Sistem Proteksi Turbin PLTU

Sistem Proteksi Pada Turbin Uap

Studi pada PLTU Gresik Unit 3 dan 4

Oleh

Yuliandra S Nurdin ST MT

PLN Puslitbang

Pendahuluan

1. Sistem Bahan Bakar 6. Sistem Udara Pembakaran dan Gas Buang 3. Sistem air - uap 4.Sistem air pendingin 5. Sistem pelumas turbin 2. Sistem air pengisi

Pendahuluan

Pembangkit Listrik Tenaga Uap Gresik #34 terdiri dari :

1. Peralatan utama pada sebuah unit PLTU antara lain :

 _Boiler.

 _{Turbin uap.}  _Kondensor.  _Generator.

2. Peralatan Bantu PLTU :

 _{Sistem air pendingin utama dan bantu.}  _{Siklus air – uap.}

 _{sistem bahan bakar.}

 _{sistim udara pembakaran dan gas buang.}  _{sistim pelumas turbin.}

3.

Peralatan Penunjang :

 _{H2 Plant}

 _{External Water Treatment}  _{Internal Water Treatment}  _{Chlorination Plant}

Design Data For Steam Turbine PLTU Gresik # 34 :

Pendahuluan



_{Steam turbine adalah peralatan utama PLTU yang terdiri dari Sudu tetap (Nozzle) ,}

Sudu jalan (Moving Blade) dirangkai dalam Rumah turbin (Casing). Turbin berfungsi

mengubah energi yang dikandung uap panas menjadi energi mekanik berupa

putaran poros.

 Number of Turbine Stage Total : 27

HP : 9 IP : 6

LP : 12 (6x2)

 Num. of extraction for FWH: 8  Rated Output : 200 MW

 Speed : 3000 RPM

 Rotation : CCW (view from turbin side)  Steam Condition

Pressure at MSV : 169 kg/cm2 Temperatur at MSV & CRV : 538° C

Kenapa Sistem Proteksi Diperlukan ???

 Kesalahan dan kondisi tidak normal pada turbin dapat menyebabkan kerusakan pada plant ataupun komponen lain dari pembangkit.

 Fungsi utama dari sistem proteksi suatu peralatan adalah untuk mengamankan peralatan tersebut dari bahaya kerusakan. Karena kerusakan akan berakibat berhentinya produksi atau pelayanan, bertambahnya biaya pengeluaran untuk perbaikan dan biaya-biaya lainnya.

Pendahuluan

Interlock sistem adalah suatu peralatan atau sistem peralatan yang dirancang

Turbine

Trip

2. T/G Vibration High 3. Thrust Bearing Wear Fail

4. T/G Bearing Oil Pressure Low 5. Exhaust Hood Temperatur High

6. Exhaust Vacuum Low

9. EHC Major Failure 7. Overspeed Trip

8.MOP Discharge Pressure Low

10. Generator Trip

Setting Value > 0,175 mm p-p

Setting Value Pressure < 3,5 kg/cm2

Setting Value Pressure < 0,7 kg/cm2

Setting Value Temp > 107° C

Setting Value Temp < 572 mmHg

Pengaman yang muncul karena kegagalan sistem kontrol hidrolik.

Setting value > 111,5 % rpm

Setting Value Pressure < 7,4 kg/cm2 Turbine speed > 75 %

Pengaman Turbin karena Generator trip, untuk menghindari turbin overspeed.

Gangguan Yang Menyebabkan Turbin Trip

(PLTU Gresik # 3 & 4)

1. Master Fuel Trip Proteksi apabila terjadi gangguan pada _boiler.

PID T P Actuator

Turbine Interlocks Diagram

Main Steam Valve Control Valve Combined Reheat Valve

Emergency Trip Device

M D

Master Fuel Trip (MFT)

3. Furnace Overpressure [ Setting Value ≥ 590 mmH₂O - Trip > 795 mm H2O ] – Untuk mencegah

tekanan lebih di dalam furnace yang dapat mengakibatkan rusaknya struktur di dalam Boiler.

1. Drum Level Very Low [ Trip < - 250 mm ] - Mencegah terjadinya overheating pada tube boiler akibat kekurangan suplai air.

