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
ANSI/IEEE Std C37.106-1987 STANDAR Step Frequency Trip Point (Hz) Percent of Load Shedding (%) Fixed Time Delay (Cycles) on Relay 1 59.3 10 6 2 58.9 15 6 3 58.5 As Required to arrest decline before 58.2 Hz 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: 49.696 33.050 59.683 83.27 Lagging Total Static Load: 9.656-8.239 12.694 76.07 Leading ID Jenis Nominal (kw) Operasi kw Kvar PLN Grid 13000 13000 2501 PWS-DG-01 DEG 1600 1500 0 PWS-DG-02 DEG 1600 1500 0 PWS-STG-01 STG 15000 14388 9998 PWS-STG-02 STG 15000 14600 7437 Future Gen GTG 10000 9000 5889 PWS-NGT-01 GTG 6400 6100 4274 Total 62600 60088 30099 Supply Loading Faktor : 2 DEG, PLN, 2 STG, 2 GTG : Extreme condition
EXTREME CONDITION Nama Kasus Keterangan Gen_Trip_15 Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Gen_15_LS Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Gen_Trip_10 Future Generator Off Sumber Lain On Gen_10_LS Future Generator Off dan Load Shedding Gen_Trip_6.4 Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Gen_6.4_LS Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding PLN_Trip PLN Off Sumber Lain On PLN_Trip_LS1 PLN Off dan Load Shedding Tahap 1 PLN_Trip_LS2 PLN Off dan Load Shedding Tahap 2 SC_10.5kV Hubung Singkat di bus 10.5 kv SC_10.5_LS Hubung Singkat di bus 10.5 kv + Open CB SC_3.3kV Hubung Singkat di bus 3.3 kv MS_1 Motor Starting motor terbesar dengan VSD MS_2 Motor Starting motor terbesar di bus 3.3 kv
Gen_Trip_15 EXTREAME CONDITION 100.4 105 98.7 % 100.2 100 Frekuensi (%) 100 99.8 99.6 99.4 99.2 0 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 15 16 17 18 18 19 Waktu (Detik) 100 % Frekuensi Tegangan (%) 95 90 85 80 75 70 88.3 % Waktu (detik) FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000 1000 900 20 18 16 145 % 800 14 Ampere (A) 700 600 500 212.5 % Arus MVA 12 10 8 6 4 152 % SP-TRF-32001 SP-TRF-34002 400 2 300 Waktu (detik) 0 Waktu (detik) Arus yang diserap dari PLN sebesar 212.5 % 382 A menjadi 812 A SP-TRF-32001 overload : 6.5 MVA ke 9.92 MVA SP-TRF-34002 overload : 12 MVA ke 17.46 MVA
35 30 25 PLN EXTREAME CONDITION Daya dari 13 MVA menjadi 27.88 MVA MVA 20 15 10 5 0 214.4 % Waktu (detik) PLN Perjanjian Pembatasan daya antara PLN dengan PT. Wilmar Nabati Gresik. Karakteristik waktu Tripping berdasarkan TDL 2001 1.05 x In (Trip dalam waktu : > 60 menit) 1.20 x In (Trip dalam waktu : < 20 menit) 1.50 x In (Trip dalam waktu : < 10 menit) 4.00 x In (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 = σ x ln [ I ] 2 [ I ] 2 - [ k x Is] 2 I Is σ k = Arus Beban yang masuk ke rele = Arus Beban Penuh = time constant13,49 menit = 1,05 (konstanta) 2 2 I 812. t = σ ln = 13.49 ln = 3.77menit 2 2 2 2 I ( k Is) 812 ( 1.05 382) Rele akan trip pada saat t = 3.77 menit Sumber : PT.PLN Persero
Gen_15_LS EXTREAME CONDITION 100.4 100.3 100.2 110 105 100 99.12 % Frekuensi (%) 100.1 100 99.9 99.8 100 % frekuensi Tegangan (%) 95 90 85 80 97.8 % FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000 99.7 75 99.6 Waktu(detik) 70 Waktu (detik) 20 18 16 14 Load shedding sebesar 12.31 MW saat t=1.3 detik atau 0.3 detik setelah generator trip. MVA 12 10 8 8.3 % SP-TRF-34002 SP-TRF-32001 Daya yang melalui Trafo SP-TRF-34002 dan SP-TRF-32001 telah kembali normal. 6 4 2 4.58 % Daya yang diserap PLN kembali normal 0 Waktu (detik)
