ANALISIS GANGGUAN REVERSE POWER DAN UNDER FREQUENCY PADA GENERATOR 153,75 MVA UNIT GAS TURBINE 3.1 DI PLTGU GRESIK

(1)

ANALISIS GANGGUAN

REVERSE POWER

DAN

UNDER FREQUENCY

PADA

GENERATOR 153,75 MVA UNIT

GAS

TURBINE

3.1 DI PLTGU GRESIK

Budi Eko Prasetyo1, Sigi Syah Wibowo2, Mega Juliastuti3,

Mochammad Junus4, Muhammad Fahmi Hakim5

1,2,3,4,5

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang

Abstrak

Generator unit GT 3.1 di PLTGU Gresik beroperasi paralel dengan Sub Sistem Krian Gresik mengalami kegagalan pada suplai bahan bakar tanggal 06 Oktober 2015 pukul 10:8 WIB sehingga proteksi reverse power bekerja. Gangguan tersebut mengakibatkan unit GT 3.1 berhenti beroperasi selama 2.21 jam. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana terjadinya gangguan dan setting relay reverse power pada unit GT 3.1 kemudian hubungan antara reverse power dengan under frequency dan penanggulangan agar gangguan reverse power pada unit GT 3.1 tidak terulang kembali. Pada setting manual book yang diterapkan, reverse power relay tipe 7RM3410 memiliki batasan setting trip sebesar 16% (16 MW). Sedangkan menurut standart IEEE nomor 242 tahun 2001 setting reverse power relay sebesar 50% dan pada generator unit GT 3.1 masih dalam kategori yang diizinkan. Ketika terjadi penurunan putaran sebesar 76.6% akibat terganggunya suplai bahan bakar, nilai tegangan terminal EA = 1735,9 ∠31,98°V, dan arus terminal IA = 5750,26∠154,78° Ampere, maka tegangan terminal turun menjadi 1035,88V sedangkan tegangan sistem 10,5kV sehingga terjadi daya balik 17,2 MW. Daya tersebut melebihi setting yang diterapkan, oleh karena itu generator trip karena reverse power relay bekerja pada setting waktu 1 detik. Pada saat gangguan, nilai putaran sebesar 702 rpm

dengan nilai frekuensi sebesar 11,7 Hz. Setting relay under frequency

adalah 47,5 Hz jeda waktu 10 detik

(2)

112

Abstract

Generator unit GT 3.1 at PLTGU Gresik which is operating in parallel with Sub Krian Gresik System failed at fuel supply on 06 October 2015 at 10:08 pm so that reverse power protection worked. The disruption manual book settings applied, reverse power relay type 7RM3410 has a limit setting of 16% (16MW). Meanwhile, according to IEEE standard number 242 of 2001 reverse power relay setting of ∠50% and on generator unit GT 3.1 is still in the category allowed. When the 76.6% decline occurs due to disruption of the fuel supply, the value of EA = 1735.9 ∠31.98 ° V, and IA = 5750.26∠154.78 ° Ampere, the terminal voltage drops to 1035.88V while the system voltage is 10.5kV resulting in a reverse 17.2 MW. The power exceeds the applied setting, therefore the trip generator because reverse power relay work on setting time 1 second. At the time of interference, the rotation value of 702 rpm with a frequency value of 11.7 Hz. Setting the relay under frequency is 47.5 Hz lag time 10 seconds

Keywords: protection for generator, Reverse Power, Under Frequency.

1. PENDAHULUAN

Pada PLTGU Gresik memiliki tiga konfigurasi blok dengan total daya mampu 1578 MW yakni blok I, II, dan III masing-masing memiliki tiga unit gas turbine masing–masing dengan kapasitas 112,45 MW, satu unit steam turbine berkapasitas 188,91 MW. Kemudian semua blok beroperasi pada sistem jaringan 150 kV dan 500 kV Sub Sistem Krian Gresik.

Pokok utama dalam suatu pengadaan sistem tenaga listrik adalah bagian dari pembangkitnya atau dalam hal ini adalah generatornya. Karena generator merupakan komponen utama dan penting dalam pembangkit listrik. Salah satu dari proteksi generator terdapat proteksi terhadap mesin penggerak mula

(primemover). Gangguan yang dapat menyerang primeover yaitu

(3)

generator akan turun menyebabkan frekuensi pada generator juga menurun. Untuk menghindari kerusakan pada generator, terdapat

Protection “Reverse Power Relay” yang berfungsi mendeteksi

aliran daya balik yang masuk pada generator dan apabila nilai daya balik melampaui set point dari pengaman, maka Relay

Reverse Power akan bekerja dan beberapa saat kemudian

memerintahkan Circuit Breaker yang ter-interlock dengan generator untuk membuka. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisa terhadap sistem proteksi generator yang terkait dengan

reverse power pada unit GT 3.1.

