SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC TM MARK V PADA PENGENDALIAN KECEPATAN TURBIN GAS FASE START UP

SISTEM KONTROL SPEEDTRONICTM MARK V PADA PENGENDALIAN KECEPATAN TURBIN GAS FASE START UP Oleh : Huda Ilal Kirom (L2F 008 045) -AbstrakPT. Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Semarang memiliki tiga jenis pembangkit yaitu PLTU, PLTG, dan PLTGU. Pada PLTGU dalam proses produksinya di Pembangkit/Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) menggunakan pengontrol Programmable Logic Controller (PLC), SPEEDTRONICTM MARK V, dan Distributed Control System (DCS). Sistem Kontrol SPEEDTRONICTM MARK V yang dikembangkan oleh General Electric (GE) Industrial System adalah sistem kontrol yang dapat diprogram dan dirancang untuk memenuhi kebutuhan industri listrik dalam kendali turbin gas dan uap yang semakin komplek. SPEEDTRONICTM MARK V dapat melakukan kontrol, proteksi dan monitoring sekaligus terhadap kerja turbin. Pada Sistem pembangkitan tenaga listrik pada PLTGU, fase start up memegang peranan penting. Dari sinilah keberhasilan dari proses selanjutnya ditentukan. Pengendalian START UP dengan menggunakan sistem kontrol SPEEDTRONICTM MARK V berfungsi untuk mengatur nilai FSR yang selanjutnya mempengaruhi jumlah bahan bakar yang dialirkan ke 14 ruang pembakaran. Besar kecilnya bahan bajar yang dialirkan ke ruang pembakaran akan menentukan cepat atau lambatnya kecepatan putar turbin pada Gas Turbin Generator (GTG) yang berbeda-beda pada fase start up. Kata Kunci : SpeedtronicTM Mark V,Start Up, Gas Turbin Generator (GTG)

I.

PENDAHULUAN

Dalam dunia industri, semakin cepatnya perkembangan teknologi peralatan yang di gunakan pada proses produksi juga semakin berkembang. Sistem kontrol untuk turbin yang tadinya hanya menggunakan governor dikembangkan oleh General Electric (GE) menjadi sistem kontrol yang lebih modern yang dinamakan SPEEDTRONICTM. Dengan semakin kompleksnya pengontrolan untuk turbin, SPEEDTRONICTM pun terus berkembang mulai dari SPEEDTRONICTM Mark I hingga yang terakhir SPEEDTRONICTM Mark VI. PT. INDONESIA POWER UBP SEMARANG dalam proses produksinya di Pembangkit/Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) menggunakan SPEEDTRONICTM Mark V sebagai kontroler pada Gas Turbin Generator (GTG). Pengendalian START UP dengan menggunakan sistem kontrol SPEEDTRONICTM MARK V berfungsi untuk mengatur nilai FSR yang selanjutnya

mempengaruhi jumlah bahan bakar yang dialirkan ke 14 ruang pembakaran. Besar kecilnya bahan bajar yang dialirkan ke ruang pembakaran akan menentukan cepat atau lambatnya kecepatan putar turbin pada Gas Turbin Generator (GTG) yang berbeda-beda pada fase start up Unit.

II. PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP (PLTGU) PLTGU yaitu pembangkit listrik yang menggunakan tenaga gas dan uap dalam menghasilkan energi listrik. Pembakaran bahan bakar pada PLTG akan menghasilkan gas untuk memutar turbin gas di PLTU. Gas buang dari turbin gas ini akan dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air pada HRSG sehingga menghasilkan uap yang akan digunakan untuk memutar turbin uap. Secara umum sistem produksi tenaga listrik pada PLTGU dibagi menjadi dua siklus, yaitu :

