analisis kinerja sistem proteksi pembangkit listrik …

ANALISIS KINERJA SISTEM PROTEKSI PEMBANGKIT LISTRIK PRIOK TERHADAP GANGGUAN DI SISTEM TRANSMISI 150 KV ANALYSIS PERFORMANCE PROTECTION SYSTEM OF PRIOK POWER PLANT

FROM DISTURBANCE IN 150 KV TRANSMISSION SYSTEM Rina Ariani[1]; Amien Rahardjo[2]

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Abstrak

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama, yaitu pembangkitan, transmisi dan distribusi daya listrik. Adanya gangguan pada salah satu sistem tenaga listrik tersebut akan berpengaruh terhadap sistem lainnya. Analisis yang akan dilakukan adalah pengaruh adanya gangguan pada sistem saluran transmisi jaringan 150 kV terhadap kinerja sistem proteksi pada pembangkit listrik, khususnya di PLTGU UBP Priok, yang mengakibatkan beberapa unit trip bahkan padam total disebabkan oleh jatuh tegangan sesaat akibat gangguan yang terjadi. Menganalisis unjuk kerja dari sistem proteksi yang ada di PLTGU UBP priok yaitu relai proteksi numerik REG216 untuk memproteksi generator dan transformatornya, serta relai MVAG sebagai relai proteksi jatuh tegangan disisi 6 kV terhadap gangguan yang terjadi disistem transmisi. Saat terjadi gangguan hubung singkat di sistem transmisi 150 kV, relay proteksi yang bekerja adalah relai under voltage, yang telah mencapai waktu pick-up 4 detik. Hasil dari analisis ini menunjukan kinerja sistem proteksi pembangkit di PLTGU Priok secara koordinasi antar sistem belum mampu memenuhi konsep operasi sistem pembangkit. Kata kunci: padam total, kedip tegangan, relai proteksi pembangkit

Abstract

An electric power system consists of three main parts, namely generation, transmission and distribution of electrical power. A disturbance in one of the power system will affect the other system. The analysis will be done is the effect of a disturbance in the system of 150 kV transmission line network on the performance of protection systems in power plants, particularly in PLTGU UBP Priok, which resulted in some units trip even blackout due to the instantaneous voltage sag due to disturbance. Analyzing the performance of existing protection systems in PLTGU UBP Priok, that is numerical protection relay REG216 as the generator and transformator protection, and then protection relay MVAG as the protection relay of kedip voltage in 6 kV side from transmission disturbance. During a short circuit interruption in the 150 kV transmission systems, relay protection work is under voltage relay, which has reached the pick-up time of 4 seconds. The results of this analysis show performance power protection systems in PLTGU Priok the coordination between the system has been unable to meet the concept of power system operation. Keywords: blackout, voltage sag, protection relays of power plant

Analisis kinerja..., Rina Ariani, FT UI, 2013

1. PENDAHULUAN

Sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama, yaitu pembangkitan, transmisi dan

distribusi. Sistem pembangkitan berfungsi membangkitkan energi listrik, lalu energi listrik

tersebut disalurkan ke pusat beban/ gardu induk melalui saluran transmisi yang kemudian

energi listrik tersebut di distribusikan ke konsumen-konsumen (pabrik, industri, perumahan

dll). Terjadinya gangguan pada salah satu sistem energi listrik akan berpengaruh terhadap

sistem lainnya. Sedangkan kehandalan operasi dari sistem tenaga listrik tersebut sangat

diperlukan, karena sistem tenaga listrik memiliki peranan yang sangat besar bagi kehidupan

masyarakat.

Skripsi ini akan menganalisis kinerja sistem proteksi pada pembangkit listrik Priok

baik relai proteksi generator dan trafo serta relai proteksi pemakaian sendiri terhadap

gangguan luar, dalam hal ini gangguan dari sistem jaringan transmisi 150 kV berdasarkan

data gangguan yang terjadi dalam rentang waktu dari 2011 sampai dengan 2012, dan

akibatnya terhadap operasi kerja sistem pembangkit listrik. Dari hasil analisis ini, diharapkan

bisa didapatkan penanganan, pengaturan dan koordinasi sistem proteksi yang tepat antara

sistem pembangkit listrik dan transmisi.