2. KAJIAN PUSTAKA

2.1 PROTEKSI REVERSE POWER UNIT GT 3.1

Proteksi reverse power yang terdapat pada generator unit GT 3.1 di PLTGU Gresik menggunakan relay Type SIEMENS

7RM3410. Reverse Power Relay yang terdiri dari elemen C yaitu

element current (arus), elemen P yaitu element power directional

(arah daya) dan elemen T yaitu element time delay (tunda waktu) terdapat juga penguat yang menguatkan sinyal yang diperoleh dari sensor CT (current transformer) untuk mendeteksi arus dan

VT (voltage transformer) untuk mendeteksi nilai daya [1].

(4)

114

Gambar 1. Rangkaian pengganti proteksi reverse power[2]

2.2 UNDER FREQUENCY RELAY UNIT GT 3.1

Proteksi under frequency yang terdapat pada generator unit GT 3.1 di PLTGU Gresik menggunakan relay Type SIEMENS

7RP2310. Relay yang digunakan untuk gangguan penurunan

frekuensi ini berfungsi untuk mendeteksi adanya perubahan frekuensi secara tiba-tiba dari nilai frekuensi nominal. Penurunan frekuensi disebabkan oleh adanya kelebihan permintaan daya aktif ke jaringan atau kerusakan regulator frekuensi. Frekuensi yang turun mengakibatkan naiknya arus magnetisasi pada generator yang akan menaikkan temperatur. Relay ini akan mendeteksi hal tersebut yang kemudian mengoperasikan CB. [3]

3. METODE

Langkah-langkah penyelesaian permasalahan adalah sebagai berikut. Langkah pertama adalah mengidentifikasi permasalahan yang ada di PT. Pembangkit Jawa Bali Unit Pembangkitan Gresik yaitu tentang adanya gangguan terhadap kinerja proteksi reverse

power pada unit GT 3.1 di PLTGU Gresik. Setelah itu dilakukan

perumusan masalah dan menentukan tujuan yang ingin dicapai di penelitian yaitu untuk menganalisis gangguan dari proteksi

reverse power hubungan dengan under frequency dan

(5)

didapat kemudian dikumpulkan dan ditulis ulang di komputer. Pengecekan kembali terhadap data–data yang diperlukan untuk analisis lebih lanjut, jika ada data yang kurang lengkap maka kembali ke langkah kelima. Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan, kemudian dilakukan pengolahan data sesuai dengan

manual book dan melakukan analisis terhadap gangguan. Tahap

kesembilan adalah menganalisis hal-hal yang dapat menyebabkan gangguan reverse power dan melihat pengaruh gangguan reverse power jika gangguan tersebut mengakibatkan unit GT 3.1 trip terhadap sistem. Analisis sistem proteksi reverse power dan under frequency yang merupakan proteksi yang berkaiatan dengan putaran generator untuk memastikan proteksi bekerja sesuai settingnya. Pada kondisi di lapangan gangguan berpusat di penggerak utama yang disebabkan karena tidak terjadi proses pembakaran di ruang bakar. Kinerja dari koordinasi Relay

Reverse Power dan Relay Under Frequency sudah tepat sesuai

(6)

116

Pengolahan Data dan Analisa Kinerja Relay Reverse Power ( 8 )

Analisa Penyebab Gangguan Reverse Power ( 9 )

Analisa Sistem Proteksi Reverse Power & Under Frekuensi ( 10 )

Analisa Kondisi Generator GT 3.1 ( 11 )

Sesuai Tujuan Analisa ( 13 )

Analisa Penanggulangan Gangguan

Penentuan Setting untuk Koordinasi kerja

Relay Reverse Power dan Relay Under Frekuensi (12)

Gambar 2. Diagram alir penelitian

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Penanganan Gangguan Reverse Power Unit GT 3.1

Penanganan gangguan reverse power bersifat sementara saat unit stop dengan melakukan purifier online control oil untuk menjaga kondisi bahan bakar dari kenaikan kontaminan agar tidak mengganggu kinerja dari servo valve dengan cara melakukan drain sisa bahan bakar di posisi terbawah line Supply dan Return untuk menjaga keandalan dari control oil. [4]

