. Untuk konfigurasi secara umum dapat dilihat pada gambar berikut ini. . Sistem kontrol SPEEDTRONICTM MARK V merupakan sistem kontrol digital yang berisi logic-logic kontrol, proteksi dan sequence pada operasi turbin gas Besar aliran bahan bakar ke combustion chamber dikontrol oleh electrohidraulic servovalve pada sistem bypass. TM
Gambar. 2 Software Implemented Fault Tolerance
B. 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 bisa 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 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. IV. PROSES PENENTUAN FSR PADA GTG
R
Digital I/O
<S>
Protection
Protection
Protection
Digital I/O
Digital I/O
Digital I/O
A. Proses Pembakaran pada Gas Turbine Generator Tujuan utama dari proses pembakaran adalah untuk menaikkan temperatur udara sehingga volume udara meningkat (mengekspansikan udara) sehingga dapat digunakan untuk memutar turbin gas. Ruang bakar (Combustion Chamber) digunakan sebagai tempat untuk melakukan proses pembakaran, dimana setelah bahan bakar dan udara bertekanan masuk, proses pembakaran diawali dengan pemantikan api melalui igniter yang fungsinya seperti busi (spark plug ignition) sehingga terjadi pembakaran. Proses penyaluran bahan bakar dilakukan melalui instalasi pemipaan yang menghubungkan tangki penampungan bahan bakar sampai ke ruang bakar. Aliran bahan bakar dari tangki penampung dipompa dengan transfer pump melalui flow meter untuk perhitungan pemakaian. Sedangkan untuk mengatur jumlah aliran bahan bakar yang masuk ruang bakar diatur dengan kontrol valve. Kontrol turbin gas dilakukan dengan kontrol start-up, kontrol percepatan, kontrol kecepatan, kontrol temperatur dan fungsi kontrol yang lain, 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. B. Desain Dasar Sistem Kontrol Aliran Bahan Bakar Aliran bahan bakar yang masuk ke combustion chamber dikendalikan oleh electrohidraulic servovalve berdasarkan sinyal referensi FSR (Fuel Stroke Reference). Sinyal FSR dipengaruhi oleh 6 input utama yaitu start up, akselerasi, kecepatan, temperatur, shut down, dan fungsi kontrol manual. Hubungan FSR dengan keenam kontrol tersebut diperlihatkan pada Gambar dibawah ini TO CRT DISPLAY FUEL
TEMPERATURE TO CRT DISPLAY
SPEED MINIMU M VALUE SELECT LOGIC
ACCELERATION RATE
FSR FUEL SYSTEM
TO CRT DISPLAY START UP
SHUR DOWN MANUAL
TO TURBIN
Gambar. 3 Skema pengendalian pada turbin gas
C. Sistem Kontrol Bahan Bakar
Gambar. 4 Skema kontrol bahan bakar cair.