2. TINJAUAN TEORI

2.1. Gangguan Sistem Pembangkit Listrik

Gangguan adalah peristiwa yang mengakibatkan lepasnya PMT (52G) diluar

kehendak. Dalam pembangkitan tenaga listrik sering adanya gangguan yang tidak bisa

dihindari. Gangguan kebanyakan merupakan hubung singkat satu fasa atau antar fasa.

Hubungan singkat semacam ini menimbulkan arus yang besar yang dapat merusak peralatan.

Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada

generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya.

Gambar 2.2. Blok Diagram Gangguan pada Generator dan Transformator


2.2. Sistem Proteksi Pembangkit

Dari gambar single line diagram proteksi pembangkit diantara fungsi relai yang

terpasang, dimana daerah kerja relai (zone protection) dapat menjangkau sistem transmisi

atau dengan kata lain unjuk kerja relai tersebut dipengaruhi oleh kondisi sistem transmisi.

Proteksi yang dimaksud adalah relai hilang medan penguat (40), relai frekuensi (81), relai

tegangan (59), eksitasi lebih (24), relai jarak (21), relai Arus lebih Tegangan kurang (51V)

Gambar 2.3 Single Line Diagram Proteksi Pembangkit

Sistem pengaman untuk generator dan transformator PLTGU UBP Priok

menggunakan relai proteksi numerik REG 216 (numerical generator protection) produksi

ABB industri, yang mempunyai spesifikasi teknis yang sama untuk setiap generator pada

masing-masing turbin gas dan steam turbin, dengan rating disesuaikan dengan spesifikasi

masing-masing generator.

Tabel 2.2 Daftar Fungsi Proteksi REG216


Gambar. 2.6 Rak Modul REG 216

2.3. Sistem Proteksi Pemakaian Sendiri

Pada sistem pembangkit listrik diperlukan energi listrik untuk pemakaian sendiri yang

umumnya digunakan untuk peralatan-peralatan bantu unit pembangkit yang juga berperan

penting bagi operasi unit pembangkit, salah satunya adalah digunakan untuk sumber tegangan

pompa bahan bakar. Gangguan yang dimaksud adalah gangguan karena adanya kondisi

abnormal pada sistem penyaluran tenaga (power supply) untuk pemakaian sendiri yang

disebabkan adanya gangguan disalah satu sistem transmisi 150 kV yang mengakibatkan

kedip tegangan di sistem tersebut, sehingga disebabkan hilangnya pemakaian sendiri yang

digunakan untuk pompa bahan bakar mengakibatkan unit pembangkit trip bahkan padam

total (blackout) karena hilangnya pasokan bahan bakar.

Di PLTGU UBP Priok relai proteksi yang digunakan untuk pemakaian sendiri disisi

tegangan menengah salah satunya adalah relai MVAG (instantenous under and over voltage

relay) yang memiliki karakteristik instan (tanpa delay) sehingga apabila mendeteksi adanya

kedip tegangan dibawah pengaturan tegangan trip, relai akan langsung trip tanpa ada waktu

tunda.

Gambar 2.8 Relai MVAG Under & Over Voltage


3. METODOLOGI ANALISA

Penganalisaan dilakukan pada data-data gangguan sistem proteksi pembangkit listrik

di pembangkit Priok yang bekerja saat terjadinya jatuh tegangan akibat gangguan di sistem

jaringan 150 kV dan juga event record gangguan yang bisa dilihat di sistem POS selama

rentang waktu tahun 2011 sampai 2012.

Padam total (blackout) merupakan suatu kejadian dimana jaringan/ sistem tenaga

listrik loose power atau bisa dikatakan tidak adanya suplai tegangan, yang salah satunya bisa

diakibatkan karena gangguan di pembangkit listrik dan juga bisa diakibatkan karena adanya

kegagalan di jaringan transmisi. Dalam hal ini, beban terputus secara tiba-tiba sehingga turbin

akan mengalami putaran lebih yang akan menyebabkan efek yang sangat berbahaya bagi

sistem pembangkit. Sehingga dengan pertimbangan keamanan, sistem proteksi pembangkit

listrik secara otomatis akan memerintahkan turbin untuk shut down.

