38
BAB IV ANALISA GANGGUAN PLTU 2 BANTEN LABUAN 4.1 Gangguan PLTU 2 Banten Labuan PLTU 2 Banten Labuan terdiri dari 2 unit yang masing-masing memilki daya terpasang 300 MW. Output tegangan dari generator sebesar 20 KV yang kemudian dinaikkan oleh Generator Transformer (GT) menjadi 150 KV. Dari GT ini akan di masukkan ke Gardu Induk Labuan. Janis gardu induk Labuan ini adalah Gas Insulation Substasion atau Gas Insulation Switchgear (GIS) 150 KV menggunakan gas SF 6 sebagai media pendinginya. GIS 150 KV Labuan 1 ½ Breaker. MENES 1
MENES 2
DIAMETER 1
DIAMETER 2 150KV BUSBAR B
5B1-2
5B2-2 5B2
5B1 5B1-3
SAKETI 1
SAKETI 2
DIAMETER 3
DIAMETER 4
5B3-2
5B4-2 5B4
5B3
5B2-3
5B3-3
5B4-3 5B4-1
5B1-1
5B2-1
5B3-1
5AB1-2
5AB2-2
5AB3-2
5AB4-2
5AB1
5AB2
5AB3
5AB4
5AB1-1
5AB2-1
5AB3-1
5AB4-1
5A1-2 5A1-3
5A2-2
5A4-2 5A4-3
5A2-3 5A1
5A2
5A4
5A1-1
5A2-1
5A4-1 150KV BUSBAR A
SST
GT 1
GT 2
Gambar 4.1. Single Line Diagram PLTU Labuan–GIS 150 kV Labuan 38
39
Gardu induk Labuan terdiri dari 11 unit circuit breakers, 29 kelompok pemisah, 31 kelompok pemisah pentanahan. Semua peralatan bermerk XI’AN SHIKY terkecuali pegas mekanisme hidrolik diimpor dari ABB dan motor untuk spring Circuit Breaker bermerk Groschop buatan jerman. serta memiliki 7 BAY yang diantaranya meliputi: 1. BAY Penghantar 150 KV Menes 1 2. BAY Penghantar 150 KV Menes 2 3. BAY Penghantar 150 KV Saketi 1 4. BAY Penghantar150 KV Saketi 2 5. BAY GT ( GENERATOR TRANSFORMATOR ) 1 @370 MVA 6. BAY GT ( GENERATOR TRANSFORMATOR ) 2 @370 MVA 7. BAY SST ( Startup/Standby TRANSFORMATOR ) @ 25 MVA Pada hari Senin, 18 April 2011, jam 14:56:54.998 WIB Turbine Unit 1 trip dan jam 14:56:55.486 WIB Turbine Unit 2 trip. Gangguan di indikasikan berasal dari line saketi 150 kV. Berikut data hasil Download dari relay jarak GE D60 Multilin. Tabel 4.1 Data gangguan Rele Type GE D60 Multilin
40
Keterangan : Prefault Magnitude : Arus dan tegangan sebelum gangguan Prefault Angle
: Sudut fasa arus dan tegangan saat terjadi gangguan.
Fault magnitude
: Arus dan tegangan sebelum terjadi gangguan
Fault Angle
: Sudut fasa arusa dan tegangan saat gangguan
Berdasarkan table 4.1, gangguan terjadi di line saketi pada jarak 9.1 km. Dari data arus sebelum gangguan dan sesudah gangguan, jenis gangguannya merupakan hubung singkat 3 fasa, karena gangguan ini menyebabkan Arus Ia, Ib, Ic naik dan Va, Vb, Vc turun, dan sudut fasa bergeser tetapi beda fasa tetap 120 °. Bentuk gelombang sebelum dan sesudah gangguan dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut ini.