SC_10.5kV 104 103 103 % Terjadi Overfrequency 102 % 120 100 EXTREAME CONDITION 78 % Frekuensi (%) 102 101 100 SP-BUS-12000 SP-BUS-56003 Tegangan (%) 80 60 40 77 % FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000 99 100 % 20 98 Waktu (Detik) 0 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 Frekuensi (%) 103 102 101 100 99 98 97 96 80 100 % Frekuensi SP-BUS-56003 60 100 % Frekuensi (%) 140 120 100 40 20 FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000 95 Waktu (Detik) 0 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 Tegangan (%) 105 100 95 90 SP-BUS-56002 SP-BUS-56003 tegangan bus SP-BUS-56003 sempat mengalami undervoltage menjadi 88.04 % selama starting awal motor yakni selama 3 detik 85 80 88.04 % 0 2 4 6 8 Waktu (s) Setting rele undervoltage di set agar tidak trip saat motor START
PEAK LOAD CONDITION MW Mvar MVA % PF Source (Swing Buses): 25.752 5.683 26.371 97.65 Lagging Source (Non-Swing Buses): 15.100 6.911 16.606 90.93 Lagging Total Demand: 40.852 12.594 42.749 95.56 Lagging Total Motor Load: 34.027 22.354 40.713 83.58 Lagging Total Static Load: 6.534-10.980 12.777 51.14 Leading ID JENIS NOMINAL (kw) KW OPERASI 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 TOTAL 46400 40852 12594 Supply Loading Faktor : 2 STG, 2 GTG : 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 120 105 100 100 Frekuensi (%) 80 60 40 Frekuensi Tegangan (%) 95 90 85 80 FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003 SP-BUS-12000 20 75 0 70 Waktu (Detik) Frekuensi Turun Waktu (detik) Tegangan turun
Gen_15+LS1 PEAK LOAD CONDITION 120 100 % Frekuensi 80 60 40 Frekuensi 20 0 Waktu (detik) Frekuensi Turun Berdasarkan standar ANSI/IEEE Std C37.106-1987. Dilakukan pelepasan beban tahap 1 (10 %) sebesar 4.461 MW. Pada saat t = 1,321 Sekon.
Gen_15+LS2 PEAK LOAD CONDITION 100.5 100 110 105 101 % 99.5 99 98.5 99.57 % Frekuensi Teganagn (%) 100 95 90 100 % Future Flour Mill SP-BUS-12000 SP-BUS-56003 98 85 97.5 97 80 Waktu (detik) PELEPASAN BEBAN TAHAP 2 = 4.937 MW saat t=1.662 sekon
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 85 80 SP-BUS-56003 Future Flour Mill SP-BUS-12000 75 70 22 24 26 28 30 Waktu (detik) Respon tegangan masih tidak stabil
Eksiter Tipe eksiter yang digunakan adalah eksiter IEEE Type 2 Rotating Rectifier System (2) Parameter STG-01 STG-02 NGT-01 Future VRmax 16.37 16.37 16.37 16.37 VRmin 0 0 0 0 SEmax 0.9955 0.9955 1.65 1.65 SE.75 0 0 1.13 1.13 Efdmax 8.2 8.2 6.18 6.18 KA 1636 1636 400 400 KE 1 1 1 1 KF 0.075 0.075 0.075 0.075 TA 0.02 0.02 0.02 0.02 TE 0.6 0.6 0.6 0.6 TF1 0.6 0.6 0.6 0.6 TF2 3.237 3.237 3.237 3.237 TR 0 0 0 0
Short Circuit RPM 3200 3150 3100 3050 3000 2950 RPM generator PWS-STG-01 PWS-STG-02 MW 16 14 12 10 8 6 4 Daya PWS-STG-02 2900 2 2850 0 2 4 6 8 10 waktu (detik) 0-2 0 2 4 6 8 10 Waktu (detik) 350 Sudut Rotor 20 Daya PLN 300 250 200 15 10 Degree 150 100 50 0-50 -100 0 2 4 6 8 10 Waktu (sekon) PWS-STG-01 PWS-STG-02 MW 5 0-5 -10 Waktu (detik) Daya PLN
Short Circuit RPM 3200 3150 3100 3050 3000 2950 2900 2850 2800 2750 PWS-STG-02 Waktu (sekon) PWS-STG-02 MW 60 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 PWS-STG-02 Waktu (detik) PWS-STG-02 350 300 Rotor Angle 80 Daya PLN 250 60 Degree 200 150 100 50 0-50 -100 Time (S) PWS-STG-02 PWS-STG-01 MW 40 20 0-20 -40-60 Waktu (sekon) Daya PLN