Turbin uap merupakan salah satu komponen PLTU yang mahal, karena itu turbin dilengkapi dengan peralatan proteksi (Turbin Protective Device) yang berfungsi untuk mengamankan turbin dari kemungkinan terjadinya kerusakan fatal. Peralatan pengaman turbin terdiri dari beberapa sistem dimana katup uap akan menutup atau turbin akan trip bila salah satu pengaman tersebut bekerja.
Ada beberapa proteksi turbin baik dari turbin itu sendiri maupun proteksi dari sistim lain. Seperti:
1. Putaran lebih (over speed) 2. Over speed protection control 3. Tekanan minyak pelumas (very-low) 4. Turbin thrust oil pressure high 5. Condenser vacuum low 6. Initial pressure regulator 7. Hydraulic pressure low
8. Vibrasi dan temperature bearing (very-high)
4.1. Pengaman turbin terhadap putaran lebih (overspeed)
Sistem pengaman ini akan mentripkan turbin bila putaran turbin naik melebihi harga putaran yang telah ditetapkan. Salah satu peralatan untuk keperluan ini adalah peralatan over speed mekanik.
Bila terjadi gangguan, katakanlah pada alternatornya, maka pemutus tenaga listrik utamanya (PMT) secara otomatis trip ( membuka) dan outputnya hilang. Sinyal trip juga mengoperasikan katup solenoid pada sistem hidrolik turbin yang kemudian menutup semua katup uap utama (MSV) turbin dan mesin tersebut stop secara aman.
Namun, bila MSV trip turbin gagal berfungsi, uap akan terus menerus masuk ke turbin dan putarannya akan naik. Kenaikan kecepatan ini akan di deteksi oleh governor dan katup pengatur uap akan menutup. Sistem governor seharusnya mampu menahan kenaikan putaran dan menurunkan pada angka diatas kecepatan operasi normal tetapi masih pada batas “aman”
Gambar 4.1, Peralatan Over Speed
Tetapi ada kemungkinan “ Sistem governor ” gagal untuk mengontrol putaran turbin, atau responnya tidak cukup cepat, sehingga putarannya dapat naik ke tingkat yang berbahaya. Untuk mencegah ini semua turbin dilengkapi dengan peralatan proteksi putaran lebih. Diagram sederhana sebuah peralatan proteksi turbin ditunjukkan pada gambar 4.2.
Unit penggeraknya umumnya dikenal sebagai “ Over Speed Bolt” dan dikonstruksikan sedemikian rupa sehingga pada putaran turbin tertentu, gaya sentrifugal melampaui tekanan pegas. Baut tersebut bergerak keluar dari poros untuk mendesak lengan trip dan melepaskan “ pawl ”. Ini mengakibatkan “ Emergency Trip Plunger ” bergerak keatas sehingga menutup pasok minyak tenaga ke katup stop uap Turbin (MSV). Dalam gerakan ini juga membuka drain sistem minyak penggerak MSV, sehingga katup uap ini menutup.
Dalam kenyataannya, sebuah turbin mempunyai 2 over speed bolt dan 2 Emergency Trip Plunger. Salah satu baut (bolt) akan mengoperasikan kedua emergency trip plunger yang
Ada sebagian pembangkit yang turbinnya tidak mempunyai proteksi over speed secara mekanis, akan tetapi hanya menggunakan tiga buah sensor speed induktif yang dipasang pada roda gigi, dimana apabila dua dari tiga sensor menyatakan putaran lebih maka turbin akan trip.
4.2. Overspeed Protection Control (OPC) atau Anticipatory Gear
Prinsip kerja alat ini adalah membandingkan beban turbin dengan beban generator. Beban turbin dipantau menggunakan saklar tekanan uap yang dipasang pada titik tertentu, sedang beban generator dideteksi dengan mengukur energi listrik yang dihasilkan generator atau mendeteksi posisi PMT.
Bila perbandingan dari kedua sinyal menunjukkan bahwa turbin beroperasi dengan aliran uap lebih besar daripada energi listrik yang dihasilkan generator, maka suatu sinyal listrik akan dikirim ke solenoid yang akan membuka saluran drain pada sistem minyak kontrol. Pembukaan katup drain akan menurunkan tekanan minyak kontrol sehingga akan menutup katup-katup uap lebih awal dibanding sinyal dari governor.
4.3. Bearing Oil Pressure Low
Bila tekanan pelumas bantalan turbin turun hingga mencapai suatu harga yang cukup rendah, maka dapat mengakibatkan kerusakkan yang fatal akibat hilangnya kemampuan minyak pelumas memberi lapisan film baik pada bantalan maupun poros turbin. Untuk mencegah hal ini, maka turbin dilengkapi dengan proteksi terhadap tekanan pelumas bantalan rendah. Sistem proteksi ini akan bekerja dan mentrip turbin bila tekanan pelumas bantalan turun hingga mencapai suatu harga tertentu yang telah ditetapkan.
Penurunan tekanan minyak pelumas hingga sangat rendah dapat diakibatkan oleh tersumbatnya filter. Aliran minyak pelumas ke bearing sangat penting sehingga sistem pelumas dilengkapi dengan beberapa pompa yang akan bekerja saling mem back up. Dan juga dilengkapi beberapa alarm seperti differensial pressure filter high dan alarm pressure oil low sebelum mencapai setting tripnya.
4.4. Turbin Thrust Oil Pressure High
Posisi thrust bearing pada turbin merupakan titik referensi terhadap gerakan relatif antara poros dengan casing. Bila terjadi pergeseran posisi rotor turbin yang berlebihan dalam arah aksial, dapat mengakibatkan pergesekan antara rotor dengan stator turbin. Untuk mendeteksi pergerakan relatif poros terhadap casing dipergunakan tekanan minyak yang disebut tekanan minyak thrust bearing.