Gambar 4.2 Oscillography Distance Relay D 60
41
4.2 Analisa Perhitungan Arus Hubung Singkat Untuk menghitung arus hubung singkat, di hitung sesuai titik gangguan yang telah dideteksi olek rele jarak sesuai table 4.1, yaitu di line saketi sejauh 9.1 km. SAKETI #1
#1
#2
#2 Fault 9.1 km
150 kV
BUS A
5B1
5B2
5B3
5B4
5AB1
5AB2
5AB3
5AB4
5A1
5A2
5A4 150 kV
GT #1
BUS B
GT #2 20 kV
20 kV
G #1 SST
G #2 UAT #1
UAT #2
Gambar 4.3 Diagram Satu Garis Titik Gangguan Tabel 4.2 Data Generator Unit 1 dan 2 Jenis Data
Keterangan
Tipe
QFSN-300-2-20B
Daya Mampu (P)
300MW
Faktor daya (cos µ)
0.85 (lagging)
42
Tegangan Kerja (V)
20 kV
Kapaitas Arus (I)
10189 A
Frekuensi Kerja (f)
50 Hz
Tegangan Penguat (Vf)
455 V
Arus Penguat (If)
2075 A
Xd
1.7826
X'd
0.1923（Saturated value )
X"d
0.1727（Saturated value )
X2
0.1737（Saturated value )
Metode Eksitasi
Shunt static self-excitation system
Metode Pendingin
Water-hydrogen-hydrogen
Pentanahan Netral Trafo
Rated Voltage 20 kV / 0.22 kV
Tabel 4.3 Data Main Transformer Unit 1/2 Jenis Data
Keterangan
Kapasitas Daya
370 MVA
Rasio Tegangan Kerja
150 ± 4 × 2.5% / 20kV
Rasio Arus Kerja
1424.1 A /10681 A
Vektor group
YN,d1
Tegangan Impedansi
14 %
Impedansi Urutan Nol
8Ω / phase
Operasi saat beban penuh tanpa pendingin
20 min
43
Tabel 4.4 Data Line 150 kV Saketi Jenis Data
Keterangan
Panjang Saluran
20 km (double)
R1
0.0411 Ω/km
X1
0.2812 Ω/km（Z1=0.2842 Ω/km )
Z0
Z0≈3Z1 (Double circuit)
Maximum operation mode
I K(3)
13.68KA I K(1)
Minimum operation mode
I K(3)
9.6 KA I K(1)
14.1KA 10.2 KA
4.2.1 Menentukan Nilai Impedansi Masing-Masing Peralatan Sebelum menentukan impedansi masing-masing peralatan, kita menentukan harga dasar (base) yang akan digunakan dalam perhitungan ini : Base Daya (SB) = 100 MVA Base Tegangan = Sesuai angka perbandingan pada transformator. Untuk menentukan base arus, menggunakan persamaan 3.8, maka perhitungan base arus adalah sebagai berikut : Base Arus
=
100 x10 3 3 x150
=
100000 = 384.8 A 259,81
a. Menentukan Impedansi Baru Generator Untuk menentukan nilai impedansi baru generator dalam satuan Per Unit (PU) , menggunakan persamaan 3.13 dan data impedansi sesuai table 4.3, sehingga perhitungan impedansinya adalah :
44
= 0.0489 pu b. Menentukan Impedansi Baru Main Transformer Untuk menentukan nilai impedansi baru Main Transformer dalam satuan Per Unit (PU) , menggunakan persamaan 3.13 dan data impedansi sesuai table 4.4, sehingga perhitungan impedansinya adalah :
= 0.0378 pu c. Menentukan Impedansi Baru Transmisi Saketi 150 kV Untuk menentukan nilai impedansi baru Transmisi Saketi 150 kV dalam satuan Per Unit (PU) , menggunakan persamaan 3.13 dan data impedansi sesuai table 4.5, sehingga perhitungan impedansinya adalah : -
Impedansi Ujung Saluran Saketi (20 km)
= 0.0253 PU -
Impedansi Titik Gangguan Saluran Saketi (9.1 km)
= 0.0115 pu Sehingga gambar impedansi urutan posistif di atas adalah sebagai berikut :
45
XS1=0.0253 pu atau XS2=0.0115 pu 150 kV
XT1=0.0378 pu
XT2=0.0378 pu
20 kV
20 kV
XG2=0.0489 pu
XG1=0.0489 pu
1
2
Gambar 4.4 Nilai Impedansi Urutan Positif Dari gambar diatas, maka dapat dihitung proses untuk menghitung nilai impedansi total sebagai berikut : X seri 1 = XG1 + XT1 = 0.0489pu + 0.0378pu = 0.0867 pu. X seri 2 = XG2 + XT2 = 0.0489pu + 0.0378pu = 0.0867 pu.
