B. 13
ANALISA GEJALA KERUSAKAN TRANSFORMATOR BERDASARKAN DISSOLVED GAS ANALYSIS PEMBANGKIT PLTA WAY BESAI
Sandy Yudhapraja1*, Ais Sabastian Prayogi2
1Unit Pelaksana Pengendalian Pembangkitan Bandar Lampung, PT PLN (Persero) 2Unit Induk Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan, PT PLN (Persero)
Jl. Raden Gunawan II No. 4 Rajabasa, Bandar Lampung, 35144 *E-mail: sandyyudhapraja@gmail.com
Abstrak
Transformator merupakan peralatan utama pada pembangkitan kelistrikan yang sangat penting karena berhubungan langsung dengan system transmisi 150 KV. Gangguan pada transformator pembangkit dapat menyebabkan pemadaman dengan skala yang besar. Oleh karena itu, perlu dilakukan strategi pemeliharaan prediktif menggunaan teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) dengan metode analisa based on TDCG, Roger Ratio, Duval Triangle, dan Key Gas untuk mengetahui jenis kegagalan yang terjadi pada transformator. Pengukuran yang didapatkan untuk individual gas C2H6 dalam kondisi 4, gas CO2 termasuk dalam kondisi 2, dan kenaikan gas C2H4.
Berdasarkan hasil pengukuran tersebut kegagalan yang terjadi diakibatkan oleh overheating pada internal transformator dengan jenis kegagalan thermal fault untuk temperature antara 300 - 700°C. Dari analisa tersebut, maka tindakan yang dilakukan adalah assessment dan melaksanakan purifikasi minyak transformator, dengan feedback temuan setelah assessment yaitu pengencangan baut jointing bagian dalam transformator pada sisi low voltage.
Kata Kunci : Gangguan Transformator; Dissolved Gas Analysis (DGA); overheating internal
transformator; metode based on TDCG; metode Duval Triangle PENDAHULUAN
PLTA Besai merupakan salah satu Pusat listrik yang dikoordinir oleh PT. PLN (Persero) Unit Pelaksana Pengendalian Pembangkitan Bandar Lampung, yang berlokasi di kabupaten Lampung Utara, Propinsi Lampung. PLTA Besai mempunyai daya mampu maksimal 2 X 45 MW, dengan type pembangkit Run of River. Dengan daya mampu tersebut, PLTA Besai menjadi salah satu penopang suplay sistem kelistrikan di sistem Lampung. Lazimnya, pembangkit listrik tenaga hydro memiliki biaya produksi yang rendah dan biaya pemeliharaan yang relatif rendah dibanding pembangkit jenis thermal. Namun, dibalik kelebihan tersebut terdapat juga kekurangan pada pembangkit listrik tenaga hydro, yaitu pola pengoperasian yang menyesuaikan dengan kondisi debit air. Jika dimusim penghujan PLTA dapat beroperasi dengan beban penuh sedangkan pada musim kemarau yang mana debit air
1st National Conference of Industry, Engineering and Technology 2020,
B. 14
berkurang drastis pengoperasian PLTA dilakukan jauh dibawah daya mampunya atau bahkan tidak beroperasi sama sekali. Dari intake DAM, air disalurkan melalui inlet tunnel menuju runner, maksimal tidaknya pengoperasian mesin pembangkit sangat bergantung pada debit dan aliran air dari intake DAM melalui inlet tunnel dan air yang bermuara di intake dam plta besai berasal dari aliaran beberapa anak sungai way besai.
PLTA Besai mulai beroperasi pada bulan Oktober 2001 dan untuk operasional dan pemeliharaannya ditangani langsung oleh pegawai PT PLN (Persero) UPDK Bandar Lampung. Seperti pembangkit listrik pada umumnya, PLTA Besai mempunyai peralatan utama yaitu Turbin air sebagai penggerak utama, Generator sebagai peralatan yang mengkonversi energy mekanik (putaran) menjadi energy listrik, dan Trafo Utama Step Up 11/150 kV kapasitas 53 MVA untuk menaikkan tegangan dari tegangan keluaran generator ke tegangan system 150kV.
Transformator merupakan peralatan utama pada pembangkitan kelistrikan yang sangat penting karena berhubungan langsung dengan system transmisi 150 KV. Gangguan pada transformator pembangkit dapat menyebabkan pemadaman dengan skala yang besar. Oleh karena itu, perlu dilakukan strategi pemeliharaan berdasarkan Keputusan Direksi PT PLN (Persero) Nomor: 0520-2.K/DIR/2014 tentang Himpunan Buku Pedoman Pemeliharaan Peralatan Primer Gardu Induk: 1. Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator Tenaga berupa preventive maintenance (PM) yang biasa disebut In Service Inspection dan Predictive Maintenance (PdM) yang biasa kita sebut In Service Measurement. Analisa ketidaknormalan pada Main Transformator Unit 1 PLTA Way Besai dilakukan berdasarkan temuan PdM menggunaan teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) dengan beberapa metode Analisa untuk mengetahui jenis kegagalan yang terjadi pada internal transformator berdasarkan kandungan gas terlarut.
