TUGAS AKHIR
ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DAN PELEPASAN BEBAN DI PT. WILMAR NABATI GRESIK AKIBAT ADANYA PENGEMBANGAN SISTEM KELISTRIKAN FASE 2 WIJAYA KHISBULLOH -------2208100001--------
Dosen Pembimbing
Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D Dr. Eng. Ardyono Priyadi, ST. MT
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang 2. Perumusan Masalah 3. Tujuan 4. Metode
LATAR BELAKANG
Pengembangan Pabrik Fase 2
Penambahan Beban dan Suplai (PLN, GTG 10 Mw dan 6.4 MW)
1. Perlu adanya analisis ulang tentang kestabilan sistem apabila mengalami gangguan. 2. Adapun gangguan yang mungkin terjadi dan perlu dilakukan analisis ulang antara lain : Generator Lepas, Motor Starting, Hubung Singkat dan hilangnya suplai dari PLN. 3. Perlu adanya analisis ulang akan tindakan, atau rekomendasi yang harus dilakukan apabila terjadi gangguan tersebut.
RUMUSAN MASALAH
Analisa sistem kelistrikan di PT. Wilmar Nabati Gresik dengan beberapa kasus konfigurasi dan skema pembebanan yang ada.
Analisis dan simulasi Stabilitas Transien (Transient Stability Analisys) dengan memperhatikan respon sudut rotor dan putaran generator serta respon tegangan dan frekuensi bus utama pada system akibat adanya kasus gangguan seperti generator lepas (generator trip), lepasnya suplai PLN (utility trip), Motor Starting, hubung singkat (short circuit) pada sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik
Perencanaan dan evaluasi skema pelepasan beban yang efektif dan handal.
Perangkat lunak yang digunakan dalam simulasi dan analisis adalah software Electrical Transient Analysis Program (ETAP).
TUJUAN
Melaksanakan studi mengenai kestabilan transien sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik
Mendapatkan Rekomendasi yang diperlukan.
Merancang sebuah skema pelepasan beban (Load Shedding) yang handal
Menjaga Beban-beban penting saat terjadi gangguan
METODE
1.
Studi Literatur
2.
Pengumpulan Data
3.
Pengolahan Data dan Pemodelan sistem
4.
Simulasi dan Analisis Data
5.
Penulisan Buku Tugas Akhir
DASAR TEORI
1. Definisi Kestabilan 2. Standart 3.
Jenis Gangguan
DEFINISI KESTABILAN
Studi Kestabilan dibagi menjadi tiga
Rotor angle stability. Voltage stability and Voltage Collapse. Long Term and Mid Term Stability
Sumber : Power System Stability and Control by Prabha Kundur
STANDAR ANSI/IEEE Std C37.106-1987 Step
Frequency Trip Point (Hz) 1 59.3 2 58.9 3
58.5
Percent of Load Shedding (%)
Fixed Time Delay (Cycles) on Relay
10 15 As Required to arrest decline before 58.2 Hz
6 6
SEMI F47 VOLTAGE SAG DURATION
VOLTAGE SAG
Duration (s)
Cycles at 60 Hz
Cycles at 50 Hz
Percent (%) of Equipment Nominal Voltage
< 50 ms
< 3 Cycles
<2.5 cycles
Not Specified
50 to 200 ms
3 to 12 cycles
2.5 to 10 cycles
50%
200 to 500 ms
12 to 30 cycles
10 to 25 cycles
70%
500 to 1000 ms
30 to 60 cycles
25 to 50 cycles
80%
> 1000 ms
> 60 cycles
> 50 cycles
Not Specified
JENIS GANGGUAN
Hubung Singkat Motor Starting
Gangguan yang Mempengaruhi Kestabilan Lepas Pembangkit Perubahan Beban
SIMULASI DAN ANALISIS
1. Extreme Condition 2. Peak Load Condition
EXTREME CONDITION MW
Mvar
MVA
% PF
Source (Swing Buses):
14.388
9.998 17.520
82.12 Lagging
Source (Non-Swing Buses):
