SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC TM MARK V SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA GAS TURBINE GENERATOR (GTG) Oleh : HARYO PAMUNGKAS S

SISTEM KONTROL SPEEDTRONICTM MARK V SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA GAS TURBINE GENERATOR (GTG) Oleh : HARYO PAMUNGKAS S. (L2F 006 047)

-AbstrakPT. INDONESIA POWER UNIT BISNIS PEMBANGKITAN SEMARANG 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 Sistem adalah sistem kontrol yang memakai sistem TMR (Triple Modular Redundant) dengan SIFT (Software Implemented Fault Tolerance) yang diprogram 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 PLTGU, sistem kontrol SPEEDTRONICTM MARK V dapat melakukan kontrol, proteksi dan monitoring pada Gas Turbin Generator (GTG), salah satunya yaitu untuk mengendalikan kecepatan. Pengendalian kecepatan 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 bakar yang dialirkan ke ruang pembakaran akan menentukan cepat atau lambatnya kecepatan putar turbin pada Gas Turbin Generator (GTG). Kata Kunci : SPEEDTRONICTM Mark V, Gas Turbin, FSR, kecepatan.

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 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). Salah satu control yang dilakukan oleh SPEEDTRONIC™ adalah mengontrol kecepatan turbin gas. Pada dasarnya komponen utama pengendali kecepatan putaran turbin adalah FSR (Fuel Stroke Reference), yang secara langsung mengatur suplai bahan bakar ke ruang pembakaran (combustion chamber). Tujuan dari pengaturan tersebut agar menghasilkan kecepatan putaran turbin sesuai yang diharapkan dan pemantauan saat beroperasi. II. PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP (PLTGU) PLTGU yaitu pembangkit listrik yang menggunakan tenaga gas uap dalam menghasilkan energi listrik. Pembakaran bahan bakar pada PLTG akan menghasilkan gas untuk memutar turbin gas. 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 : 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

Makalah Kerja Praktek di PT. Indonesia Power – UBP Semarang

Bahan bakar minyak yang dipasok dari kapal atau tongkang ditampung di dalam tangki.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 umum SPEEDTRONIC™ Mark V SPEEDTRONIC™TM Mark V adalah suatu sistem kontrol, proteksi dan monitoring pada turbin yang telah dikembangkan oleh GE dan mewakili kesuksesan dari seri-seri SPEEDTRONIC™ 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 SPEEDTRONIC™ 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 fitur-fiturnya antara lain:

1. Implementasi software dengan teknologi fault tolerance (SIFT), yang memungkinkan turbin tetap beroperasi meskipun terjadi kesalahan tunggal dengan mempertahankan status on-line, dan memungkinkan operasi saat prosesor kontrol shut down untuk perbaikan atau sebab lain. 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) SPEEDTRONICTM Mark V 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
.

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 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 (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. SISTEM KONTROL SPEEDTRONICTM MARK V SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA GAS TURBINE GENERATOR 4.1 Kontrol Kecepatan Pengaturan kecepatan putaran turbin gas oleh SPEEDTRONICTM Mark V digunakan untuk mengetahui dan memantau kecepatan putaran dari turbin gas saat operasi, mulai dari start-up hingga pada kedaan beban penuh. Dengan pemantauan ini, maka dapat diketahui apakah turbin dalam keadaan normal atau tidak. Pada dasarnya komponen utama pengendali kecepatan putaran turbin adalah FSR (Fuel Stroke Reference), yang secara langsung mengatur suplai bahan bakar ke ruang pembakaran (combustion chamber). Untuk pengaturan FSR sendiri terbagi menjadi dua macam mode, yaitu mode kontrol isochronus dan mode kontrol speed droop.