(7)

A. Karakteristik Tanpa Beban (Belum Dibebani)

Dari data sheet generator terdapat nilai

n = 3000 rpm P = 2 pole N = 54

kemudian menghitung fungsi arus eksitasi pada kecepatan konstan

ΦF=

=

= 0.8758 Wb

Sehingga dapat diperoleh nilai tegangan terminal sebagai berikut,

VT= x x N x f x ΦF = x 3.14 x 54 x 50 x 0.8758

Dari data di atas untuk mencapai nilai frekuensi (f) sinkron dapat dihitung dengan cara

f =

=

= 49.98 Hz (frekuensi masih pada standar)

kemudian menghitung fungsi arus eksitasi pada kecepatan konstan

Selanjutnya menghitung nilai arus armatur generator

IA=

=

(8)

118

C. Karakteristik Gangguan

Berdasarkan record data terukur.

n = 702 rpm IF = 481.113 Ampere

EA1 = 1735.9 ∠ VT= 1035.88 Volt

f = 11.7 Hz (frekuensi tidak diizinkan menurut standart)

Dari data di atas dapat dihitung nilai tegangan internal generator, apabila nilai EAberkurang sebesar 76.6% maka nilai EA

pada kondisi saat ini adalah

EA2 = VT + IARx + IA jXs

= 1035.88 ∠0°+(5732.30 ∠ 5 84°A)( 594 Ω)+ (5732.30 ∠25.84°A)(j0.177 Ω) = 1735.9 ∠31.98°V

Selanjutnya untuk melihat perilaku generator, dan arah arus pada kondisi ini adalah

IA =

=

∠ ∠

= 5750.26∠154.78°

Dengan demikian, perhitungan daya balik generator sebagai berikut.

P = 3 x x 5750.26 x cos ∠154.78° = - 16 MW

Jadi, pada kondisi ini reverse power relay type 7RM3410

bekerja kemudian memerintahkan GCB (Genereator Circuit

Breaker) untuk meng-off-kan generator dari sistem interkoneksi

agar generator unit GT 3.1 tidak menjadi beban pada sub sistem Krian-Gresik. Berikut adalah gambar vektor gangguan reverse power.

4.2 Analisa Setting Proteksi Gangguan Reverse Power

Relay 7rm3410 Unit GT 3.1

Setting yang diterapkan pada relay 7RM3410 yakni sebesar 16% daya balik dengan nilai arus sebesar 5750,26∠154,78° Ampere untuk trip, Pada saat terjadi gangguan reverse power arus balik mencapai nilai yang sama yaitu 5750,26∠154,78° Ampere sehingga relay 7RM3410 bekerja.

4.2.1 Analisa Perhitunggan Setting Relay Reverse Power

Unit GT 3.1

Untuk memperbaiki kehandalan sistem kinerja rele reverse

power yang terpasang di PLTGU, maka menggunakan metode

(9)

daya balik maksimum sebesar 12% untuk trip, dapat dihitung dan dibuktikan dengan perhitungannya dengan menggunakan

microsoft excel sebagai berikut,

Tabel 3. Hasil perhitungan gangguan reverse power unit GT 3.1

Penurunan

Berdasarkan tabel hasil perhitungan di atas diketahui saat nilai alarm reverse power sebesar 8% arus balik yang terdeteksi oleh relay tersebut adalah sebesar 5750∠154,79° Ampere dan nilai trip reverse power sebesar 12% arus balik yang terdeteksi oleh relay adalah sebesar 5749,9∠154,8°Ampere. Setting tersebut lebih rendah dari setting awalnya hal ini dikarenakan agar unit

gas turbin 3.1 mendeteksi arus balik sedini mungkin untuk

(10)

120

4.3 Analisa Hubungan Gangguan Reverse Power dan

Under Frekuensi Unit GT 3.1

4.3.1 Analisa Kondisi Under Frequency

Kondisi under frequency dapat diartikan bahwa adanya penurunan putaran pada prime mover yang berada pada sisi governor suatu generator.

