analisis kestabilan transien dan mekanisme pelepasan beban ... · 3 •melaksanakan studi mengenai...

Nama : Syahrul HidayatNRP : 2209100161

Pembimbing :1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT2. Dr. Eng. Ardyono Priyadi ST, M.Eng

Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pertamina (Persero)

Refinery Unit (RU) VI Balongan

1

Presentasi Seminar Tugas Akhir

2

• Di PT. Pertamina RU VI Balongan, stabilitastransien belum dianalis secara mendalamsehingga perlu dilakukan studi stabilitastransien untuk mengetahui kestabilansistem saat terjadi gangguan transien

Pendahuluan : Latar Belakang

3

• Melaksanakan studi mengenai kestabilantransien sistem kelistrikan PT. PertaminaRU VI Balongan

• Merancang suatu skema load sheddingyang handal agar sistem kelistrikan PT.Pertamina RU VI Balongan dapat kembalistabil ketika terjadi gangguan yangmengakibatkan sistem tidak stabil

Pendahuluan : Tujuan

4

• Bagaimana pola operasi pada sistem kelistrikan di PT.Pertamina RU VI Balongan

• Bagaimana respon frekuensi dan tegangan serta sudutrotor di PT. Pertamina RU VI Balongan saat dilakukananalisis kestabilan transien

• Bagaimana merancang skema load shedding yang handalpada PT. Pertamina RU VI Balongan

Pendahuluan : Permasalahan

5

Teori Penunjang : Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

Stabilitas sistem tenaga secara luas didefinisikan sebagai kemampuan dari suatusistem tenaga untuk tetap dalam kondisi operasi seimbang saat terjadi kondisinormal 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 rotor2. Kestabilan frekuensi3. Kestabilan tegangan

Kestabilan Sistem Tenaga

Kestabilan Sudut Rotor

Kestabilan Frekuensi

Kestabilan Tegangan

Kestabilan Sudut Akibat Gangguan Kecil

Kestabilan Transien

Jangka Pendek

Jangka Pendek

Jangka Panjang

Kestabilan Tegangan Gangguan Kecil

Kestabilan Tegangan Gangguan Besar

Jangka Pendek Jangka Panjang

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

Standar : Frekuensi

IEEE Std C37.106™-2003 : IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants

Continuous Operation :

99.17 – 100.83 %

Standar : Pelepasan Beban

IEEE Std C37.106™-1987 : IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants

Step

Frequency Trip Point

(Hz)

FrequencyTrip Point

(%)

Percent of Load

Shedding (%)

Fixed Time Delay

(Cycles) on Relay

1 59.3 98.83 10 6

2 58.9 98.16 15 6

3 58.5 97.5

As required to

arrest decline before 58.2

Hz

8

STG51-G-101A

STG51-G-101B

STG51-G-101C

STG51-G-101D

STG51-G-101E

Swing

22 MW 22 MW 22 MW 22 MW 22 MW

9

Single Line Diagram PT. Pertamina Balongan

MW MVAR MVA %PF

Source (Swing

Buses) 20.294 13.713 24.492 82.86 Lagging

Source (Non-

Swing Buses) 64.500 41.646 76.777 84.01 Lagging

Total Demand 84.794 55.359 101.265 83.73 Lagging

Total Motor

Load 72.352 40.591 82.691 87.21 Lagging

Total Static Load 11.586 1.974 11.753 98.58 Lagging

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 1 2.681


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




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



Motor starting

Mstart CB 12PTR501A-CB Closed (Motor 12-K-501A-M start) 2

11

STG51-G-101A

STG51-G-101B

STG51-G-101C

STG51-G-101D

STG51-G-101E

Studi Kasus : Gen Out 1 (t=2 detik)

12

6.21°

51-G-101-B Out

9.02°

Perlu dilakukan Load shedding


13

Studi Kasus : Gen Out 1 LSLoad shedding 2 tahap

Load shedding tahap 2 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.16% ditambah delay0.12 s (setelah dilakukan loadshedding tahap 1) denganmelepas 15% dari total bebant = 3.022+0.12 = 3.142 detik

Load shedding tahap 1 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.83% ditambah delay0.12 s dengan melepas 10% daritotal bebant = 2.561+0.12 = 2.681 detik

14

9.00°6.21°

6.21°

97.98%


0.42 kV 100.14 80.07 100.12

3.15 kV 98.77 87.35 98.66

20 KV 100.23 89 100.11

10 kV (Gen) 99.99 91.4 99.95

Sebelum

gangguan(%)