45.700
20.101 49.926
91.54 Lagging
Total Demand:
60.088
30.099 67.205
89.41 Lagging
Total Motor Load: Total Static Load:
49.696 9.656
33.050 59.683 -8.239 12.694
83.27 Lagging 76.07 Leading
ID PLN PWS-DG-01 PWS-DG-02 PWS-STG-01 PWS-STG-02 Future Gen PWS-NGT-01
Jenis Grid DEG DEG STG STG GTG GTG Total
Operasi kW Kvar 13000 13000 2501 1600 1500 0 1600 1500 0 15000 14388 9998 15000 14600 7437 10000 9000 5889 6400 6100 4274 62600 60088 30099
Nominal (kW)
Supply : 2 DEG, PLN, 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : Extreme condition
EXTREME CONDITION
Nama Kasus Gen_Trip_15 Gen_15_LS Gen_Trip_10 Gen_10_LS Gen_Trip_6.4 Gen_6.4_LS PLN_Trip PLN_Trip_LS1 PLN_Trip_LS2 SC_10.5kV SC_10.5_LS SC_3.3kV MS_1 MS_2
Keterangan Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Future Generator Off Sumber Lain On Future Generator Off dan Load Shedding Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding PLN Off Sumber Lain On PLN Off dan Load Shedding Tahap 1 PLN Off dan Load Shedding Tahap 2 Hubung Singkat di bus 10.5 kV Hubung Singkat di bus 10.5 kV + Open CB Hubung Singkat di bus 3.3 kV Motor Starting motor terbesar dengan VSD Motor Starting motor terbesar di bus 3.3 kV
Gen_Trip_15
EXTREAME CONDITION 100
100 99.8 Frekuensi
100 %
99.6
95
Tegangan (%)
100.2 Frekuensi (%)
98.7 %
105
100.4
FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003
90 85 80 75
99.4
SP-BUS-12000
88.3 %
70 99.2
0
0 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 101111121314151617181819
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (detik)
Waktu (Detik)
145 %
20
1000
18
900
16 14 12
700
MVA
Ampere (A)
800
212.5 %
600
Arus
10
SP-TRF-32001
8
SP-TRF-34002
6
500
152 %
4 400
2 0
300 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (detik)
Arus yang diserap dari PLN sebesar 212.5 % 382 A menjadi 812 A
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (detik)
SP-TRF-32001 overload : 6.5 MVA ke 9.92 MVA SP-TRF-34002 overload : 12 MVA ke 17.46 MVA
EXTREAME CONDITION PLN Daya dari 13 MVA menjadi 27.88 MVA
35 30
MVA
25 20 15
214.4 %
PLN
10 5 0 0
2
4
6
8 10 12 Waktu (detik)
14
16
18
20
Perjanjian Pembatasan daya antara PLN dengan PT. Wilmar Nabati Gresik. Karakteristik waktu Tripping berdasarkan TDL 2001 1.05 x In 1.20 x In 1.50 x In 4.00 x In
(Trip dalam waktu : > 60 menit) (Trip dalam waktu : < 20 menit) (Trip dalam waktu : < 10 menit) (Trip dalam waktu : koord dengan setting OCR trafo). Sumber : PT.PLN Persero
EXTREAME CONDITION Perhitungan waktu Tripping Overload Relay :Rele GEC Measurement Type MCHNO2
.t =
σx
ln
[I]2 [ I ]2 - [ k x Is]2 I Is σ k
2 I .t = σ × ln I 2 − ( k × Is )2
= Arus Beban yang masuk ke rele = Arus Beban Penuh = time constant13,49 menit = 1,05 (konstanta)
2 812 = 13.49 × ln 8122 − (1.05 × 382 )2
= 3.77 menit
Rele akan trip pada saat t = 3.77 menit Sumber : PT.PLN Persero
Gen_15_LS
EXTREAME CONDITION 105
100.3
100
100.1 100 99.9
frekuensi
100 %
99.8
Tegangan (%)
Frekuensi (%)
100.2
95
FUTURE FLOUR MILL 1
90
97.8 %
85
SP-BUS-56003 SP-BUS-12000
80
99.7
75
99.6
70 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (detik)
Waktu(detik)
Load shedding sebesar 12.31 MW saat t=1.3 detik atau 0.3 detik setelah generator trip.