turbin, sehingga program akan menaikkan nilai FSR untuk mencapai kembali putaran normal dan menjaga kecepatan putaran turbin tetap disekitar 3000 rpm. Dalam keadaan normal, setting droop yang dipilih sebesar 4% (Setting speed droop untuk semua Gas Turbine pada pembangkit di PLTG Semarang). Pada mode droop akan terjadi penurunan nilai TNR secara otomatis dan linier terhadap kenaikan beban. Hal itu dapat dilihat pada Gambar 5.2. Setpoint sebesar 104% akan menghasilkan referensi kecepatan dimana hasilnya merupakan nilai FSR pada FSNL. Setpoint 100% TNR akan menghasilkan sebuah nilai FSR yang dapat menghasilkan beban puncak. Selisih 4% pada FSNL tersebut masih bisa ditoleransi. Pada Gambar 5.3 dapat dilihat bahwa respon dengan kontrol droop lebih stabil dibandingkan dengan isochronous ketika terjadi kenaikan beban.

Gambar skema kontrol sederhana.

Pada saat turbin mencapai kecepatan FSNL (3000 rpm) kontrol kecepatan putaran berfungsi untuk menjaga kecepatan putaran turbin tetap konstan sehingga frekuensi tegangan keluaran generator tetap terjaga pada 50 Hz meskipun generator dalam keadaan berbagai beban. Sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran aktual berupa magnetic pickup sensor ( 77NH-1, 2, 3). Untuk pengaturan kecepatan putaran itu sendiri terbagi menjadi dua macam mode, yaitu mode kontrol isochronus dan mode kontrol speed droop. Ketika generator dihubungkan pada jaringan maka generator akan mendapatkan beban dari jaringan. Pada kondisi tersebut maka akan mengalir arus pada kumparan stator generator, sehingga akan timbul gaya torsi pada rotor generator, yang melawan arah putaran turbin. Perlawanan torsi tersebut mengakibatkan menurunnya kecepatan putaran

Gambar Droop control curve

Ketika beroperasi dengan kontrol droop, FSR FSNL akan dipanggil untuk laju aliran bahan bakar yang cukup untuk kecepatan penuh dengan generator berada pada kondisi beban nol. Nilai TNR dapat diubah melalui perintah “RAISE” atau “LOWER” secara otomatis atau manual. Error yang dihasilkan oleh TNH dan TNR tersebut akan dikalikan dengan penguatan konstan (Gain) tergantung pada setting nilai droop yang diinginkan. Hasil dari operasi ini kemudian akan dijumlahkan dengan nilai setting FSR FSNL untuk menghasilkan nilai FSR yang dibutuhkan oleh turbin untuk menambah beban untuk menjaga frekuensi dari sistem.


Gambar skema kontrol kecepatan

4.2 Sensor Kecepatan Sensor kecepatan pada kontrol kecepatan putaran turbin gas memiliki prinsip kerja yang sederhana. Sensor tersebut bekerja berdasarkan besar flux magnetic yang dihasilkan dalam pick up. Besarnya flux magnetic tersebut akan sebanding dengan perubahan jarak ujung pickup dengan rotor turbin. Bentuk dari rotor turbin ini berupa gerigi-gerigi yang akan berputar saat turbin beroperasi.. Frekuensi tegangan yang dihasilkan oleh sensor pada gigi rotor akan sebanding dengan kecepatan turbin. Jumlah gigi rotor pada rotor turbin adalah 60 buah. Kecepatan rotor turbin tersebut diukur dalam rotation per minute (RPM) dengan magnitude pengukuran tidak kurang dari 2 volt rms pada kecepatan 1000 rpm. Tegangan yang dihasilkan ini merupakan sebuah fungsi yang sebanding dengan kecepatan rotor. Frekuensi tegangan keluar dari sensor kecepatan putar dalam hertz (Hz) sama dengan kecepatan putaran turbin ketika beroperasi dalam rpm yaitu 3 kHz .

Gambar Sensor magnetik pickup.