3.1. Gangguan GIS Pulogadung

Tanggal 28 Maret 2011, terjadi gangguan sistem fault pada busbar 2 GIS Pulogadung.

Gangguan ini diawali oleh kerusakan kompartemen DS (Disconnecting Switch) Line bay

pegangsaan di GIS Pulogadungn disebabkan akibat menurunnya isolasi SF6 pada

kompartemen tersebut, yang mengakibatkan proteksi differential pilot Pulogadung-

Pegangsaan bekerja. Gangguan tersebut memicu meledaknya DS busbar GIS Pulogadung

clearing time 1500ms.

Gangguan ini menyebabkan tegangan line 150 kV kedip sesaat dari 145 kV ke 10 kV.

Disebabkan gangguan tersebut, semua unit pembangkit Priok trip oleh indikasi relai proteksi

yang bekerja yaitu relai arus lebih tegangan kurang (OC UV) yang mencapai nilai kerja >

2In, dalam waktu 4 detik dan daya balik L1 (32.1), selain itu jatuh tegangan untuk suplai

pemakaian sendiri (PS) sehingga melepas breaker untuk pompa-pompa bahan bakar.

Gambar 3.4 Kedip Tegangan HV Tanggal 28 Maret 2011


3.2. Gangguan Penghantar Pangeran Karang dan Pulomas

Tanggal 6 Mei 2011 gangguan hubung singkat lightning arrester penghantar 150 kV

(fasa R-S-T) pada penghantar Plumpang-Pangeran karang, bersamaan dengan gangguan

hubung singkat pada isolator tiang penghantar Pegangsaan-Pulomas dengan clearing time

gangguan sekitar 1620 ms.

Gangguan menyebabkan kedip tegangan sesaat di jaringan 150 kV mencapai 66 kV,

sehingga mengakibatkan pembangkit Priok padam total akibat tegangan kurang pada

tegangan pemakaian sendiri sehingga menyebabkan alat bantu, khususnya pompa bahan

bakar berhenti beroperasi. Proteksi yang bekerja selain selain daya balik L3 (32.2) dan OC-

UV (51V) disisi pembangkit juga relai tegangan kurang untuk PS 0,4 kV dan 6 kV.

Gambar 3.5 Kondisi Kedip Tegangan HV Busbar A Tanggal 6 Mei 2011

3.3. Gangguan Penghantar Pegangsaan - Pulomas

Tanggal 17 Mei 2011, adanya gangguan di penghantar Pegangsaan-Pulomas karena

bekerjanya relay jarak zone 1. Gangguan ini menyebabkan tegangan line 150 kV kedip sesaat

sampai 133 kV sehingga mengakibatkan tegangan di sisi PS 6,3 kV kedip mencapai level

tegangan kurang. Gangguan tersebut mengakibatkan PLTGU Blok 2 trip. Proteksi yang kerja

adalah rele tegangan kurang untuk PS 6 kV.

Gambar 3.7 Kondisi Kedip Tegangan HV Tanggal 17 Mei 2011


3.4. Gangguan GIS Gambir baru

Tanggal 10 Januari 2012, terjadi gangguan dari sistem 150 kV berupa jatuh tegangan

pada HV line menjadi sekitar 56 kV yang disebabkan CT trafo 1 GIS Gambir baru meledak

(clearing time 98ms) yang mengakibatkan crossbar putus (clearing time 1032 ms).

Gangguan ini mengakibatkan unit PLTGU UBP Priok mengalami blackout. Proteksi

yang kerja adalah rele tegangan kurang untuk PS 6 kV. Rele Under Voltage PS (Pemakaian

Sendiri) yang bersifat Instanenous melepas breaker incoming PS 6 kV atau 0.4 kV, sehingga

supply motor untuk transfer bahan bakar trip dan efek lainnya juga mengakibatkan tekanan

pompa akibat menurunnya putaran motor penggerak.