DASAR TEORI Transformator
Trafo merupakan peralatan statis dimana rangkaian magnetik dan belitan yang terdiri dari 2 atau lebih belitan, secara induksi elektromagnetik, mentransformasikan daya (arus dan tegangan) sistem AC ke sistem arus dan tegangan lain pada frekuensi yang sama (IEC 60076 -1 tahun 2011). Trafo menggunakan prinsip elektromagnetik yaitu hukum hukum ampere dan induksi faraday, dimana perubahan arus atau medan listrik dapat membangkitkan medan
B. 15
magnet dan perubahan medan magnet / fluks medan magnet dapat membangkitkan tegangan induksi.
Gambar 1. Elektromagnetik pada trafo
Arus AC yang mengalir pada belitan primer membangkitkan flux magnet yang mengalir melalui inti besi yang terdapat diantara dua belitan, flux magnet tersebut menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat beda potensial / tegangan induksi (gambar 1).
Dissolved Gas Analysis (DGA)
Dalam minyak transformator gas terlarut terjadi karena panas atau tegangan listrik. DGA dipergunakan untuk mendeteksi gangguan yang sedang terjadi pada transformator. Problema mekanik atau electric pada transformator yg sedang beroperasi, diperiksa dengan membandingkan gas yang terukur didalam minyak transformator (dari hasil beberapa kali pengukuran). Pengujian DGA digunakan untuk mengetahui dampak dari ketidaknormalan transformator itu sendiri. Dengan adanya pengujian DGA dalam minyak transformator akan dapat diperoleh informasi yang terkait dengan kinerja transformator.
METODE PENELITIAN
Metode analisa pengujian DGA mengacu pada standard IEEE C57-104:2008 dan IEC 60599:1999. Dalam mengklasifikasikan kondisi kandungan gas terlarut pada transformator yaitu dengan menyesuaikan komposisi kandungan gas berdasarkan temperature (gambar 2), dan membandingkan hasil pengujian DGA dengan nilai batasan standard yang digunakan.
B. 16
Gambar 2. Komposisi Gas Terlarut
Metode TDCG
Merupakan metode awal untuk mengetahui tingkat konsentrasi dari gas terlarut antara lain H2, CO2, CO, C2H4, C2H6, CH4, C2H2 (gambar 3 dan 4).
Gambar 3. Dissolved Gas Analysis Concentration Limit
Metode Roger Ratio
Metode roger ratio merupakan salah satu cara untuk menganalisa kandungan gas terlarut dari minyak transformator. Metode ini membandingkan nilai-nilai satu gas dengan gas yang lain (gambar 5).
B. 17
Gambar 5. Standard Roger Ratio IEC 60599 Metode Duval Triangle
Metode Duval Triangle diciptakan untuk membantu metode-metode analisis lain. Acuan standard yang digunakan adalah IEC 60599. Menurut IEC 60599 ada beberapa tipe gangguan pada Kondisi khusus yang diperhatikan adalah konsentrasi methane (CH4), ethylene ( C2H4) dan acetylene (C2H2). Konsentrasi total ketiga gas ini adalah 100% namun perubahan komposisi dari ketiga gas ini menunjukan kondisi fenomena kegagalan yang mungkin terjadi pada unit yang diujikan. Metode ini merupakan sistem tertutup (closed system) sehingga mengurangi persentase kasus di luar kriteria analisis. Cara menggunakan metode ini dengan mengubah konsentrasi gas menjadi bentuk persen kemudian masukkan nilai dan gambarkan pada segitiga (Gambar 6).
Gambar 6. Metode Duval Triangle Metode Key gas
Metode Key gas didefinisikan sebagai gas-gas yang terbentuk pada transformator pendingin minyak yang secara kualitatif dapat digunakan untuk menentukan jenis kegagalan yang terjadi, berdasarkan jenis gas yang lebih dominan terbentuk pada berbagai temperatur sesuai dengan IEEE C57.104 2008 digambarkan sebagai berikut:
B. 18
Dekomposisi produk termasuk ethylene dan methane dengan sedikit kuantitas hidrogen dan ethane. Tanda keberadaan acetylene mungkin terbentuk jika fault yang terjadi parah atau diikuti dengan kontrak elektrik. Gambar 7. Overheated Oil
Sejumlah karbon dioksida dan karbon monoksida terlibat akibat pemanasan selulosa. Gas hidrokarbon, seperti metana dan ethylene akan terbentuk jika fault melibatkan struktur minyak.