Sebelum

LS(%)

Setelah

LS(%)Tegangan

100%

15

Studi Kasus : Gen Out 1 LSRekapitulasi Load shedding tahap 2 tahap

Untuk kasus Gen Out 1 LS dapatdisimpulkan sistem dapat kembali stabildengan melakukan load shedding 2 tahapdengan kuantitas beban 21.393 MW

Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik)

Load shedding tahap 1 8.594 10.135 2.681


Total 21.393 25.225

16

STG51-G-101A

STG51-G-101B

STG51-G-101C

STG51-G-101D

STG51-G-101E


17

6.19°

51-G-101-B dan 51-G-101C Out

10.04°



18


Load shedding tahap 2 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.16% ditambah delay0.12 s (setelah dilakukan loadshedding tahap 1) dengan melepas15% dari total bebant = 2.602+0.12 = 2.722 detik

Load shedding tahap 1 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.83% ditambah delay0.12 s dengan melepas 10% dari totalbebant = 2.321+0.12 = 2.441 detik

Load shedding tahap 3 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 97.5% (setelah dilakukanload shedding tahap 2) denganmelepas 22.85% dari total bebant = 2.823 detik

19

10.98°6.19°

6.19°

97.47%


0.42 kV 100.1 80.07 100.12

3.15 kV 98.64 78.85 98.75

20 KV 100.01 80.56 100.2

10 kV (Gen) 100 85.07 100.06

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Sebelum

LS(%)

Setelah

LS(%)

20

Studi Kasus : Gen Out 2 LSLoad shedding tahap 3 tahap

Untuk kasus Gen Out 2 LS dapatdisimpulkan sistem dapat kembali stabildengan melakukan load shedding 3 tahapdengan kuantitas beban 41.131 MW





Total 41.131 48.075

21

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

6.21°6.08°

22

100.43%

100.06%

0.42 kV 100.14 91.22 100.41

3.15 kV 98.77 90.14 99.03

20 KV 100.23 91.74 100.48

10 kV (Gen) 99.99 94 100.16

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Minimum

saat SC(%)

Steady

state

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

100%

23

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

6.21°5.75°

24

101.56%

100.07%

Studi Kasus : SC 3.15 kV Bus 13-PMC2-01B (t=2 detik)CB 13PSW201B open (t=2.3 detik)

0.42 kV 100.14 77.13 101.22

3.15 kV 98.77 75.96 99.81

20 KV 100.23 76.94 101.25

10 kV (Gen) 99.99 82.6 100.6

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Minimum

saat SC(%)

Steady

state

100%

25

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

6.21° 5.75°

26

101.68%

100.01%

100%

0.42 kV 100.14 5.33 101.27

3.15 kV 98.77 5.25 99.8

20 KV 100.23 5.31 101.25

10 kV (Gen) 99.99 34 100.6

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Minimum

saat SC(%)

Steady

state

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

27

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

6.21°

9.02°

28


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

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 2 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.16% ditambahdelay 0.12 s dengan melepas10% dari total bebant = 3.382+0.12 = 3.502 detik

Load shedding tahap 1 dilakukanketika frekuensi sistem turunmencapai 98.83% ditambahdelay 0.12 s dengan melepas10% dari total bebant = 3.021+0.12 = 3.141 detik

30

6.21°

6.21°97.98%

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

100%

0.42 kV 100.14 52.78 100.03

3.15 kV 98.77 51.98 98.66

20 KV 100.23 52.65 100.12

10 kV (Gen) 99.99 67 99.95

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Sebelum

LS(%)

Setelah

LS(%)

31

Studi Kasus : Sc 10 kV LSLoad shedding 2 tahap

Untuk kasus SC 10 kV LS dapatdisimpulkan sistem dapat kembalistabil dengan melakukan loadshedding 2 tahap dengan kuantitasbeban 21.393 MW




Total 21.393 25.225

32

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

CB 12PTR501A-CBClosed

5.5° 5.59°

33

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

100%

99.83%

99.9%

0.42 kV 100.14 90 97.5

3.15 kV 98.77 86.8 95

10 kV (Gen) 99.99 86.09 94.74

Tegangan Sebelum

gangguan(%)

Minimum

saat MS(%)

Steady

state

KESIMPULAN

• Pada kasus lepasnya generator mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil.Untuk mengembalikan kestabilan sistem, untuk lepasnya satu generatormemerlukan pelepasan beban 2 tahap dan untuk lepasnya dua generatormemerlukan pelepasan beban 3 tahap.