Bila terjadi pergeseran relatif rotor terhadap stator, maka tekanan minyak thrust bearing akan naik. Seandainya pergeseran ini cukup besar, maka kenaikan tekanan minyak akan cukup tinggi dan pada suatu harga tertentu yang telah ditetapkan, turbin akan trip.
4.5. Condensor Vacuum Low
Bila vakum kondensor rendah atau tekanan kondensor naik, maka temperatur uap juga meningkat sedang aliran uap bekas menuju kondensor turun. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya overheating pada sudu-sudu akhir turbin tekanan rendah dan casing. Untuk mencegah terjadinya overheating tersebut, maka turbin dilengkapi dengan peralatan proteksi terhadap vakum kondensor rendah. Pada harga vakum tertentu, turbin akan trip karena peralatan proteksi vakum rendah bekerja.
Low Vacuum Unloader
Silinder LP dan kondensor dirancang untuk beroperasi pada temperatur uap yang relatif rendah. Bila vakum kondensor turun maka temperatur uap akan naik sehingga hal dapat menimbulkan resiko kerusakan pada sudu-sudu LP dan pipa kondensor. Untuk mencegah terjadinya hal ini turbin dilengkapi dengan Low vacuum unloader gear yang akan bekerja mengurangi aliran uap, bila vakum turun mencapai harga tertentu. Beban akan turun sampai harga tertentu agar terjadi perbaikan vakum. Namun bila perbaikan vakum gagal dan vakum kondensor turun terus, maka pada harga vakum tertentu peralatan trip vakum rendah akan bekerja untuk mentripkan turbin.
Sebagai pengaman tambahan untuk mencegah kerusakan turbin dan kondensor juga dilengkapi dengan ‘diapragma’ pembebas tekanan kondensor yang dipasang di silinder LP turbin. Apabila tekanan kondensor naik terus hingga melebihi tekanan atmosfir, maka diapragma (bursting/rupture disc) ini akan pecah sehingga uap akan terbuang ke atmosfir. 4.6. Initial Pressure Regulator (IPR)
Bila pada beban penuh terjadi gangguan pada boiler yang menyebabkan laju pembakaran tidak sesuai dengan permintaan produksi uap, maka tekanan uap akan turun. Bila tekanan uap dibiarkan turun terus akan terjadi “carry over” uap dari boiler masuk ke turbin atau temperatur uap turun sehingga dapat melampaui harga batas yang ditentukan. Hal ini dapat menyebabkan resiko turbin rusak. Untuk mencegah itu, maka dipasang pengaman yang disebut Initial Pressure Regulator (IPR). Proteksi IPR bekerja untuk mengurangi aliran uap dengan menutup katup governor. Bila penutupan ini belum mampu untuk menghentikan penurunan tekanan uap, maka peralatan trip tekanan uap rendah akan bekerja untuk mentrip turbin. Sedangkan bila tekanan uap kembali normal, maka kontrol governor mengembalikan governor valve keposisi normal.
Peralatan IPR ini dapat di non aktifkan untuk keperluan tertentu, misalnya pada saat turbin start (rolling up).
4.7. Hydroulic pressure low
Pada tekanan minyak kontrol yang normal peralatan ini tidak bekerja. Tetapi jika terjadi penurunan tekanan minyak secara drastis akibat sinyal dari governor atau peralatan antisipasi lain (listrik), alat ini akan membuka drain minyak kontrol lebih lanjut sehingga katup-katup uap akan menutup lebih cepat. Alat ini hanya akan beroperasi bila terjadi penurunan tekanan minyak kontrol, bila tekanan sudah tetap alat ini akan reset.
4.8. Vibrasi dan temperature bearing very high.
Pada turbin supervisory yang dimonitor adalah : 1. Vibrasi bearing.
2. Rotor expantion (shaft position) 3. Casing expantion
4. Temperature bearing dan thrust bearing
Selain dimonitor besaran-besaran yang ada pada turbin supervisory juga dibatasi. Batasan-batasan nilai ini juga digunakan untuk mengamankan turbin dari kerusakan seperti Vibrasi very-high, temperature bearing very-high, expantion very-high.
4.9 Pengujian Protective Device & Stem Freedom Test
Karena peralatan proteksi turbin harus memiliki keandalan yang tinggi, maka peralatan-peralatan proteksi tersebut harus diuji secara periodik. Maksud pengujian disini adalah untuk meyakinkan bahwa sistem proteksi turbin akan selalu dapat berfungsi dengan baik pada saat diperlukan.
Pengujian sistem proteksi turbin dapat dilakukan pada saat turbin sedang dalam keadaan operasi tanpa menggangu kondisi operasi turbin.
Selain sistem proteksi turbin, katup-katup uap pada turbin juga perlu di uji secara periodik. Katup-katup uap yang perlu di uji adalah katup-katup penutup cepat (Stop Valve) termasuk Reheat Stop Valve, katup-katup governor termasuk Interceptor Valve. Pengujian terhadap katup-katup tersebut dilakukan dengan cara menutup katup-katup uap sementara, untuk selanjutnya dibuka kembali. Hal ini dilakukan dengan maksud untuk mencegah kemungkinan macetnya katup-katup tersebut. Karena itu, pengujian terhadap katup-katup uap tersebut dinamakan Stem Freedom Test.
Program pengujian ini hanya dapat dilakukan pada turbin yang dilengkapi dengan 2 set katup uap, yaitu 2 set katup utama (MSV) dan katup governor (GV), dan pada turbin multi silinder dilengkapi dengan 2 set katup reheat utama (RSV) dan katup intecepter (ICV).
