de protección pueda operar exitosamente ante una falla o evitar actuaciones indebidas.

Para ello, se requiere el uso de una herramienta de prueba compatible con todos los requisitos mencionados. Este maletín de pruebas debe:

• Inyectar señales analógicas de corriente y tensión con precisión y flexibilidad en amplitud, ángulo y armónicos;
• Suscribirse a los frames SV publicados por la MU, a través de fibra óptica o RJ45;
• Procesar los datos recibidos, proporcionando:
  • Oscilografías de las formas de onda,
  • Diagramas fasoriales,
  • Evaluaciones automáticas de errores porcentuales,
  • Diagnósticos completos de la red (muestras faltantes, muestras duplicadas, fuera de orden o muestras corruptas);
  • Estadísticas de tiempo entre frames y tiempo de digitalización.

Además, el equipo debe ofrecer múltiples opciones de sincronización temporal, como sincronización local, o mediante GNSS, actuar como maestro o esclavo PTP, y ser capaz de funcionar como Grandmaster de la red. Finalmente, el maletín de pruebas debe generar informes completos y editables con los resultados de los ensayos.

La configuración ideal para las pruebas es en bucle cerrado, es decir:

1. Sincronizar la MU actuando como Grandmaster PTP (o, si es necesario, proporcionar señal IRIG-B);
2. El maletín de pruebas inyecta señales analógicas en la MU;
3. Suscribirse a los frames SV mediante fibra óptica (forma más común) o RJ45 para realizar todos los análisis.

Soluciones Conprove

Para cumplir con todos los requisitos presentados, CONPROVE ofrece soluciones de alta tecnología, rendimiento y robustez, garantizando que las pruebas con las Merging Units, así como en todo el contexto de las subestaciones digitales, se realicen de manera segura, eficiente y optimizada.