Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit (RU) VI Balongan

Transkripsi

1 Presentasi Seminar Tugas Akhir Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit (RU) VI Balongan Nama : Syahrul Hidayat NRP : Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT 2. Dr. Eng. Ardyono Priyadi ST, M.Eng 1

2 Pendahuluan : Latar Belakang Di PT. Pertamina RU VI Balongan, stabilitas transien belum dianalis secara mendalam sehingga perlu dilakukan studi stabilitas transien untuk mengetahui kestabilan sistem saat terjadi gangguan transien 2

3 Pendahuluan : Tujuan Melaksanakan studi mengenai kestabilan transien sistem kelistrikan PT. Pertamina RU VI Balongan Merancang suatu skema load shedding yang handal agar sistem kelistrikan PT. Pertamina RU VI Balongan dapat kembali stabil ketika terjadi gangguan yang mengakibatkan sistem tidak stabil 3

4 Pendahuluan : Permasalahan Bagaimana pola operasi pada sistem kelistrikan di PT. Pertamina RU VI Balongan Bagaimana respon frekuensi dan tegangan serta sudut rotor di PT. Pertamina RU VI Balongan saat dilakukan analisis kestabilan transien Bagaimana merancang skema load shedding yang handal pada PT. Pertamina RU VI Balongan 4

5 Teori Penunjang : Stabilitas Sistem Tenaga Listrik Stabilitas sistem tenaga secara luas didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk tetap dalam kondisi operasi seimbang saat terjadi kondisi normal dan dapat mengembalikan ke kondisi seimbang setelah terjadi gangguan Berdasarkan Paper IEEE definition and classification of power system stability, kestabilan sistem tenaga listrik dibagi menjadi tiga kategori yaitu : 1. Kestabilan sudut rotor 2. Kestabilan frekuensi 3. Kestabilan tegangan Kestabilan Sistem Tenaga Kestabilan Sudut Rotor Kestabilan Frekuensi Kestabilan Tegangan Kestabilan Sudut Akibat Gangguan Kecil Kestabilan Transien Kestabilan Tegangan Gangguan Besar Kestabilan Tegangan Gangguan Kecil Jangka Pendek Jangka Pendek Jangka Panjang Jangka Pendek Jangka Panjang 5

6 6 Teori Penunjang : Kestabilan Transien Kestabilan transien merupakan kemampuan dari sistem tenaga listrik untuk mempertahankan kondisi sinkron ketika sistem mengalami gangguan transien. Gangguan transien : Gangguan hubung singkat Generator Outage Motor starting Perubahan beban atau pembangkitan secara tiba-tiba Dampak ketidakstabilan sistem akibat gangguan transien: Penurunan frekuensi atau tegangan Pelepasan beban Lepasnya generator dari sistem Rusaknya peralatan dll

7 7 Standar : Frekuensi IEEE Std C : IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants Continuous Operation : %

8 Standar : Pelepasan Beban IEEE Std C : IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants Ste p Frequency Trip Point (Hz) Frequency Trip Point (%) Percent of Load Shedding (%) Fixed Time Delay (Cycles) on Relay As required to arrest decline before 58.2 Hz 8

9 Single Line Diagram PT. Pertamina Balongan Swing STG 51-G-101A STG 51-G-101B STG 51-G-101C STG 51-G-101D STG 51-G-101E 22 MW 22 MW 22 MW 22 MW 22 MW MW MVAR MVA %PF Source (Swing Buses) Lagging Source (Non- Swing Buses) Lagging Total Demand Lagging Total Motor Load Lagging Total Static Load Lagging 9

10 Studi Kasus Kasus Keterangan Waktu (s) Generator Outage Gen Out 1 Generator 51-G-101B trip 2 Gen Out 1 LS Generator 51-G-101B trip 2 Load shedding tahap Load shedding tahap Gen Out 2 Generator 51-G-101B dan 51-G-101C trip 2 Gen Out 2 LS Generator 51-G-101B dan 51-G-101C trip 2 Load shedding tahap Load shedding tahap Load shedding tahap Short Circuit SC 0.42 kv Hubung singkat 3 fasa pada bus 13-PMC3-01B 2 CB 13PSW301B open 2.1 SC 3.15 kv Hubung singkat 3 fasa pada bus 13-PMC2-01B 2 CB 13PSW201B open 2.3 SC 20 kv Hubung singkat 3 fasa pada bus 13-PTR1-01B PRIMARY BUS 2 CB 13PSW201B1 open 2.1 SC 10 kv Hubung singkat 3 fasa pada bus 51-G-101B BUS 2 CB48 open 2.1 SC 10 Kv LS Hubung singkat 3 fasa pada bus 51-G-101B BUS 2 CB48 open 2.1 Load shedding tahap Load shedding tahap Motor starting Mstart CB 12PTR501A-CB Closed (Motor 12-K-501A-M start) 2 10

11 11 Studi Kasus : Gen Out 1 (t=2 detik) STG 51-G- 101A STG 51-G- 101B STG 51-G- 101C STG 51-G- 101D STG 51-G- 101E