Gambar 8. Overheated Cellulose
Discharge elektrik tenaga rendah menghasilkan hydrogen dan metana dengan sedikit kuantitas ethane dan ethylene. Jumlah yang sebanding antara karbon monoksida dan karbon dioksida mungkin dihasilkan dari discharge pada selulosa Gambar 9. Partial Discharge in Oil
Sejumlah hidrogen dan acetylene terproduksi dan sejumlah methane dan ethylene. Karbon dioksida dan karbon monoksida akan selalu dibentuk jika melibatkan fault selulosa. Minyak mungkin terkarbonisasi.
B. 19
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan berdasarkan interval sampling DGA sesuai dengan jadwal rutin predictive maintenance, untuk pengujian data main transformator unit 1 PLTA Besai dilaksanakan dalam tiga titik sampling yaitu TOP, MIDDLE, dan BOTTOM.
Gambar 11. Data pengujian DGA main transformator unit 1
Hasil pengujian yang didapatkan pada main transformator unit 1 baik dari tanggal 8 Mei 2019 sampai 25 Juni 2020 terjadi kenaikan pada seluruh kandungan gas terlarut yang muncul, khususnya pada individual gas CO2 (kondisi 2) dan C2H6 (kondisi 4). Berdasarkan
pada kondisi ini perlu dilakukan analisa lebih lanjut terkait dengan kandungan gas terlarut yang muncul.
Pembahasan
Analisa yang dilakukan berdasarkan kondisi pada saat sebelum dilakukan perbaikan main transformator yaitu pada tanggal 25 Juni 2020, untuk mengetahui lebih lanjut indikasi kerusakan yang muncul berdasarkan komposisi gas terlarut.
Rekomendasi based on TDCG
Hasil pengujian data yang dihasilkan dalam pengukuran DGA didapatkan trending kenaikan seiring berjalannya waktu, Berdasarkan nilai TDCG yang didapatkan status kandungan TDCG berada pada kondisi 2 dengan TDCG Rate < 10 ppm. Dari hasil tersebut, untuk interval pelaksanaan pengujian sample DGA perlu dirapatkan per triwulan dengan memperhatikan pembebanan unit pembangkit.
23 740 13 25-Jun-20 <5 2637 186 44 372 136 0 11 04-May-20 6 2526 171 12 11-Jun-20 5 2820 211 4436 352351 115147 00 2925 679757 16 357 109 12-Dec-1906-Aug-19 <5<5 19201822 7896 2228 198171 5465 00 16 360 37 234 8 08-May-19 6 1821 101 22 167 59 0 25 355 7 14-Feb-19 <5 1477 83 15 93 39 0 6 18-Oct-18 <5 1082 65 117 2929 1114 00 2220 11778 4 29 Jun 18 10 2734 125 11 98 52 0 20 298
5 26-Jul-18 <5 807 29 Setelah Purifikasi
2 11-Aug-16 <5 5333 256
3 24-May-17 <5 1401 102 141 22114 10620 0,51 230 602137
C2H2 H2O TDCG
1 02-Jul-15 <5 5014 243 15 234
No. DATE PARAMETER HASIL PENGUJIAN
97 0 17 591
KETERANGAN
B. 20
Gambar 12. Trending TDCG
Analisa Roger Ratio
Analisa roger ratio menggunakan standard IEC 60599 terdiagnosa masuk pada jenis kegagalan T1 yang mengindikasikan adanya thermal Fault, dengan temperature < 300°C (Gambar 13).
Gambar 13. Method Roger Ratio Analisa Duval’s Triangle
Diagnosa dari metode duval’s triangle didapatkan jenis kegagalan dalam kondisi T2 dengan deskripsi kegagalan thermal fault pada temperatur antara 300 - 700°C (Gambar 14).
B. 21
Analisa Key Gas
Diagnosa dari analisa key gas dapat dikategorikan gejala kegagalan yang muncul terjadi pada Overheat Oil ditandai pada individual gas yang dominan pada C2H4 dan Overheat Paper ditandai dengan kandungan CO yang dominan. (gambar 15).
Gambar 15. Method Key Gas
Setelah dilakukan Analisa terhadap Main Transfomer Unit 1 PLTA Besai pada tanggal 25 Juni 2020, rekomendasi yang diberikan adalah Assessment Main Transformator Unit 1 PLTA Besai untuk mengetahui penyebab sumber panas yang terjadi, dan melaksanakan purifikasi untuk mendapatkan nilai minyak trafo dalam kondisi normal kembali.