2. Both Forced Draft Fan [ - ] – FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran. Pengaman untuk mencegah terjadinya pembakaran tidak sempurna akibat kehilangan suplai udara bakar.

5. All Flame Lost [ - ] Pengaman untuk mencegah terjadinya ledakan pada Furnace akibat dimungkinkannya terjadi pembakaran tidak sempurna.

6. All Fuel Loss [ Only RO, Pressure Low ≤ 4 kg/cm2_{] [ Only HSD, Pressure Low ≤ 2,5 kg/cm}2_]

Pengaman untuk mencegah terjadinya ledakan pada Furnace akibat dimungkinkannya terjadi pembakaran tidak sempurna.

4. Critical Flame Out [ ≥ 5pair ] Pengaman untuk mencegah penurunan kualitas uap karena terjadi ketidakstabilan sistem pembakaran. Muncul saat nyala api mati melebihi batas yang diijinkan (>=5pair).

Master Fuel Trip (MFT)

adalah Proteksi boiler dengan menghentikan pengoperasian boiler dengan jalan menghentikan

semua supply bahan bakar yang masuk ke boiler. Mater

Proteksi Boiler

7. Reheater Protection [F O Flow > 25% & 10 dtk][F O Flow > 15% & 60 dtk] Pengaman untuk mencegah overheating pada Reheater .

8. Purge credit elapsed [5 min] Pengaman untuk mencegah ledakan di dalam furnace karena adanya konsentrasi bahan bakar yang tidak terbakar.

9. Master Fuel Trip (MFT) PB ON, Soft & Hard [] Pengaman untuk mencegah ledakan di dalam Furnace karena adanya konsentrasi bahan bakar yang tidak terbakar. Soft berupa tombol software, sedang Hard berupa tombol hardware (hand trip).

10. Air Flow Very Low [ < 25 %] Pengaman untuk mencegah terjadinya pembakaran tidak sempurna akibat kekurangan batas minimum suplai udara bakar.

11. Spare

T/G Vibration High

T/G Vibration High [ Trip > 0,175 mm p-p]

Pengaman Turbine untuk menghindari kerusakan yang lebih parah pada bearing Turbine maupun sudu Turbin.

 Normal Value 7,5 mm p-p

 Limit Value / Alarm < 12,5 mm p-p  Trip Setting Value

< 17,5 m p-p

Sensor Vibrasi – 6 (Gen – side)

Thrust Bearing Wear Fail

 Pengaman Turbin terhadap gesekan

antara sudu tetap dan sudu putar karena pergeseran gaya aksial.

 [ Normal Value 14 kg/cm2 _]  [ Trip Set < 3,5 kg/cm2 _] Sistem Lub Flow Diagram M D Detector

Sistem Pelumas Turbin PLTU #3,4 Gresik

1

Thrust Press MOP

Lub Oil Diagram PLTU #3,4 Gresik

Bearing Oil Feed Pressure  1,8 kg/cm2

Control Oil Feed Pressure  14 kg/cm2

bearing

Thrust Bearing Wear Detector

Dari control Oil Feed Pressure  14 kg/cm2

Dari Bearing Oil Feed Pressure  1,8 kg/cm2

Turbine /Generator Bearing Oil Pressure Low

 Oli digunakan untuk mendinginkan bearing dan melumasi bearing pada turbin dan generator. Tidak adanya lubrikasi akan menyebabkan kehausan pada bearing.

 [ Normal Value 1,8 kg/cm2 _{; 2,5 kg/cm}2 _{pada saat start-up]}  [ Alarm < 1,1 kg/cm2 _]

 [ Trip Set < 0,7 kg/cm2 _]

Exhaust Hood Temperatur High

 Pengaman Turbin untuk menghindari kerusakan sudu akhir LP Turbin karena over heating.  [Spray on < 65 °C]

[ Alarm > 80° C]

[ Trip Set > 107 ° C]

 Disebabkan oleh kondisi vakum pada kondensor yang terlalu rendah atau unit beroperasi pada beban rendah terlalu lama

Exhaust Vacuum Low

Pengaman Turbin untuk menghindari kerusakan sudu akhir LP Turbin karena erosi

Turbine yang diakibatkan kebasahan uap yang tinggi.