Makalah Kerja Praktek IP UBP Semarang

1. Open Cycle Biasanya disebut proses turbin gas (PLTG), yaitu gas buang atau uap dari GTG (Gas Turbin Generator) langsung dibuang ke udara melalui stack. 2. Close Cycle Biasanya disebut proses turbin uap (PLTU), yaitu gas buang dari GTG (Gas Turbin Generator) tidak langsung dibuang ke udara tetapi digunakan untuk memanaskan air yang ada di HRSG (Heat Recovery Steam Generator). Uap yang dihasilkan dari HRSG digunakan untuk memutar turbin uap. Proses Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap dapat dibagi menjadi dua proses, yaitu : 1. Proses Turbin Gas Bahan bakar minyak yang dipasok dari kapal atau tongkang ditampung di dalam tangki. Penyaluran bahan bakar dilakukan dengan transportasi laut dengan tujuan memungkinkan bahan bakar yang diangkut lebih banyak daripada melalui transportasi darat. Selain itu lokasi pembangkit yang dekat dengan pelabuhan semakin memperkecil biaya transportasi. Bahan bakar dipompa dari tangki ke combustion chamber (ruang pembakaran) bersama-sama udara dari compressor setelah terlebih dahulu melalui air filter. Campuran ini dibakar dan menghasilkan gas panas yang selanjutnya digunakan untuk memutar turbin gas. Gas buang dari turbin gas akan langsung dibuang melalui cerobong apabila dioperasikan open cycle dan akan dilewatkan HRSG apabila dioperasikan close cycle. 2. Proses Turbin Uap Air pengisi dari deaerator dipompa melalui Low Pressure and High Pressure Water dimasukkan ke HRSG untuk diubah menjadi uap. Hasil uap dari HRSG dimasukkan ke High Pressure Turbine kemudian masuk ke Low Pressure Turbine untuk mengubah energi panas uap menjadi energi putar

rotor. Uap bekas setelah dipakai di Low Pressure Turbine dialirkan ke condenser untuk dikondensasikan oleh air pendingin atau air laut yang dipompa melalui Circulating Water Pump (CWP). Air condensate dipompakan oleh condensate pump untuk selanjutnya dimasukkan ke deaerator.

III. DASAR TEORI 3.1 Gambaran SpeedtronicTM Mark V SpeedtronicTM Mark V adalah suatu sistem kontrol, proteksi dan monitoring pada turbin yang telah dikembangkan oleh GE dan mewakili kesuksesan dari seri-seri SpeedtronicTM dalam sistem pengaturan. Tujuan sistem kontrol dan proteksi ini adalah menghasilkan output yang maksimal untuk melindungi turbin gas dari kerusakan saat turbin dalam kondisi operasi sehingga lifetimenya dapat lebih lama. 3.2 Konfigurasi kendali SpeedtronicTM Mark V SPEEDTRONICTM Mark V adalah sistem kendali turbin yang bersifat programmable yang didesain sesuai dengan kebutuhan industri tenaga modern untuk sistem turbin yang bersifat kompleks dan dinamis. Keunggulan sistem ini pada fiturfiturnya antara lain: 1. Implementasi software dengan teknologi fault tolerance (SIFT), yang memungkinkan turbin tetap beroperasi meskipun terjadi kesalahan tunggal dengan mempertahankan status on-line. 2. Operator interface yang user-friendly 3. Interface dengan sensor direct yang memungkinkan kendali dan monitoring secara real time 4. Kemampuan diagnosa yang built-in menyatu dengan sistem 5. Arsitektur berbasis TMR (Triple Modular Redundant) Mark V SPEEDTRONICTM menggunakan tiga buah modul kontrol, masing-masing , <S>, dan yang identik untuk menjalankan keseluruhan


algoritma kendali yang vital, proses sinyal proteksi, dan proses sekuensial. Konfigurasi inilah yang disebut TMR (Triple Modular Redundant). Untuk fungsi proteksi dijalankan oleh tiga prosessor proteksi <X>, dan pada core
. Untuk konfigurasi secara umum dapat dilihat pada gambar berikut ini.

adalah untuk mengkomunikasikan sinyal I/O antara prosesor kontrol (DCCA), Protection Core (
) atau TCEA dan Digital I/O core ().

R

Digital I/O

<S>

Protection

Protection

Protection

Digital I/O

Digital I/O

Digital I/O

Gambar 1 Dasar sistem TMR pada SPEEDTRONICTM MARK V

Seperti terlihat pada gambar di atas, untuk bisa bekerja dengan baik, informasi dikomunikasikan, dibagi dan diputuskan pada sistem proteksi tersebut melalui tiga jaringan yang berbeda. Yang pertama adalah jaringan eksternal (Stage Link) yaitu alat utama komunikasi antara Operator Interface () dan Common Data Processor () dari panel kontrol. Link ini adalah bagian konfigurasi ARCNET. Kedua adalah Data Exchange Network (DENET) yang merupakan jenis ARCNET yang termasuk bagian dalam jaringan komunikasi SpeedtronicTM Mark V kontrol panel. Adapun fungsi dari DENET itu sendiri adalah untuk menyediakan link atau hubungan komunikasi antara prossesor internal dari kontrol panel. Panel TMR merupakan bagian dasar untuk memvoting proses yang terjadi pada sinyal kontrol. Untuk jaringan internal yang ketiga yaitu jaringan I/O (IONET). IONET adalah jaringan komunikasi serial yang terhubung dalam konfigurasi berantai. Fungsinya