XS1=0.0253 pu atau XS2=0.0115 pu
Xseri 1=0.0867 pu
Xseri 2=0.0867 pu
46
1 Xparallel
1 Xseri1
1 Xseri 2
1 0.0867
1 0.0867
Xparallel = 0.04335 pu
XS1=0.0253 pu atau XS2=0.0115 pu
X parallel=0.04335 pu
Dari perhitungan diatas, maka untuk menentukan impedansi total adalah sebagai berikut : a. Impedansi total Untuk jarak transmisi 20 km (XT1) XT1 = X parallel + XS1 = 0.04335 pu + 0.0253 pu = 0.06865 pu b. Impedansi total Untuk jarak transmisi 9.1 km (XT2) XT = X parallel + XS2 = 0.04335 pu + 0.0115 pu = 0.05485 pu
XT1=0.06965 pu
XT2=0.05485 pu
47
4.2.2 Perhitungan Arus Hubung Singkat 3 Fasa Transmisi Saketi a. Perhitungan Arus Hubung Singkat Saketi Pada Titik Ujung (20 km) Untuk menghitung arus hubung singkat 3 fasa, menggunakan persamaan 3.14 dan perhitungan impedansi total yang telah dihitung : I hs 3Ø =
1 XT 1
1 0.06865 pu
14.56 pu
Karena masih dalam satuan pu, maka nilai arus hubung singkat 3 fasa diubah ke satuan ampere menggunakan persamaan 3.11, berikut perhitunganya : Harga arus sebenarnya = Per unit Arus x Harga Base Arus Harga arus sebenarnya = 14.56 pu x 384.8 A = 5602.68 A b. Perhitungan Arus Hubung Singkat Saketi Pada Titik Gangguan (9.1 km) Untuk menghitung arus hubung singkat 3 fasa, menggunakan persamaan 3.14 dan perhitungan impedansi total yang telah dihitung : I hs 3Ø =
1 XT 2
1 0.05485 pu
18.23 pu
Karena masih dalam satuan pu, maka nilai arus hubung singkat 3 fasa diubah ke satuan ampere menggunakan persamaan 3.11, berikut perhitunganya : Harga arus sebenarnya = Per unit Arus x Harga Base Arus Harga arus sebenarnya = 18.23 pu x 384.8 A = 7000.32 A Dari data gangguan dan perhitungan arus hubung singkat, dapat dipastikan bahwa gangguan yang terjadi adalah hubung singkat 3 fasa. Gangguan yang terjadi di saketi kemungkinan besar memang karena sambaran petir, hal ini didasarkan pada :
48
1. Arrester di Gardu Induk Saketi counternya bertambah yang artinya arrester telah bekerja pada semua fasa R,S,T ketika terjadi gangguan di transmisi 150 kV saketi. 2. Arrester antara GIS dan GT#1, GT#2, SST juga bekerja yaitu counternya bertambah pada fasa R. 3. Tetapi Arrester di GIS Labuan sisi outgoing saluran 150 kV saketi tidak bekerja. 4.3. Analisa Gangguan PLTU 2 banten Labuan 4.3.1 Urutan Kejadian Berdasarkan data yang diperoleh, berikut urutan kejadian: 1. Rele Jarak di GIS 150 kV Labuan mendeteksi gangguan hubung singkat 3 fasa di line arah saketi sejauh 9.1 km (lihat tabel 4.1). 2. CB/PMT 5AB4 mendeteksi gangguan dengan waktu pick up 14:56:54:053. Jenis gangguan 3 fasa, hal ini dapat dilihat di data gangguan adanya Re_tripping element single pole dan double pole dengan kode (op_RetrpA, op_RetrpB, op_RetrpC, op_Retrp3P) yang waktunya 53 ms. Auto reclose block dibuktikan dengan input biner VEBI_lockout : 1. Setelah PMT open, ada input biner dari relay proteksi generator / transformer setelah 6584 ms. 3. CB/PMT 5B3 mendeteksi gangguan dengan waktu pick up 14:56:54:054. Jenis gangguan 3 fasa, hal ini dapat dilihat di data gangguan adanya Re_tripping element single pole dan double pole dengan kode (op_RetrpA, op_RetrpB, op_RetrpC, op_Retrp3P) yang waktunya 53 ms. Auto reclose block dibuktikan dengan input biner VEBI_lockout : 1.