• Pada kasus hubung singkat di level tegangan 10 kV (bus di bawahgenerator) mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Untukmengembalikan kestabilan sistem memerlukan pelepasan beban 2 tahap.

• Pada kasus hubung singkat di level tegangan 20 kV, tegangan pada busutama (20 kV) menurun hingga 5,31 % dikarenakan titik gangguan yangberada di dekat bus utama. Tegangan kembali stabil pada 101.25 %.

• Pada kasus hubung singkat dilevel tegangan 0.42 kV dan 3.15 kV,penurunan tegangan dan frekuensi masih dalam batas aman. Untukhubung singkat tegangan 0.42 kV, generator stabil pada frekuensi 100.06%dan tegangan 100.16%. Sedangkan untuk tegangan 3.15 KV generator stabilpada frekuensi 100.07 % dan tegangan 100.6 %

• Pada kasus motor starting tidak terlalu berpengaruh pada stabilitas sistem,penurunan tegangan terendah pada 86.8 % dan stabil pada 95 %.

34

Nama : Syahrul HidayatNRP : 2209100161

Pembimbing :1. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT2. Dr. Eng. Ardyono Priyadi ST, M.Eng

Analisis Kestabilan Transien dan Mekanisme Pelepasan Beban di PT. Pertamina (Persero)

Refinery Unit (RU) VI Balongan

36

Presentasi Seminar Tugas Akhir

37

Standar : Tegangan

Tegangan Nominal Kondisi Normal500 kV +5%, -5% 150 kV +5%, -10%70 kV +5%, -10% 20 kV +5%, -10%

Standar Tegangan KedipIEEE Std 1159-1995 : IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

Persamaan pengaturan gerakan rotor satu mesin sinkron didasarkan pada prinsip dasardinamika yang menyatakan bahwa torsi percepatan adalah hasil perkalian dari momeninersia dan percepatan sudut. Dalam sistem MKS (meter-kilogram-second) persamaannyadapat dituliskan seperti :

J 𝑑2𝜃𝑚

𝑑𝑡2= 𝑇𝑎 = 𝑇𝑚 - 𝑇𝑒

Dimana,J Momen kelembaman total dari massa rotor dalam kg-𝑚2

𝜃𝑚 Pergeseran sudut dari rotor terhadap suatu sumbu yang diam dalam radian mekanis(rad)

𝑡 Waktu dalam detik (s)𝑇𝑚 Momen putar mekanis atau poros penggerak yang diberikan oleh prime mover

dikurangi dengan momen putar perlambatan (retarding) yang disebabkan oleh rugi-rugi perputaran, dalam N-m

𝑇𝑒 Momen putar elektris atau elektromagnetik, dalam N-m𝑇𝑎 Momen putar kecepatan percepatan bersih (net), dalam N-m

𝑀𝑑2𝛿𝑚𝑑𝑡2

= 𝑃𝑚 − 𝑃𝑒

𝑃𝑚 < 𝑃𝑒 = Putaran generator melambat

𝑃𝑚 > 𝑃𝑒 = Overspeed

Penyebab Transien :1. Lepasnya generator2. Hubung singkat3. Motor starting4. Penambahan atau pengurangan beban (dalam jumlah besar) secara

tiba-tiba

Load shedding :1. Analisis aliran daya untuk mengetahui aliran daya pada sistem

meliputi daya yang disuplai dari generator dan daya yang mengalirke masing-masing substation serta pada beban

2. Setelah analisis aliran daya dapat ditentukan beban mana yangdilepas dengan mengkombinasikan sesuai besar daya pada bebanuntuk memenuhi kebutuhan pelepasan beban.

3. Pada simulasi transien, event yang dilakukan adalah generatorlepas kemudian pelepasan sesuai tahapan yang ada

Perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu dengan adanya pelepasan beban

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.

Simulasi hubung singkat :Event ke 1 :

Hubung singkat 3 fasa pada bus yang mengalami gangguanEvent ke 2 :

CB open sesuai hirarki waktu pemutusan CB

V

INFINITEBUS

IT

Xs

E

E = V + JI Xs

sincosXs

EI

cosVIP

sinXs

VEP

analisis kestabilan transien dan mekanisme pelepasan beban ... · 3 •melaksanakan studi mengenai...

Documents