Gambar 2 Konfigurasi kontrol TMR Mark V

Pada konfigurasi TMR sendiri terdapat tiga buah modul kontrol , <S>, dan yang berfungsi sebagai redundant. Sinyal kontrol yang diberikan merupakan hasil voting dari ketiga modul tersebut

3.3 Operator Interface Mark V Interface Mark V berfungsi sebagai upload, download, monitoring maupun pengontrolan sehingga dengan interface ini seluruh aktifitas dari Mark V kontrol panel bias terwakili. Work Station Interface < I >, terdiri dari serangkaian alat – alat, antara lain: sebuah PC (Personal Computer) layar monitor berwarna, Cursor Positioning Device (Mouse, atau Trackball), Keyboard (QWERTY Keyboard) dan Printer. Peralatan-peralatan tersebut dapat menghubungkan antara operator dengan keadaan mesin atau sebagai work station pemeliharaan lokal, baik itu pengamatan peralatan turbin, pengontrolan turbin, pengamanan turbin maupun pemasukan data baru ke kontrol panel. 3.4 Hardware Input-Output Mark V di desain untuk berhubungan langsung dengan peralatan turbin dan generator seperti :


• • • • •

magnetic speed pickups servos dan LVDT/Rs sensor vibrasi thermocouples Resistive Temperature Devices (RTDs)

IV. PENGENDALIAN START UP 4.1 Sistem Kontrol SPEEDTRONICTM MARK V 4.1.1 Desain Dasar Sistem Kontrol SPEEDTRONICTM MARK V Kontrol turbin gas dilakukan dengan kontrol start-up, kontrol percepatan, kontrol kecepatan, kontrol temperatur dan fungsi kontrol yang lain seperti tampak pada gambar 3, sensor dari kecepatan turbin, temperatur gas buang, dan parameter yang lain menetukan kondisi operasi dari unit. Saat diperlukan perubahan pada kondisi operasi turbin karena perubahan beban atau kondisi yang membahayakan turbin, maka kontrol akan mengatur aliran bahan bakar ke turbin. Misalnya bila temperatur gas buang cenderung melebihi nilai yang referensi yang diberikan untuk operasi turbin, maka kontrol temperatur akan mengurangi suplai bahan bakar ke turbin.

4.2 Start Up Control 4.2.1 Sistem Starting Seperti pada mesin-mesin yang ber – ruang bakar internal lainnya, Gas Turbine tidak bisa berputar atau tidak menghasilkan tenaga putaran awalan sendiri pada saat putarannya 0 ( zero speed ) oleh sebab itu dibutuhkan sebuah sistem start untuk melakukan perubahan keadaan Gas Turbine, sebagai pemutar awal sampai mencapai kecepatan putaran untuk pembakaran dan membantu untuk mencapai kecepatan putaran tertentu, sehingga Gas Turbine yang sudah dalam keadaan start pembakaran tersebut mampu berputar dan berakselerasi sendiri menuju ke kecepatan putaran nominalnya. Hal tersebut terselesaikan dengan bantuan peralatan sebuah motor induksi sebagai Motor Starter, dan dibantu dengan Torque Converter yang dioperasikan dimana ia berfungsi sebuah kopling penyambung dengan accessory gear.

TO CRT DISPLAY

FUEL TEMPERATURE

TO CRT DISPLAY

MINIMUM VALUE SELECT LOGIC

ACCELERATION RATE

FSR FUEL SYSTEM

TO CRT DISPLAY START UP

SHUR DOWN MANUAL

TO TURBIN

Gambar 3 Skema kontrol sederhana

Kondisi operasi turbin disensor dan digunakan sebagai sinyal feedback ke sistem kontrol Speedtronic. Ada tiga kontrol loop utama, start-up, kontrol kecepatan, dan kontrol temperatur yang di kontrol selama turbin beroperasi.

Gambar 4 Skema Turbin

4.2.1.1 Motor Starter Motor Starter atau Motor Cranking ini adalah produk dari GE Co, Custom 8000®, motor induksi dengan jenis Horisontal Motor dilengkapi dengan bantalan-bantalan antifriction, 3 phase, 6000 Volt, dengan daya 1250 HP, pada putaran 3000 rpm.