49
4. CB/PMT 5B4 mendeteksi gangguan dengan waktu pick up 14:56:54:060. Jenis gangguan 3 fasa, hal ini dapat dilihat di data gangguan adanya Re_tripping element single pole dan double pole dengan kode (op_RetrpA, op_RetrpB, op_RetrpC, op_Retrp3P) yang waktunya 73 ms. Auto reclose block dibuktikan dengan input biner VEBI_lockout : 1. 5. Pada saat kejadian pada point 1,2,3 dan 4 diatas, kemungkinan terjadi drop tegangan di sisi pembangkit yaitu tegangan 20 kV, dibuktikan dengan indikasi alarm under voltage di inverter motor penggerak Coal Feeder unit 1 dan unit 2 dan hal ini menyebabkan MFT bekerja oleh sinyal kehilangan bahan bakar atau Loss of Fuel. Selain coal feeder, peralatan auxiliary pembangkit yang sensisitif terhadap drop tegangan juga trip diantaranya seperti : lube oil pump, cooling pump, dan air compressor. 6. Turbin unit 1 Trip pukul : 14:56:54.998. dibuktikan dengan G-T management relay cubicle A unit 1 yang mendeteksi Main Steam Valve (MSV) turbin close pukul 14:56:55.035. 7. Turbin unit 2 trip pukul 14:56:55.486. dibuktikan dengan G-T management relay cubicle A unit 2 yang mendeteksi Main Steam Valve (MSV) turbin close pukul 14:56:55.510. Setelah kejadian Ini G-T management relay cubicle B unit 2 memerintahkan proteksi sequence reverse power bekerja pukul 14:56:57.192. 8. PMT/CB 5A4 trip pukul 14:57:01.879 9. Pada saat MSV turbin unit 1 trip (point 6) menyebabkan G-T management relay cubicle A dan B unit 1 alarm proteksi reverse power pukul 14:57:28.877. Kemudian menyebabkan G-T management relay cubicle A unit 1 memerintahkan reverse power bekerja pukul 14:57:28.811. Kemudian menyebabkan G-T
50
management relay cubicle B unit 1 memerintahkan reverse power bekerja pukul 14:57:28.837. 10. PMT/CB 5AB2 trip pukul 14:57:30.028. 11. PMT/CB 5A2 trip pukul 14:57:01.088. 4.3.2 Kondisi PLTU dan GIS sebelum gangguan 1. Berikut kondisi unit 1 dan unit 2 sebelum trip : -
Kondisi Unit 1 Sebelum Gangguan
Beban
: 260 MW
MSM
: Medium Speed Mill (MSM) yang beroperasi MSM A, MSM B, MSM C, MSM E (MSM D tidak siap)
-
Kondisi Unit 2 Sebelum Gangguan
Beban
: 238 MW
MSM
: Medium Speed Mill (MSM) yang beroperasi MSM A, MSM B, MSM D, MSM E (MSM C tidak siap).
2. Data Beban GIS Labuan Sebelum gangguan Tabel 4.5 Data Beban GIS 150 kV Labuan Sebelum Gangguan
Waktu 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45
Menes 1 (MW) 242.1 243.9 243 239.85 233.55 225.9 221.85 216
Menes 2 (MW) 241.2 242.55 242.55 238.95 232.65 225 220.5 215.1
Saketi 1 (MW) 6.75 6.75 6.75 8.55 8.55 8.55 8.55 8.55
Saketi 2 (MW) 6.3 6.3 6.3 8.1 8.1 8.1 8.1 8.1
51
4.3.3 Analisa Trip Unit 1 dan 2 PLTU 2 Banten Labuan 1. Rele jarak mendeteksi gangguan hubung singkat 3 fasa Saketi 2 dan PMT 5B4, PMT 5AB4, PMT 5B3 open. Sistem pengaman di saluran sudah bekerja, tetapi semestinya tidak menimbulkan pembangkit trip, karena beban yang di salurkan lewat line saketi 2 sebesar 8.1 MW (tabel 4.5) dan beban lebih banyak di salurkan ke Menes 1 dan 2. 2. Pembangkit trip diawali oleh tripnya semua peralatan coal feeder karena terjadi under voltage, hal ini bisa dilihat pada Variable Speed Drive (VSD) ada alarm undervoltage. ALARM UNDER VOLTAGE
Gambar 4.5 Electronic Coal feeder Dengan tripnya coal feeder maka suplai bahan bakar yang masuk ke Mill akan berhenti, sehingga bahan bakar yang masuk ke ruang bakar boiler juga akan stop. Sehingga sebagai pengaman boiler akan trip dari sinyal loss of fuel sehingga Main Fuel Trip (MFT) bekerja dan boiler trip. Berikut tampilan DCS MFT first out.
52
Gambar 4.6 Tampilan DCS MFT / Penyebab Boiler Trip 3. Karena Boiler trip, maka sinyal MFT akan memerintahkan turbin trip oleh ETS. Jika boiler trip maka produksi uap akan berhenti, sehingga turbin juga akan trip karena suplai uap ke turbin juga terganggu, sebagai pengaman turbin harus trip.
Gambar 4.7 DCS ETS Turbin Trip
53
4.4. Dampak Kejadian Terhadap PLTU 2 Banten Labuan Dengan trip-nya pembangkit,
menyebabkan pembangkit
kehilangan
kemampuan unit yang semestinya bisa di transfer ke system. Berikut dampak kejadian. 4.5.1 Dampak Terhadap Unit PLTU Labuan Unit 1 1. Kehilangan kemampuan unit : 260 MW selama 33 jam 2. Loss of opportunity
: 8580 MWh
3. Peralatan yang rusak
: PCV HP by pass oil bocor, LP By pass hanger lepas, turning gear start gagal.
4.5.1 Dampak Terhadap Unit PLTU Labuan Unit 2 1. Kehilangan kemampuan unit : 238 MW selama 24 jam 2. Perkiraan Loss of opportunity : 5712 MWh.