20 18 16 14
8.3 %
12 MVA
99.12 %
110
100.4
10
SP-TRF-34002
8
SP-TRF-32001
6
Daya yang melalui Trafo SP-TRF-34002 dan SP-TRF-32001 telah kembali normal. Daya yang diserap PLN kembali normal
4
4.58 %
2 0 0
2
4
6
8
10
12
Waktu (detik)
14
16
18
20
SC_10.5kV
EXTREAME CONDITION Terjadi Overfrequency
103 % 104
120
102 %
102
101
SP-BUS-12000 SP-BUS-56003
100
100 %
99
78 %
100
Tegangan (%)
Frekuensi (%)
103
80 FUTURE FLOUR MILL 1
77 %
60
SP-BUS-56003
40
SP-BUS-12000
20
0
98 0
2
4
6
8
10
12
Waktu (Detik)
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Waktu (Detik)
0.2 %
Tegangan Jatuh 1. Tegangan pada bus sistem yang tidak mengalami hubung singkat ikut jatuh. 2. Terjadi pelonjakan Frekuensi pada beberapa bus yang dekat dengn daerah hubung singkat.
SC_10.5_LS
EXTREAME CONDITION
103 140 102 120 100
100 99
Frekuensi
100 %
98
SP-BUS-56003
Frekuensi (%)
Frekuensi (%)
101
80
97
40
96
20
95
100 %
60
FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000
0 0
2
4
6
8
10
12
Waktu (Detik)
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
Waktu (Detik)
Tegangan Jatuh
1. Berdasarkan grading waktu, open CB pada t = 0.7 sekon. 2. Tegangan pada SP-BUS-56003 sempat mengalami voltage sag yang cukup rendah hingga mencapai 0.2 %.
MS_2
EXTREAME CONDITION
105
Tegangan (%)
100
95 SP-BUS-56002 90
SP-BUS-56003
85
88.04 %
80 0
2
4
6
8
Waktu (s)
Setting rele undervoltage di set agar tidak trip saat motor START
tegangan bus SP-BUS-56003 sempat mengalami undervoltage menjadi 88.04 % selama starting awal motor yakni selama 3 detik
PEAK LOAD CONDITION
Source (Swing Buses): Source (Non-Swing Buses): Total Demand: Total Motor Load: Total Static Load: ID
JENIS
MW 25.752 15.100 40.852 34.027 6.534
Mvar 5.683 6.911 12.594 22.354 -10.980
NOMINAL (kW)
MVA 26.371 16.606 42.749 40.713 12.777
% PF 97.65 Lagging 90.93 Lagging 95.56 Lagging 83.58 Lagging 51.14 Leading
OPERASI KW
kVar
PWS-STG-01
ST
15000
13626
3317
PWS-STG-02
ST
15000
12126
2365
Future Gen
GT
10000
9000
4005
PWS-NGT-01
GT
6400
6100
2907
46400
40852
12594
TOTAL
Supply : 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : Peak Load condition
PEAK LOAD CONDITION
Nama Kasus Gen_ 15 Gen_15+LS1 Gen_ 10 Gen_10+LS1 Gen_ 6.4 Gen_6.4+LS SC_10.5kV SC_10.5+LS SC_3.3kV MS_1 MS_2
Keterangan Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Future Generator Off Sumber Lain On Future Generator Off dan Load Shedding Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding Hubung Singkat di bus 10.5 kV Hubung Singkat di bus 10.5 kV + Open CB Hubung Singkat di bus 3.3 kV Motor Starting motor terbesar dengan VSD Motor Starting motor terbesar di bus 3.3 kV (grup motor)
Gen_15
PEAK LOAD CONDITION
120
105 100 95
80 60 Frekuensi 40
Tegangan (%)
Frekuensi (%)
100
90 FUTURE FLOUR MILL 1 85
SP-BUS-56003 SP-BUS-12000
80 20 0
75 70 0
2
4
6
8
10
12
Waktu (Detik)
14
16
18
20
Frekuensi Turun
0
2
4
6
8
10
12
Waktu (detik)
14
16
18
20
Tegangan turun
Gen_15+LS1
PEAK LOAD CONDITION
120
100
% Frekuensi
80
60 Frekuensi 40
20
Frekuensi Turun
0 0
2
4
6
8 10 12 Waktu (detik)
14
16
18
20
Berdasarkan standar ANSI/IEEE Std C37.1061987. Dilakukan pelepasan beban tahap 1 (10 %) sebesar 4.461 MW. Pada saat t = 1,321 Sekon.