4.2.1.2 Torque Coverter Torque converter merupakan suatu peralatan dengan menggunakan media hydruaulic dalam hal ini minyak lube oil. Adapun fungsi dari minyak pada Torque Converter adalah : • Sebagai media kerja penggerak daya hydrodinamik. • Sebagai media control system torque Converter. • Sebagai pelumas dan pendingin system. • Sebagai pemutar pada waktu on cool down. Fungsi utama dari torque converter adalah : • Untuk meneruskan putaran motor cranking ke turbine dengan menggunakan flexible coupling pada waktu start up. • Untuk memutar turbine pada waktu on cooldown dengan media lube oil. 4.2.1.2 Accessory Gear. Fungsi Accessory Gear pada sistem ini adalah sebagai penggerak untuk beberapa peralatan bantu lainnya, seperti Pompa Utama Minyak Pelumas, Pompa Utama Minyak Hydraulik, Kompressor Utama Atomizing Air maupun Pompa Utama Bahan Bakar. Utamanya ia berfungsi sebagai penghubung antara Motor Cranking dengan Kompressor Turbine Gas. 4.2.1.3 Fungsi – Fungsi Kerja Sistem Start Torque Converter dan Motor Starter ( Motor Cranking ), keduanya sebagai supply tenaga kepada Gas Turbine Generator ketika siklus start-up dan ketika siklus sesudah shutdown ( cool down ). Ketika siklus Start-up, peralatan – peralatan pada sistem starting mempunyai tiga macam fungsi, antara lain : 1. Sebagai pemutar awal, ketika Gas Turbine masih diam belum berputar. 2. Mengakselerasi putaran Gas Turbine sampai pada putaran pengapian.

3.

Membantu akselerasi putaran Gas Turbine yang sudah terjadi

pengapiannya sampai dengan tercapainya kemampuan Gas Turbine untuk berakselerasi sendiri menuju putaran nominalnya. Atau yang mana sampai dengan kecepatan putaran Gas Turbine lebih besar dari pada kecepatan putaran peralatan sistem startingnya. 4.1.1.3 Control Start Up Bagian yang penting dalam tahap control start-up dan shutdown Turbin Gas (TG) adalah penginderaan/pembacaan kecepatan yang tepat. Kecepatan turbin diukur dengan magnetic pickup. Detector kecepatan dan relay kecepatan ini pada dasarnya digunakan untuk : • L14HR Kecepatan Nol (kira-kira 0% kecepatan) • L14HM Kecepatan Minimum (kira-kira 16% kecepatan) • L14HA Kecepatan Akselerasi (kira-kira 50% kecepatan) • L14HS Kecepatan Operasi (kira-kira 95% kecepatan) Detector kecepatan nol, L14HR memberikan sinyal ketika poros turbin start atau stop berputar. Ketika kecepatan poros dibawah 14HR, atau pada kecepatan nol, L14HR bekerja (fail safe) dan permissive logic memerintahkan ratchet atau operasi slow roll selama sequence start-up/cooldown turbin otomatis.

Gambar 5 kurva start up


Fase warm up dimaksudkan untuk penyesuaian turbin. Proses ini membutuhkan waktu sekitar 1 menit. Setelah 1 menit, fase warm up akan berakhir dan memasuki fase accelerate. Motor crank akan terlepas. Turbin mulai berputar dengan energi dari udara bertekanan. Setelah ini kecepatannya akan terus bertambah hingga set point yang di inginkan. Kecepatan set point awal inilah yang disebut Full Speed No Load. Pada Tahap ini akan dilakukan sinkronisasi.

Gambar 5 State Chart Start Up Turbine Gas Fase – Fase dalam start up Gas Turbine : Zero Fire Warm Up Accelarate Max Tahapan turbin dari mulai fase off cooldown hingga mencapai sinkron dapat dijelaskan sebagai berikut : Fase Zero merupakan kondisi di mana turbin dalam keadaan mati. Sebelum beroperasi dari keadaan mati, turbin harus melewati beberapa tahapan terlebih dahulu, diantaranya adalah on cooldown dimana turbin diputar pada kecepatan rendah. Hal ini berfungsi memberikan waktu untuk melumasi bagian bagian turbin. Setelah itu, dilakukan purging. Purging dilakukan untuk menghilangkan sisa bahan bakar yang masih ada di ruang bakar. Fase selanjutnya adalah firing. Bersamaan dengan ini, turbin berputar dibantu dengan motor cranking. Setelah melalui proses purging, bahan bakar akan dialirkan ke 14 ruang bakar. Bersamaan itu, spare plug akan menghasilkan percikan api. Kombinasi antara bahan bakar, udara dari kompresor dan percikan api, akan menghasilkan udara dengan suhu dan tekanan yang tinggi. Udara bertekanan inilah yang digunakan untuk memutar turbin gas. Setelah proses firing, adalah proses warming up, mulai proses firing, kecepatan turbin akan terus meningkat hingga FSNL.