12 Studi Kasus : Gen Out 1 (t=2 detik) 51-G-101-B Out Perlu dilakukan Load shedding 12

13 Studi Kasus : Gen Out 1 LS Load shedding 2 tahap Load shedding tahap 1 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.83% ditambah delay 0.12 s dengan melepas 10% dari total beban t = = detik Load shedding tahap 2 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.16% ditambah delay 0.12 s (setelah dilakukan load shedding tahap 1) dengan melepas 15% dari total beban t = = detik 13

14 Studi Kasus : Gen Out 1 LS Load shedding 2 tahap % % Tegangan Sebelum Sebelum Setelah gangguan(%) LS(%) LS(%) 0.42 kv kv KV kv (Gen)

15 Studi Kasus : Gen Out 1 LS Rekapitulasi Load shedding tahap 2 tahap Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik) Load shedding tahap Load shedding tahap Total Untuk kasus Gen Out 1 LS dapat disimpulkan sistem dapat kembali stabil dengan melakukan load shedding 2 tahap dengan kuantitas beban MW 15

16 16 Studi Kasus : Gen Out 2 (t=2 detik) STG 51-G- 101A STG 51-G- 101B STG 51-G- 101C STG 51-G- 101D STG 51-G- 101E

17 Studi Kasus : Gen Out 2 (t=2 detik) 51-G-101-B dan 51-G-101C Out Perlu dilakukan Load shedding 17

18 Studi Kasus : Gen Out 2 LS Load shedding 3 tahap Load shedding tahap 1 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.83% ditambah delay 0.12 s dengan melepas 10% dari total beban t = = detik Load shedding tahap 3 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 97.5% (setelah dilakukan load shedding tahap 2) dengan melepas 22.85% dari total beban t = detik Load shedding tahap 2 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.16% ditambah delay 0.12 s (setelah dilakukan load shedding tahap 1) dengan melepas 15% dari total beban t = = detik 18

19 Studi Kasus : Gen Out 2 LS Load shedding 3 tahap % Tegangan Sebelum Sebelum Setelah gangguan(%) LS(%) LS(%) 0.42 kv kv KV kv (Gen)

20 Studi Kasus : Gen Out 2 LS Load shedding tahap 3 tahap Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik) Load shedding tahap Load shedding tahap Load shedding tahap Total Untuk kasus Gen Out 2 LS dapat disimpulkan sistem dapat kembali stabil dengan melakukan load shedding 3 tahap dengan kuantitas beban MW 20

21 Studi Kasus : SC 0.42 kv Bus 18-PMC3-01A (t=2 detik) CB 304 open (t=2.3 detik)

22 Studi Kasus : SC 0.42 kv Bus 18-PMC3-01A (t=2 detik) CB 304 open (t=2.3 detik) % 100% % Tegangan Sebelum Minimum Steady gangguan(%) saat SC(%) state 0.42 kv kv KV kv (Gen)

23 Studi Kasus : SC 3.15 kv Bus 17-PMC2-01A (t=2 detik) CB 17PSW201A open (t=2.3 detik)

24 Studi Kasus : SC 3.15 kv Bus 13-PMC2-01B (t=2 detik) CB 13PSW201B open (t=2.3 detik) % % 100% Tegangan Sebelum Minimum Steady gangguan(%) saat SC(%) state 0.42 kv kv KV kv (Gen)

25 Studi Kasus : SC 20 kv Bus 17-PTR1-01A PRIMARY BUS (t=2 detik) CB 17PSW201A1 open (t=2.1 detik)

26 Studi Kasus : SC 20 kv Bus 17-PTR1-01A PRIMARY BUS (t=2 detik) CB 17PSW201A1 open (t=2.1 detik) % % 100% Tegangan Sebelum Minimum Steady gangguan(%) saat SC(%) state 0.42 kv kv KV kv (Gen)

27 Studi Kasus : SC 10 kv Bus 51-G-101B BUS (t=2 detik) CB48 open (t=2.1 detik)

28 Studi Kasus : SC 10 kv Bus 51-G-101B BUS (t=2 detik) CB48 open (t=2.1 detik) Perlu dilakukan Load shedding 28

29 Studi Kasus : SC 10 kv LS Bus 51-G-101B BUS (t=2 detik) CB48 open (t=2.1 detik) Load shedding 2 tahap Load shedding tahap 1 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.83% ditambah delay 0.12 s dengan melepas 10% dari total beban t = = detik Load shedding tahap 2 dilakukan ketika frekuensi sistem turun mencapai 98.16% ditambah delay 0.12 s dengan melepas 10% dari total beban t = = detik 29

30 Studi Kasus : SC 10 kv LS Bus 51-G-101B BUS (t=2 detik) CB48 open (t=2.1 detik) Load shedding tahap 2 tahap % % Tegangan Sebelum Sebelum Setelah gangguan(%) LS(%) LS(%) 0.42 kv kv KV kv (Gen)