Sistem kontrol bahan bakar terdiri dari dua komponen, komponen mekanik dan komponen kontrol elektrik. Beberapa komponen mekanik untuk bahan bakar antara lain filter bahan bakar cair primer (pada tekanan rendah), yaitu fuel oil stop valve, main fuel pump, dan bypass valve. Filter kedua (tekanan tinggi), yaitu flow divider, valve katup pembuangan, fuel lines, dan penyembur bahan bakar (nozzle). Sedangkan komponen kontrol elektriknya terdiri dari switch pengatur tekanan bahan bakar 63FL-2, LVDT 96FP-1-2, valve limit switch 33FL, fuel pump clutch solenoid 20CF, bypass servovalve 65FP, magnetic speed pickups 77FD-1,-2,-3 dan
SPEEDTRONIC control cards TCQA dan TCQC. Skema kontrol bahan bakar tersebut diperlihatkan pada Gambar 3. Fuel bypass valve adalah valve yang meggunakan aktuator hidrolik dengan karakteristik aliran linear. Valve ini berada diantara bagian masukan/inlet (low pressure) dan bagian pembuangan/outlet (high pressure) pada fuel pump. Valve ini melakukan bypass kelebihan bahan bakar yang dikirimkan oleh fuel pump kembali ke bagian masukan fuel pump. Valve ini mengatur aliran bahan bakar yang akan dikirim ke flow divider untuk dibagi sesuai dengan kebutuhan dari sistem kontrol bahan bakar. Valve ini diatur oleh servovalve 65FP yang menerima sinyal dari kontroler. Flow divider membagi aliran bahan bakar dari pompa menjadi 14 aliran mrnuju ke tiap-tiap ruang bakar. Flow divider dikendalikan oleh perbedaan tekanan antara bagian masukan (inlet) dengan bagian keluaran (outlet). Jumlah aliran bahan bakar ditunjukkan oleh sensor kecepatan dari rotor pembagi dari flow divider yaitu magnetic pickups (77FD-1,2,&-3). Sensor ini adalah non contacting magnetic pickups yang memberikan sinyal dengan frekuensi yang proporsional dengan kecepatan pembagi aliran, yang juga proporsional dengan aliran bahan bakar yang dikirimkan ke combustion chamber. TCQA card menerima sinyal pulsa dari 77FD-1,-2, dan -3 sebagai feedback aliran bahan bakar, sedangkan TCQC card mengatur servovalve 65FP berdasarkan input kecepatan turbin (TNH), FSR1 (untuk pemanggilan aliran bahan bakar), dan kecepatan pembagi aliran (FQ1). Regulator yang digunakan untuk mengatur umpan balik posisi diprogram melalui TCQA card. Regulator yang digunakan memiliki tipe 64. Angka ”6” menunjukkan bahwa regulator ini mengendalikan input flow yang dalam hal ini flow bahan bakar dari magnetic pickup dan menggunakan kontroler PI (Proportional Integral). Sedangkan angka ”4” merupakan subtipenya, maksudnya adalah umpan balik yang digunakan adalah yang bernilai maksimum dari dua buah LVDT. Sinyal pemanggilan aliran bakar akan dibandingkan dengan feedback magnetic pickups yang menunjukkan aliran bahan bakar yang aktual. Hasil perbandingan kemudian dikuatkan pada TCQC card dan dikirim melalui QTBA card ke electrohidraulic servovalve. Output ke servovalve dikirim oleh tiap modul
proteksi/pengaman yang menentukan kondisi permissive sebelum suatu proses berjalan. Kontrol start-up beroperasi sebagai kontrol open loop dengan menggunakan level FSR dari sinyal perintah yang sudah ditentukan. Level-level FSR tersebut adalah adalah “ZERO”, “FIRE”, “WARM-UP”, “ACCELERATE”, dan “MAX”. Spesifikasi kontrol menyediakan setting perhitungan bahan bakar yang tepat dibutuhkan di setiap levelnya. Tingkatan (level) FSR ditentukan sebagai kontrol yang tetap pada start-up control SPEEDTRONICTM Mark V Tujuan dari kontrol kecepatan turbin gas oleh SPEEDTRONICTM Mark V adalah untuk mengatur nilai FSRN (FSR untuk kecepatan turbin) agar menghasilkan kecepatan turbin sesuai yang diharapkan dan memantau kecepatan dari turbin gas saat operasi baik saat start-up maupun saat berbeban. Pada saat turbin mencapai kecepatan FSNL (3000 rpm) kontrol kecepatan berfungsi untuk menjaga kecepatan tetap konstan sehingga frekuensi tegangan keluaran generator tetap terjaga 50 Hz meskipun generator memperoleh beban. 