Gen_15+LS2
PEAK LOAD CONDITION
100.5
110
100
101 %
99.5
99.57 %
99
Frekuensi
98.5
Teganagn (%)
105 100 95 90
100 %
80
97.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Waktu (detik)
97 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
PELEPASAN BEBAN TAHAP 2 = 4.937 MW saat t=1.662 sekon
SP-BUS-12000 SP-BUS-56003
85
98
Future Flour Mill
PENUTUP
1. Kesimpulan 2. Saran
KESIMPULAN
Pada kasus generator 15 MW lepas dari sistem pada saat kondisi pembebanan ekstrim, perlu dilakukan pelepasan beban sebesar 12.31 MW dan pada saat kondisi beban puncak (tanpa grid), rele under frequency melakukan pelepasan beban dalam dua tahap sebesar 9,398 MW. Pada saat terjadi kasus hubung singkat, tegangan di SP-BUS-56003 jatuh sampai dengan 0.2 %. Pada kasus motor start, tegangan jatuh menjadi 88.04 % selama 3 detik.
SARAN Pada saat sistem terhubung dengan grid, ketika salah satu generator trip, harap memperhatikan trafo SP-TRF-32001 dan SP-TRF-34002 agar tidak overload. Karena kehilangan daya akibat generator trip, akan dikompensasi oleh PLN sehingga kedua trafo akan overload. Sebaiknya memasang rele yang memiliki kemampuan PLC, sehingga dapat bekerja optimal melakukan pelepasan beban saat generator Trip, namun sistem terhubung ke grid. Setting rele undervoltage pada motor harus diatur lebih lama dari 3 detik agar saat terjadi motor start tidak trip.
SEKIAN
LAMPIRAN
SLD 2 of 5
LAMPIRAN
SLD 3 of 5
LAMPIRAN
SLD 4 of 5
LAMPIRAN
SLD 5 of 5
LAMPIRAN
PERTANYAAN
1. Tunjukkan respon tegangan kasus Gen_15 untuk rentang waktu 30 detik. 2. Apa jenis exciter yang digunakan pada generator. 3. Mengapa frekuensi pada saat SC naik? Tunjukkan respon daya dari PLN dan di sekitar titik hubung singkat.
Respon Gen_15 Tegangan 105 100
Tegangan (%)
95 90 SP-BUS-56003 85
Future Flour Mill SP-BUS-12000
80 75 70 0
2
4
6
8
10
12
14 16 18 Waktu (detik)
20
22
24
26
28
30
Respon tegangan masih tidak stabil
Eksiter Tipe eksiter yang digunakan adalah eksiter IEEE Type 2 – Rotating Rectifier System (2)
Parameter VRmax VRmin SEmax SE .75 Efdmax KA KE KF TA TE TF1 TF2 TR
STG-01
STG-02 16.37 0 0.9955 0 8.2 1636 1 0.075 0.02 0.6 0.6 3.237 0
NGT-01 16.37 0 0.9955 0 8.2 1636 1 0.075 0.02 0.6 0.6 3.237 0
Future 16.37 0 1.65 1.13 6.18 400 1 0.075 0.02 0.6 0.6 3.237 0
16.37 0 1.65 1.13 6.18 400 1 0.075 0.02 0.6 0.6 3.237 0
Short Circuit Daya
RPM generator
16
3200
14
3150
12 10
3050 3000
PWS-STG-01
2950
PWS-STG-02
MW
RPM
3100
8 4
2900
2
2850
0 0
2
4
6
8
PWS-STG-02
6
-2 0
10
2
4 6 Waktu (detik)
waktu (detik)
20
350 300
15
250
10
150
PWS-STG-01
100
PWS-STG-02
50 0 2
4
6
8
10
MW
Degree
200
-100
10
Daya PLN
Sudut Rotor
-50 0
8
5 0 -5 -10
Waktu (sekon)
Daya PLN 0
2
4
6
8
10
12
Waktu (detik)
14
16
18
20
Short Circuit PWS-STG-02 60
3200 3150 3100 3050 3000 2950 2900 2850 2800 2750
50 40 30
PWS-STG-02
MW
RPM
PWS-STG-02
20 PWS-STG-02
10 0 -10 0
2
4
6
8
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
-30
14
16
18
20
Waktu (detik)
Waktu (sekon)
Rotor Angle
Daya PLN
350 300
80
250
60
200
40
150
PWS-STG-02
100
PWS-STG-01
50 0 -50 0
2
4
6
8
10
12
Time (S)
14
16
18
20
MW
Degree
12
-20 0
-100
10
20 Daya PLN
0 -20
0
2
4
6
8
10
12
-40 -60
Waktu (sekon)
14
16
18
20