31 Studi Kasus : Sc 10 kv LS Load shedding 2 tahap Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik) Load shedding tahap Load shedding tahap Total Untuk kasus SC 10 kv LS dapat disimpulkan sistem dapat kembali stabil dengan melakukan load shedding 2 tahap dengan kuantitas beban MW 31

32 Studi Kasus : Mstart Motor 12-K-501A-M 5.7 MW starting (t=2 detik) CB 12PTR501A-CB Closed

33 Studi Kasus : Mstart Motor 12-K-501A-M 5.7 MW starting (t=2 detik) 100% 99.83% 99.9% Tegangan Sebelum Minimum Steady gangguan(%) saat MS(%) state 0.42 kv kv kv (Gen)

34 KESIMPULAN Pada kasus lepasnya generator mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Untuk mengembalikan kestabilan sistem, untuk lepasnya satu generator memerlukan pelepasan beban 2 tahap dan untuk lepasnya dua generator memerlukan pelepasan beban 3 tahap. Pada kasus hubung singkat di level tegangan 10 kv (bus di bawah generator) mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Untuk mengembalikan kestabilan sistem memerlukan pelepasan beban 2 tahap. Pada kasus hubung singkat di level tegangan 20 kv, tegangan pada bus utama (20 kv) menurun hingga 5,31 % dikarenakan titik gangguan yang berada di dekat bus utama. Tegangan kembali stabil pada %. Pada kasus hubung singkat dilevel tegangan 0.42 kv dan 3.15 kv, penurunan tegangan dan frekuensi masih dalam batas aman. Untuk hubung singkat tegangan 0.42 kv, generator stabil pada frekuensi % dan tegangan %. Sedangkan untuk tegangan 3.15 KV generator stabil pada frekuensi % dan tegangan % Pada kasus motor starting tidak terlalu berpengaruh pada stabilitas sistem, penurunan tegangan terendah pada 86.8 % dan stabil pada 95 %. 34

35 35

36 Presentasi Seminar Tugas Akhir Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit (RU) VI Balongan Nama : Syahrul Hidayat NRP : Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT 2. Dr. Eng. Ardyono Priyadi ST, M.Eng 36

37 Standar : Tegangan Tegangan Nominal Kondisi Normal 500 kv +5%, -5% 150 kv +5%, -10% 70 kv +5%, -10% 20 kv +5%, -10% Standar Tegangan Kedip IEEE Std : IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality 37

38 Persamaan pengaturan gerakan rotor satu mesin sinkron didasarkan pada prinsip dasar dinamika yang menyatakan bahwa torsi percepatan adalah hasil perkalian dari momen inersia dan percepatan sudut. Dalam sistem MKS (meter-kilogram-second) persamaannya dapat dituliskan seperti : J d2 θ m = T dt 2 a = T m - T e Dimana, J Momen kelembaman total dari massa rotor dalam kg-m 2 θ m Pergeseran sudut dari rotor terhadap suatu sumbu yang diam dalam radian mekanis (rad) t Waktu dalam detik (s) T m Momen putar mekanis atau poros penggerak yang diberikan oleh prime mover dikurangi dengan momen putar perlambatan (retarding) yang disebabkan oleh rugirugi perputaran, dalam N-m T e Momen putar elektris atau elektromagnetik, dalam N-m Momen putar kecepatan percepatan bersih (net), dalam N-m T a

39 M d2 δ m dt 2 = P m P e P m < P e = Putaran generator melambat P m > P e = Overspeed

40 Penyebab Transien : 1. Lepasnya generator 2. Hubung singkat 3. Motor starting 4. Penambahan atau pengurangan beban (dalam jumlah besar) secara tiba-tiba

41 Load shedding : 1. Analisis aliran daya untuk mengetahui aliran daya pada sistem meliputi daya yang disuplai dari generator dan daya yang mengalir ke masing-masing substation serta pada beban 2. Setelah analisis aliran daya dapat ditentukan beban mana yang dilepas dengan mengkombinasikan sesuai besar daya pada beban untuk memenuhi kebutuhan pelepasan beban. 3. Pada simulasi transien, event yang dilakukan adalah generator lepas kemudian pelepasan sesuai tahapan yang ada

42 Perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya pelepasan beban

43 Untuk pelepasan beban bagaimana jika tidak menemukan kombinasi yang tepat untuk pelepasan beban 10 % : Untuk 10 % ini bisa lebih tidak harus tepat tapi tidak boleh kurang karena tidak memenuhi untuk kebutuhan beban yang harus dilepas. Jadi rekomendasi pelepasan beban 10% tadi adalah rekomendasi minimum beban yang harus dilepas, jika lebih tidak ada masalah.

44 Simulasi hubung singkat : Event ke 1 : Hubung singkat 3 fasa pada bus yang mengalami gangguan Event ke 2 : CB open sesuai hirarki waktu pemutusan CB

45 Xs V T E I INFINITE BUS E = V + JI Xs E I cos sin Xs P VI cos P VE Xs sin