4.3 Sistem Proteksi Sistem proteksi overspeed pada turbin gas yang dikontrol oleh SPEEDTRONICTM Mark V pada dasarnya dirancang dan digunakan untuk melindungi turbin gas terhadap adanya kemungkinan kerusakan akibat kecepatan rotor turbin yang berlebihan. Overspeed dapat terjadi disebabkan oleh beberapa hal yaitu: a. Terlepasnya beban mendadak yang dikarenakan adanya gangguan dan kerusakan pada jaringan listrik sehingga

beban yang dipikul turbin mendadak menjadi lebih ringan. b. Terjadinya kerusakan atau kegagalan pada sistem kontrol dan pengaturan bahan bakar. c. Adanya kerusakan atau kegagalan pada speed kontrol sehingga kecepatan turbin tidak dapat dikontrol dan tidak sesuai dengan yang dikehendaki. Untuk proteksi overspeed elektronik, secara umum sistem tersebut dibagi menjadi dua yaitu overspeed electronic primer dan overspeed electronic sekunder. Untuk sistem proteksi primer terletak pada pengontrol , <S> dan . sedangkan untuk yang sekunder pada pengontrol <XYZ>. Kedua sistem tersebut menggunakan sensor kecepatan magnetic pickup untuk mengukur kecepatan aktual turbin gas. Software untuk sistem ini beserta sirkuit logicnya diset untuk melakukan peng-trip-an turbin pada kecepatan 110%. Sistem proteksi overspeed secara mekanik terdiri dari alat yang berupa baut overspeed (overspeed bolt). Alat tersebut dipasang pada poros accessory gear dan pada mekanisme trip overspeed. Untuk sistem ini, proses peng-tripan diset pada 112.5% kecepatan. Semua sistem dioperasikan untuk mengetripkan fuel stop valve (FSV) dan akan menggerakkan perintah FSR ke nol secara redundant. 4.3.1 Electronic Overspeed Protection Pada pembahasan sebelumnya, telah dijelaskan bahwa sistem electronic overspeed protection bekerja di dalam pengontrol untuk primer dan pengontrol <XYZ> untuk yang sekunder. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, sinyal kecepatan turbin (TNH) yang dihasilkan oleh sensor magnetic pickup (77NH1,-2 dan -3) akan masuk ke program dan dibandingkan nilainya dengan setpoint overspeed (TNKHOS) yaitu 110% kecepatan atau sekitar 3300 rpm.ketika nilai kecepatan turbin (TNH) melebihi setpoint yang telah ditentukan, maka sinyal trip overspeed (L12H) akan dikirim ke sirkuit master protective. Sirkuit ini kemudian akan melakukan pengtrip-an turbin disertai dengan munculnya pesan “ELECTRICAL OVERSPEED TRIP” pada layer monitor (CRT). Sistem trip ini akan mengancing dan harus direset dengan menggunakan sinyal dari master reset L86MR.


b. Oversped Trip Mechanism

Gambar Electronic Overspeed

4.3.2 Mechanical Overspeed Protection Sistem proteksi overspeed secara mekanik terdiri dari komponen-komponen utama yang saling mendukung. Komponen - komponen tersebut adalah:

a. Oversped Bolt Assembly Baut overspeed (overspeed bolt) pada sistem proteksi ini dipasang pada poros accessory gear yang bertujuan untuk mengetahui apakah terjadi overspeed atau tidak. Alat ini berupa baut pembebanan dengan pegas dan ditempatkan di dalam cartridge. Penempatan ini dirancang agar gaya pegas menahan baut pada posisinya sampai kecepatan trip tercapai. Dengan meningkatnya kecepatan poros, maka gaya sentrifugal yang bekerja pada baut akan diimbangi oleh gaya gaya pegas yang berada di dalam baut. Namun, pada saat kecepatan poros melebihi batas yang telah ditentukan maka gaya sentrifugal yang dihasilkan pada baut akan lebih besar dari gaya pegasnya. Akibatnya adalah baut bergerak dalam waktu kurang dari satu putaran poros. Dengan keluarnya baut ini maka akan terjadi kontak sehingga mentripkan mekanisme overspeed trip. Besarnya gaya poros dapat ditentukan sesuai kebutuhan sehingga bolt akan trip pada kecepatan poros yang diinginkan.