Gambar 3.9 Kondisi Kedip Tegangan HV Tanggal 10 Januari 2012

3.5. Gangguan GI Kemayoran

Tanggal 18 Februari 2012, adanya gangguan di GI Kemayoran yaitu meledaknya trafo

fasa sisi R disisi 150 kV clearing time 1500 ms, yang mengakibatkan beberapa unit PLTGU

UBP Priok trip dengan indikasi tegangan kurang sampai 39 kV. Proteksi yang kerja adalah

rele tegangan kurang untuk PS 0,4 kV.

Gambar 3.11 Kondisi Monitoring Unit Tanggal 18 Februari 2012


Dari kronologi diatas, terjadi gangguan di sistem tranmisi akan menyebabkan jatuh

tegangan sesaat (dip voltage) dijaringan 150 kV yang mengakibatkan semua unit di

pembangkit UBP Priok trip karena indikasi arus lebih tegangan kurang (OC UV).

4. ANALISIS

Dari data-data gangguan pada bab tiga, gangguan lepasnya PMT (52G) disisi

pembangkit listrik PLTGU UBP Priok dan mengakibatkan padam total, dikarenakan

bekerjanya relai proteksi yang disebabkan kondisi jaringan transmisi yang mengalami

gangguan hubung singkat dan mengakibatkan jatuh tegangan sesaat (voltage sag) disistem

jaringan.

Dalam menganalisa pengaruh gangguan di sistem transmisi terhadap unjuk kerja

sistem proteksi yang ada di pembangkit listrik akan dikemukakan tiga skenario analisis,

yaitu:

1. Mengevaluasi dan menganalisis sistem proteksi tegangan kurang pemakaian sendiri untuk

pompa-pompa bahan bakar.

2. Mengevaluasi dan menganalisis sistem proteksi REG 216 sesuai dengan pengaturan

pabrikan.

3. Menganalisis koordinasi antar sistem proteksi pembangkit dengan penyaluran/ sistem

transmisi.

Gambar 4.1 Diagram alir analisis kinerja relai proteksi

4.1. Analisis Pengaturan Sistem Proteksi Pemakaian Sendiri

Analisis pengaturan di sistem proteksi pemakaian sendiri perlu dilakukan mengingat

beberapa kejadian jatuh tegangan berimbas pada sistem operasi peralatan-peralatan bantu


dikarenakan kerjanya relai tegangan kurang dan lebih di sistem pemakaian sendiri 6 kV dan

juga 0,4 kV.

Gambar 4.2 Sequence of Event

Dari rekaman kejadian di CCR (central control room) terlihat saat terjadi gangguan di

sisi jaringan 150 kV, pompa minyak pelumas off setelah incoming feeder merasakan

tegangan kurang. Turunnya Pressure Pompa akibat menurunnya putaran motor penggerak

akan mengakibatkan pada nilai tekanan tertentu unit trip.

Langkah awal yang dilakukan untuk menganalisis pengaturan sistem proteksi PS

(pemakaian sendiri) yaitu dengan melakukan perbandingan pengaturan relai proteksi

pemakaian sendiri yang ada di PLTGU Muara Tawar yang memiliki sistem yang hampir

tipikal dengan PLTGU Priok.

Hasil perbandingan terdapat beberapa perbedaan nilai pengaturan (lihat tabel 4.3)

antara PLTGU Priok dan PLTGU Muara Tawar, sehingga dari perbedaan pengaturan tersebut

dievaluasi dan dianalisis manakah unjuk kerja yang benar dari kedua pengaturan tersebut

disesuaikan dengan standar yang diharuskan. Dalam hal ini, yang kita evaluasi adalah nilai

pengaturan yang ada di sisi tegangan 6 kV (Medium voltage switchgear).