 [ Normal Value > 695 mmHg



0.08 kg/cm

2

_]

[ Alarm < 635 mmHg



0.17 kg/cm

2

_]

[ Trip Set < 572 mmHg



0.256 kg/cm

2

_]

 Kemungkinan disebabkan oleh :

• Temperatur air pendingin naik.

• Flowrate air pendingin kurang.

• Terjadi fouling pada tube condenser.

• Heat Exchanger area berkurang.

• Steam ejector gangguan.

Overspeed Trip

 Pengaman turbin untuk menghindari terjadinya putaran lebih yang dapat menyebabkan terlepasnya sudu-sudu Turbin.

 [ Normal Value 3000 rpm ] - [ Trip Set > 110 % sd 111% rpm - Emergency Governor Trip ]  Backup Overspeed bekerja pada 111,5% rpm

 Turbin akan overspeed ketika torsi yang dihasilkan oleh aliran steam lebih besar dari torsi lawan yang dihasilkan beban.

 Kemungkinan terjadinya overspeed : - Pada saat run up & Ketika unit tiba-tiba diputus dari beban.

Main Oil Pump Discharge Pressure Low

 Pengaman Turbin untuk menghindari malfunction pada sistem kontrol hidrolik.  Normal Value 14 s.d 16.5 kg/cm2

 Alarm < 14 kg/cm2  Trip Set < 7,4 kg/cm2

Mechanical overspeed

Master Trip valve St Steam Turbine RPM Speed sensor B eam RPM Solenoid Valve Solenoid Valve A

Backup Overspeed

Protection

Overspeed Protection

Overspeed PID

Elector Hydraulic Control (EHC) Failure

 Pengaman yang muncul karena kegagalan sistem kontrol hidrolik, dimana Master Trip Solenoid (MTS) akan bekerja memberi perintah MCV, CV, dan CRV OFF.

 Gangguan pada sistem electrik power suplai ( DC 15 V / DC 24 V).

 Gangguan pada sistem elektik power suplai untuk Pemakaian Sendiri (DC-PS) [2 dari 3].  Speed Signal Lost [2/3].

 Kontrol Control Valve abnormal.

 Sistem kontrol elektrik Main Stop Valve abnormal [2/2].  Sistem kontrol elektrik Intercept Valve abnormal [2/2].

Generator Trip

 _{Main transformer differential relay 87GT}

 Main transformer neutral over current relay 51NMT  Unit auxiliary transformer differential relay 87AT  Unit auxiliary transformer neutral over current relay

51NAT

 _{Unit auxiliary transformer over current relay 51AT}  Generator differential relay 87G

 Pengaman Turbin yang muncul karena Generator trip, untuk menghindari overspeed pada Turbin.

 _{Generator negatif phase sequence relay 46G}  Generator loss of exitation relay 40G

 Generator back up distance relay 44G  Generator ground over voltage relay 64G  PPT differential relay 87E

Operation Trip

 Normalnya operator mengetripkan sebagai back up dari trip auto. Operator juga dapat

mengaktifkan bagian lain untuk mengetripkan turbin, bila gangguan itu berpotensi akan merusak turbin, seperti beberapa gangguan di bawah ini.

 Actuator merupakan alat berfungsi untuk mengubah sinyal listrik dari

sistem kontrol menjadi gerak mekanik.

 Dalam hal ini steam turbine actuator bertindak sebagai penggerak

valve.

Jenis Actuator :

 Hydraulic fluid actuator

Menggunakan kontrol hidrolik untuk mengaktifkan mekanisme valve.

 Pneumatic actuator

Bekerja dengan meniupkan udara bertekanan pada sistem valve.

 Electric actuator

Menggunakan kontrol electric untuk mengaktifkan mekanisme valve.

 Electro hydraulic actuator

Kombinasi kontrol electrik dan hidrolik, menggunakan motor pompa untuk memompakan oli ke piston dan mengasilkan gaya keluaran.

Actuator

PT. PLN (PERSERO) PUSLITBANG

Main Stop Valve Control Valve

Reheat Steam Valve Intercept Valve

Sistem Uap Utama PLTU #3,4 Gresik

Detail Troubleshooting

2. Furnace Pressure High 1. Drum Level High - Low

Detail Troubleshooting

3. Both Forced Draft Fan