Peralatan trip ini juga dipasangkan pada accessory gear, berdekatan dengan baut overspeed (overspeed bolt assembly). Pada saat digerakkan, overspeed bolt akan mentripkan jari pengancing peralatan trip overspeed. Hal ini akan mengakibatkan terbukanya valve trip dan membuang tekanan oli sistem triping oil ke drain oil yang kemudian diikuti dengan menutupnya valve oil pengontrol tekanan hidrolik pada Main Fuel Stop Valve (valve utama bahan bakar) dan akan dibuang tekanannya ke drain, sehingga menyebabkan bergeraknya silinder aktuator hidrolik pada Main Fuel Stop Valve untuk menutup dengan cepat. Hal ini bertujuan untuk mencegah tekanan hidrolik didalam selinder actuator menahan Main Fuel Stop Valve dalam kedaan masih membuka. Tombol trip dan reset dipasangkan dengan limit switch mekanisme overspeed 12HA di luar accessory gear. Tombol ini merupakan suatu mekanisme trip overspeed yang dilakukan secara manual pula, sedangkan limit switch 12HA berfungsi sebagai indikator bahwa mechanical overspeed trip telah bekerja.

Gambar Overspeed Trip Mechanism

Gambar Overspeed Bolt


V. KESIMPULAN 1. SPEEDTRONICTM MARK V adalah suatu sistem kontrol dan proteksi yang telah dikembangkan oleh General Electric (GE) dengan menggunakan software dan hardware yang modern. 2. SPEEDTRONICTM MARK V menggunakan sistem TMR yang terdiri dari tiga buah processor control , <S>, dan pada core , <S>, dan dan processor dan tiga prosessor proteksi <X>, dan pada core proteksi
. 3. Sistem kontrol SPEEDTRONICTM Mark V secara garis besar terdiri dari tiga loop kontrol utama yaitu loop kontrol temperatur, kontrol kecepatan, dan kontrol start up. 4. Kontrol kecepatan mengatur perubahan bukaan bahan bakar (FSR) agar menghasilkan kecepatan putaran turbin sesuai yang diharapkan. 5. Frekuensi tegangan keluaran generator adalah 50Hz dengan kecepatan normal nya 3000rpm. 6. Sensor yang digunakan adalah srnsor Magnetic pickup berjumlah 3 buah dengan frekueansi keluaran sensor yang sebanding dengan kecepatan turbin yaitu 3000Hz.

SPEEDTRONICTM Mark V Control Description and Application.Volume I, 1993. SPEEDTRONICTM Mark V Control Gas Turbine - Spesification Document Volume II, 1993. BIODATA Haryo Pamungkas S, adalah mahasiswa Teknik Elektro (S1) Universitas Diponegoro angkatan 2006 dengan mengambil konsentrasi Kontrol.

Semarang,

Agustus 2010

Mengetahui, Dosen Pembimbing

Budi Setiyono, ST., MT. NIP. 197005212000121001

VI. DAFTAR PUSTAKA Santoso, Junaidi. Sistem Kontrol SPEEDTRONICTM Mark V Sebagai Pengendali Turbin Pada Generator Turbin Gas (GTG), Laporan Kerja Praktek, Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang. 2006 Subroto, Samsu Haryo, “SpeedtronicTM Mark V”, 2007 Lubis. Rahmat, Fundamental of SEEDTRONICTM Mark V Control System, Tambak Lorok Combyne Cycle Plant, 2002 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.


SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC TM MARK V SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA GAS TURBINE GENERATOR (GTG) Oleh : HARYO PAMUNGKAS S

Recommend Documents