Tabel 4.1 Data Pengaturan Relai OC UV

*sumber: Data Perbandingan Tahun 2012

Setting Delay Setting Delay

UV = 80% UN UV = 65% UN

(MVAG) (MVTU)UV = 80% UN UV = 70% UN

( TTG712 - 19BFA) (TTG712 )UV = 75% UN UV = 70% UN

( TTG712 - 99BFA) (TTG712 )Under Voltage 0.4kV

0

2s

0.3s

2sMV Switchgear

2s

2s

0.4 KV Switchgear

0.4 KV Switchgear

Under Voltage 6kV

Under Voltage 0.4kV

UP Muara TawarUBP PriokRelay Function Located


G51V

19BFT10 14BFT10

13BBT10

27

19BBA6 kV

400 V

19BFA400 V

FUEL OIL PUMP

INTERLOCK

400 V 99BFA

14BFA

15,75/6 kV

27

27

13BAT10

15,75/150 kV

0.8 Un, 2 s

0.8 Un, 2 s

0.8 Un, No Delay

6/0,4 kV 6/0,4 kV

29BFA

1.4 In, 4 s0.7 Un

Relay TTG 7112A

Relay MVAG34

Relay TTG 7112A

12BBT10

27

15,75/6 kV

0.8 Un, No Delay

Relay MVAG34

G 51V

19BFT10

6/0,4 kV

12BAT10

15,75/150 kV

19BBB

14BFT10

6/0,4 kV

19BFB

14BFA 400 V

400 V

27

1.4 In, 4 s0.7 Un

Relay TTG 7112A

0.8 Un, 2 s

Timer Delay, 2 s

Timer Delay, 2 s

Gambar 4.3 Single Line Diagram Proteksi PS PLTGU Priok

Dari single line diagram diatas (gambar 4.9), terlihat fungsi relai MVAG yang bersifat

instan sebagai fungsinya untuk melindungi MV switchgear, pada relai tersebut dipasang relai

waktu tunda (timer) yang berfungsi sebagai waktu tunda bagi relai MVAG, relai waktu tunda

ini disediakan untuk mencegah adanya sinyal palsu.

Gambar 4.4 Diagram Logika Incoming Pemakaian Sendiri

Kondisi yang ada di pembangkit listrik Priok, relai waktu tunda (timer) tersebut di-

pengaturan tanpa delay, sehingga disini dari hasil evaluasi terdapat kesalahan nilai

pengaturan relai over dan under voltage (27).

Maka setelah dievaluasi dan dianalisis lebih lanjut dengan memperhitungkan

karakteristik beban pemakaian sendiri, khususnya untuk motor induksi dan sumber peralatan

digital dimana maksimum clearing time adalah 1000 ms dengan kedip tegangan tidak kurang

dari 80% tegangan nominal, perubahan pengaturan proteksi relai under voltage (27) di sisi PS


6 kV dilakukan menjadi 0.8 Un (80%) dengan delay timer 2 detik, mengikuti pengaturan

proteksi PS yang ada di PLTGU Muara Tawar.

4.2. Analisis Pengaturan Proteksi REG216 PLTGU UBP Priok

Berdasarkan pada rekap data gangguan pada tabel 4.1, saat terjadi gangguan hubung

singkat di sistem transmisi yang mengakibatkan unit pembangkit listrik Priok padam total,

fungsi sistem proteksi pada relai REG216 yang bekerja dan merasakan adanya gangguan

tersebut antara lain: relai arus lebih tegangan kurang (51V) relai daya balik (32), relai hilang

medan penguat (40), dan relai impedansi minimum (21).

Dalam penentuan pengaturan proteksi sesuai standar pabrikan, terlebih dahulu perlu

diketahui data spesifikasi teknis dari pembangkit listrik, yaitu generator dan transformator,

yang diperlukan sebagai acuan perhitungan nilai pengaturan sesuai dengan standar.

Relai Arus lebih dan Tegangan kurang – 51V (Imax – Umax)

Pengaturan arus lebih:

Harga arus lebih dipilih sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kesalahan tripping saat

kondisi normal (tidak ada gangguan). Harga tersebut dipilih diantara arus operasi tertinggi

dan arus minimum saat short circuit.

Gambar 4.6 Karakteristik Arus Lebih

Pengaturan tegangan kurang (Hold-Voltage):

Tegangan “hold voltage” mengontrol relai arus lebih yang kerja pada kondisi di mana arus

hubung singkat berayun mengecil selama waktu tunda dan relai arus lebih reset. Harga

tegangan ini harus diset sedemikian rupa sehingga relai dapat mendeteksi apakah terjadi short

circuit ataukah normal operasi. Harga pengaturan harus dipilih di bawah tegangan operasi

yang terendah.