4.1.1.4 Sinkronisasi Sinkronisasi otomatis disempurnakan dengan menggunakan program algoritma sinkronisasi ke software R, S, T dan P. Sinyal tegangan Bus dan generator dimasukkan ke core P dengan berisikan transformer isolasi (transformer isolation), dan diparalelkan dengan core (RST). Software (RST) menggerakkan pemeriksa sinkron (synch check) dan relay permissive sinkron, sementara core P menyediakan perintah actual menutup breaker. Ada tiga model dasar sinkronisasi. Mode ini dapat dipilih dari kontak eksternal contohnya selector switch panel generator, atau dari layer CRT Speedtronic Mk V. • OFF-Breaker tidak akan closed melalui control speedtronic MK V. • MANUAL-Operator menginisiasi penutupan breaker ketika permissive synch check relay memenuhi. • AUTO-Sistem secara automatis mencocokkan tegangan dan frekuensi dan kemudian menutup breaker pada waktu yang tepatUntuk sinkronisasi, unit dibawa kecepatan 100,3% untuk menjaga generator lebih cepat dari jaringan, menjamin beban bias masuk ketika breaker close. Ada 3 syarat turbin mencapai sinkron : • Tegangannya sama • Frekuensinya sama • Sudut fasenya sama Setelah sinkron, maka breaker pada switchyard akan close dan listrik dapat disalurkan ke jaringan


V. KESIMPULAN 1. Komponen utama sistem PLTGU terbagi menjadi tiga, yaitu Gas Turbine Generator (GTG), Heat Recovery Steam Generator (HRSG), dan Steam Turbin Gas (STG). 2. SPEEDTRONICTM MARK V adalah suatu sistem kontrol dan proteksi yang telah dikembangkan oleh General Electric (GE) dengan menggunakan software dan hardware yang modern. 3. SPEEDTRONICTM MARK V menggunakan sistem TMR yang terdiri dari tiga buah processor control , <S>, dan pada core , <S>, dan dan tiga prosessor proteksi <X>, dan pada core proteksi
. 4. Sistem kontrol SPEEDTRONICTM MARK V merupakan sistem kontrol digital yang berisi logic-logic kontrol, proteksi dan sequence pada operasi turbin gas 5. Kontrol Start-Up mengatur perubahan keadaan gas turbin, dari pemutar awal sampai mencapai kecepatan putaran tertentu sehingga gas turbine tersebut mampu berputar dan berakselerasi sendiri sampai ke kecapatan putaran nominalnya. 6. Pendeteksian kecepatan putar Turbin menggunakan magnetik pick up menjadi faktor yang penting dalam tahap kontrol Start Up.

DAFTAR PUSTAKA

[1]

[2]

Lubis, Rahmat . Fundamental of SpeedtronicTM Mark V Control System. Tambak Lorok Combyne Cycle Plant. 2002, Semarang. Arif, Masrul . Laporan Kerja Praktek Penerapan Metode Routht Ruhwitz Untuk Menentukan Kestabilan Sistem Pengendalian Exhaust Temperatur Pada Proses Pembakaran Di Gas Turbin MS 9001 E Pembangkit Listrik Tenaga

[4]

[5]

[6]

[7]

Gas Dan Uap (PLTGU) UBP Semarang PT Indonesia Power. Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya Subroto, Samsu Haryo. SpeedtronicTM Mark V. 2007. Semarang --------------MS-9000 Service Manual:Turbine, Accessories and Generator Volume I. PT.PLN (Persero) Tambak Lorok -------------MS-9000 Service Manual:Turbine, Accessories and Generator Volume IA. PT.PLN (Persero) Tambak Lorok -------------SpeedtronicTM Mark V Control Description and Application Volume I. 1993, Semarang.

BIODATA Huda Ilal Kirom (L2F008045), Lahir di Semarang pada tahun 1990 ini adalah mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro angkatan 2008 dengan mengambil konsentrasi Kontrol.

Semarang,

Mei 2012

Mengetahui, Dosen Pembimbing

Budi Setiyono,ST, MT NIP. 197005212000121001


SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC TM MARK V PADA PENGENDALIAN KECEPATAN TURBIN GAS FASE START UP

Recommend Documents