2) Speed Control: Prinsip dasar pengontrolan kecepatan adalah dengan membandingkan nilai kecepatan referensi (TNR) dengan kecepatan aktualnya (TNH) kemudian mengatur FSR sampai TNH sama dengan TNR. Pada saat operasi nilai TNR dibatasi dari 95 % sampai 107 % dari kecepatan normal (3000 rpm). Apabila kecepatan turbin diatas 110 % maka program akan memberikan perintah trip secara otomatis. Sensor yang digunakan untuk mengatur kecepatan aktual berupa magnetic pickup sensor (77NH-1,-2,-3) yang berada pada poros turbin. Seperti yang terdapat pada flow divider, sensor ini bekerja dengan menghitung kecepatan induksi putaran magnetik. Sensor magnetic pickup ini berjumlah tiga untuk dihubungkan ke masing-masing modul pengontrol yaitu core
melakukan pengukuran suhu pembakaran pada combustion chamber. Software kontrol temperatur menentukan kompensasi pada pembacaan termokopel, memilih setpoint kontrol temperatur, menghitung nilai setpoint kontrol, menghitung nilai yang mewakili/mendekati temperatur exhaust, membandingkan nilai ini dengan setpoint, dan kemudian menggerakkan sinyal perintah bahan bakar ke sistem kontrol analog untuk membatasi temperatur exhaust. Software exhaust temperatur control berisikan program-program berikut: kontrol temperatur. Perhitungan kontrol bias temperatur. Pemiliha referensi temperatur 4) Acceleration Control: Kontrol percepatan bertujuan membatasi percepatan putaran turbin dari waktu firing sampai warm-up. Jika percepatan aktual lebih besar dari nilai referensi pecepatan, FSRACC akan berkurang, yang mana dengan berkurangnya FSR maka akan mengakibatkan berkurang juga aliran bahan bakar ke turbin gas. Selama startup referensi percepatan adalah fungsi dari kecepatan turbin, kontrol pecepatan biasanya diambil alih dari kontrol kecepatan secara langsung setelah periode warm-up. Setelah tahap warm-up selesai, software memberikan sinyal L14HS artinya turbin telah mencapai kecepatan operasinya yaitu 95% dari kecepatan normalnya 5) Shut Down Control: Shut down adalah suatu proses penghentian operasi pada turbin gas. Proses shut down dari turbin gas dapat dibedakan menjadi dua, yaitu secara normal ataupun melalui proses trip secara otomatis oleh sistem proteksi dari SPEEDTRONICTM Mark V. Akan tetapi secara prinsipal kedua jenis shut down tersebut sama, yaitu kedua proses tersebut akan menghentikan suplai bahan bakar yang mengalir ke dalam combustion chamber. Hal itu mengakibatkan proses pembakaran terhenti sehingga tidak dihasilkan gas yang digunakan untuk memutar turbin. Kontrol shut down bertujuan membawa gas turbin untuk berhenti beroperasi secara aman. 6) Manual Control: Kontrol manual menentukan nilai FSR secara manual melalui switch pada panel kontrol atau melalui PC pada ruang monitor dan kontrol SPEEDTRONIC. Pada implementasinya penentuan FSR secara manual jarang digunakan pada saat operasi. Selain faktor keamanan juga berpengaruh terhadap kepresisian nilai FSR yang diberikan sehingga mempengaruhi efisiensi penggunaan bahan bakar. V. KESIMPULAN SPEEDTRONIC MARK V menggunakan sistem TMR yang terdiri dari tiga buah processor control
FSR digunakan sebagai sinyal referensi aliran bahan bakar ke sistem kontrol bahan bakar. FSR dipengaruhi oleh kontrol kecepatan turbin, exhaust tenperature, start-up, shut down, akselerasi, dan manual.
DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
[3] [4] [5] [6]
Marsudi, Djiteng. Pembangkitan Energi Listrik. Erlangga: Jakarta. 2002 Santoso, Junaidi. Laporan Kerja Praktek Sistem Kontrol SpeedtronicTM Mark V Sebagai Pengendali Turbin Pada Generator Turbin Gas (GTG). Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro: Semarang. 2006 Subroto, Samsu Haryo.SpeedtronicTM Mark V. 2007 _______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
BIODATA Muhammad Fadli Nasution, (L2F008065), Lahir di Koto Tuo Panyalaian 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