Contoh pada kasus gangguan unit GT 3.1, ketika terjadi gangguan reverse power generator masih berada pada putaran yang dihasilkan sebesar 702 rpm,

f =

=

=11,78Hz

Setelah dianalisa dan diketahui bahwa nilai rpm dan Hz saling berhubungan Oleh karena itu, hubungan antara putaran (rpm) dengan frekuensi (Hz) dapat digambarkan pada grafik di

Trip Relay Reverse Power Trip Relay Under Frekuensi

Gambar 3. Grafik kondisi putaran dan frekuensi terhadap time delay

Berdasarkan grafik dan perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa besar nilai putaran yang dihasilkan oleh

prime mover berbanding lurus dengan nilai frekuensi. Namun,

(11)

4.3.2 Perhitungan Setting Under frekuency Unit GT 3.1

Berikut adalah data generator untuk perhitungan setting proteksi under frequency unit GT 3.1 [3]

Tabel 5. Parameter setting under frequency relay

Data Generator dan Parameter Setting

UN 10,5 kV

fN 50 Hz

Dimana,

UN : Tegangan nominal Generator

fN : Frekuensi Nominal

Perhitungan Setting:

Under Frequency = 95% x fn = 95% x 50Hz = 47.5 Hz

4.4 Analisa Dampak Gangguan Reverse Power Terhadap

Generator Unit GT 3.1

4.4.1 Pemodelan Reverse Power Relay

(12)

122

Gambar 5. Nilai frekuensi terhadap waktu

Dari Gambar 5. diketahui, apabila daya mekanikal berupa putaran penggerak mula menurun menyebabkan nilai frekuensi akan menurun karna sifat dari putaran dan frekuensi adalah berbanding lurus. [8]

4.5 PENANGGULANGAN GANGGUAN REVERSE

POWER UNIT GT 3.1

4.5.1 Root Causes Failure Analysis (RCFA)

REVERSE POWER RELAY GT 3.1 BEKERJA

SISTEM PROTEKSI

ROOT CAUSES FAILURE ANALYSIS

PENGECEKAN Hz DENGAN TIME DELAY 10 s

PENAMBAHAN SETTING ALARM 8% (8MW)

PENURUNAN SETTING TRIP MENJADI 12% (12MW)

Gambar 6. Penanggulangan gangguan dengan root cause failure analysis

Dengan menggunakan metode RCFA (Root Cause Failure

Analysis) sehingga dapat ditemukan analisa dan solusi untuk

(13)

5. PENUTUP

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini:

1) Gangguan reverse power unit GT 3.1 pada putaran 702 rpm

daya balik sebesar 16% atau 16 MW, dengan EA = 1735,9 ∠31,98°V, IA = 5750,26∠154,78° Ampere, generator trip pada

setting waktu 1s. Relay reverse power yang digunakan adalah tipe 7RM3410 dengan batasan setting trip sebesar 16% dengan nilai arus sebesar 481,11 Ampere. Untuk mengamankan generator maka setting reverse power diturunkan menjadi 8% atau 8 MW alarm dan 12% atau 12MW trip.

2) Pada saat terjadi gangguan reverse power terjadi penurunan putaran sebesar 76,6% akibat terganggunya suplai bahan bakar. Nilai putaran sebesar 702 rpm dengan frekuensi sebesar 11,7 Hz. Setting relay under frekuensi adalah 47,5 Hz jeda waktu 10 detik. Oleh karena itu berdasarkan nilai setting time

relay under frequency terlambat untuk men-tripkan CB generator pada saat terjadi gangguan, karena memiliki nilai

setting time lebih lama dari relay reverse power dengan nilai

pickup time 1 detik.

3) Dampak gangguan reverse power adalah terjadinya peristiwa

motoring generator unit GT 3.1 jika gangguan tersebut tidak

teratasi dan daya balik melebihi 50% (menurut standar IEEE). Maka hal ini dapat mengakibatkan kerusakan fatal pada penggerak mula atau turbin generator. Karena turbin yang awalnya berfungsi sebagai penggerak akan berubah fungsi menjadi digerakkan oleh generator sehingga dapat mengakibatkan terjadinya perubahan torsi dan perbedaan sudu-sudu pada turbin generator.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. 2015. Siemens AGManual Book Generator. Berlin: Siemens AG.

[2] M. Titarenko and I. Noskov-Dukelsky. 2015. Protective

(14)

124

Ltd. Betara Complex Development Project Menggunakan

Simulasi Etap 12.6.0. Semarang: Jurnal TransientVol. 4, No.

4, Desember 2015.

[4] Anonim. 2015. Laporan Gangguan Cause Code. Gresik. Unit Bisnis Pembangkitan Gresik.

[5] Chapman, J.S. 2002. Electric Machinery and Power System

Fundamentals, New York: McGraw-Hill

[6] Kostenko, M. 1977. Electrical Machines. Moscow: Mirr Publisher.