1. Hasil Assessment Trafo PLTA Besai
Eksekusi rekomendasi dengan no SPK WO557949 yang diberikan telah dilaksanakan pada tanggal 23 – 26 Juli 2020 dengan feedback pekerjaan sbb:
- PROBLEMS : terdapat trending kenaikan kandungan gas ethana (C2H6)
- CAUSE : berdasarkan diagram perkiraan pertumbuhan gas, gas ini muncul karena adanya sumber panas
- REMEDY : dilakukan pengencangan baut jointing pada bagian dalam
MTR 53 MVA sisi 11 KV (gambar 16) dan dilakukan purifikasi minyak (gambar 17) trafo 53 MVA.
B. 22
Gambar 18. Data pengujian DGA Main Transfomer Unit 1 setelah perbaikan Setelah dilakukan tindakan perbaikan pada main transfomer unit 1 PLTA Besai. Langkah selanjutnya adalah melakukan monitoring pertumbuhan gas terlarut yang muncul saat dan setelah dilakukan pembebanan pada main transfomer agar dapat diketahui pertumbuhan kenaikan gas terlarut.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisa dan pelaksanaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Kegagalan yang terjadi pada main transformator unit 1 PLTA Way Besai dari teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) diakibatkan oleh overheating pada internal transformator dengan jenis kegagalan thermal fault untuk temperature antara 300 - 700°C, ditandai adanya pertumbuhan kandungan gas Ethana (C2H6) dan
Ethylene (C2H4) yang semakin meningkat.
Gambar 17. Purifikasi Transformer Gambar 16. Pengancangan baut jointing sisi 11 KV
<5 478 29 11 64 11 0 28 115
19 11-Aug-20 <5 623 32 9 63 15
KETERANGAN
H2 CO2 CO C2H4 C2H6 CH4 C2H2 H2O TDCG
1 02-Jul-15 <5 5014 243 15 234
No. DATE PARAMETER HASIL PENGUJIAN
97 0 17 591
5 26-Jul-18 <5 807 29 Setelah Purifikasi
2 11-Aug-16 <5 5333 256 3 24-May-17 <5 1401 102 141 22114 10620 0,51 230 602137 14 0 11 29 11 0 22 78 20 117 4 29 Jun 18 10 2734 125 11 98 52 0 20 298 37 234 8 08-May-19 6 1821 101 22 167 59 0 25 355 7 14-Feb-19 <5 1477 83 15 93 39 0 6 18-Oct-18 <5 1082 65 7 29 16 357 109 12-Dec-1906-Aug-19 <5<5 19201822 7896 2228 198171 5465 00 16 360 11 04-May-20 6 2526 171 12 11-Jun-20 5 2820 211 4436 352351 115147 00 2925 679757 <0,5 23 740 13 25-Jun-20 <5 2637 186 44 372 136 0 <0,5 26 120 18 06-Aug-20 20 65 Setelah Purifikasi
16 26-Jul-20 <5 235 15 5 37 8 0 23 65 Setelah berbeban
15 25-Jul-20 <5 271 13 4 38 10
B. 23
2. Tindakan yang telah dilaksanakan yaitu Assessment Main Transformator #1 PLTA Besai dan melaksanakan purifikasi minyak transformator dengan feedback temuan setelah assessment pengencangan baut jointing pada bagian dalam MTR 53 MVA sisi 11 KV.
3. Status kondisi main transformator unit 1 PLTA Way Besai setelah dilakukan perbaikan adalah layak operasi. Hal ini didukung dengan data Dissolved Gas Analysis (DGA) pada kondisi 1 menurut Standard IEEE C57.104 dan Hasil Assessment dalam range data normal.
DAFTAR PUSTAKA
SPLN T5.004-3: 2016. Pedoman Uji Karakteristik Minyak Insulasi dan Uji DGA. Jakarta: PT PLN (Persero).
PDM/PGI/01:2014. Himpunan Buku Pedoman Pemeliharaan Peralatan Primer Gardu Induk. Jakarta: PT PLN (Persero).
IEEE Std C57.104™-2008. Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers.
FACILITIES INSTRUCTIONS, STANDARDS, AND TECHNIQUES VOLUME 3-31. 2003. TRANSFORMER DIAGNOSTICS. UNITED STATES DEPARTMENT OF THE INTERIOR.
IEC 60422. 2005. Mineral Insulating Oil in Electrical Equipments – Supervision and Maintenance Guidance.
IEC 60599. 1999. Mineral oil-impregnated electrical equipment in service –Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis.
IEEE Std C57.152™-.2013. Guide for Diagnostic Field Testing of Fluid-Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors.
ASTM D 3613 – 98. 2007. Standard Practice for Sampling Insulating Liquids for Gas Analysis and Determination of Water Content.
Demmassabu, A.R., dkk. 2014. Analisa Kegagalan Transformator Daya Berdasarkan Hasil Uji Dga Dengan Metode Tdcg, Key Gas, Roger’s Ratio, Duval’s Triangle Pada Gardu Induk. Terakreditasi SK: 0005.012/JI.3.2/SK.ISSN/2012. ISSN 2301-8402