Gambar 4.7 Karakteristik Tegangan Kurang

Dalam pengaturan nilai proteksi, nilai arus dari generator dan CT terpasang, nilai

kompensasi dari pengaturan arus lebih direkomendasikan, jika belum dilakukan maka

digunakan nilai referensi.

Rating Arus generator IGN = 7698 A

Arus CT IN1 = 8000 / 1 A

Nilai referensi arus = 1,5

Perhitungan nilai pengaturan arus lebih :

1,5.IGNIN1 = 1,5.

76988000 = 1,44

Rating tegangan generator UGN = 15750 V

Tegangan VT UN1 = 15750/3 / 100/3

Nilai referensi tegangan = 0,7

Perhitungan nilai pengaturan tegangan kurang :

0,7.UGNUN1 = 0,7.

1575015750 = 0,7

Nilai pengaturan standar:

Daya balik (32)

Prinsip dari proteksi daya balik adalah melindungi unit turbin generator dari

kegagalan suplai energi ke penggerak utama yang menyebabkan berubahnya generator

sinkron menjadi motor dan memutar turbin. Proteksi daya balik mempunyai dua tingkat,

dimana pengaturan untuk kedua tingkat adalah sama.

Current : 1.4 IN PT Ratio : 15750/3 / 100/3 VHold Voltage : 0.7 UN Ref. Value A/D ch. : 1.0Delay : 4 sec CT Ratio : 8000 / 1 AHold Time : 4 sec Ref. Value A/D ch. : 0.96


Gambar 4.8 Karakteristik Daya Balik

Rating generator = 210 MVA; 15,75 kV; 7698 A; cos 0,9

CT IN1 = 8000 / 1 A

VT UN1 = 15750/3 / 100/3

Proteksi = 100 V, 5 A

Daya balik = 0,5% PGN

Pengaturan daya balik L1 (32.1):

Memiliki waktu tunda tripping lebih cepat dan dimaksudkan sebagai proteksi putaran lebih

saat normal shutdown.

Nilai pengaturan standar :

Daya balik L3 (32.2) pengaturan:

Memiliki waktu tunda tripping lebih lama dan dimaksudkan sebagai proteksi temperatur

tinggi dan mungkin menimbulkan kerusakan mekanis pada penggerak utama. Misalkan pada

kasus beban jaringan kurang sehingga mengakibatkan ayunan daya sebagai hasil dari

kecepatan regulator atau jaringan yang tidak stabil.


Hilang medan penguat (40)

Penentuan nilai pengaturan dan karakteristik untuk relai hilang medan penguat

merupakan operasi karakteristik circular (diagram lingkaran) yang didefinisikan oleh dua

titik A dan titik B.

P-setting : PN : 0.85 UN*INDrop ratio : PT Ratio : 15750/3 / 100/3 VAngle : Ref. Value A/D ch. : 1.0Delay : 0.5 sec CT Ratio : 8000 / 1 APhi-comp. : 0 0 Ref. Value A/D ch. : 0.96

-150 0

-0.05 PN60%

P-setting : PN : 0.85 UN*INDrop ratio : PT Ratio : 15750/3 / 100/3 VAngle : Ref. Value A/D ch. : 1.0Delay : 5 sec CT Ratio : 8000 / 1 APhi-comp. : 0 0 Ref. Value A/D ch. : 0.963

+90 0

-0.01 PN60%


Gambar 4.9 Diagram Vektor Generator Eksitasi Lebih

Reaktansi XA dan XB disesuaikan dengan tegangan fasa ke fasa, dan perhitungan

pengaturan untuk generator sebagai berikut:

Rating generator = 210 MVA; 15,75 kV; 7698 A;

Xd 2,65; X’d 0,249

Rasio VT 퐾 = √

√

= = 157,5

Rasio CT 퐾 = = = 8000

푋 = 푋 ∙푈3퐼

∙퐾퐾 √3

= 2,65 ∙ ∙,

= 275,4

푋 =푋2 ∙

푈3퐼

∙퐾퐾 √3

= , ∙ ∙,

= 12,9

Perhitungan nilai pengaturan reaktansi yang disesuaikan dengan nilai UN, IN adalah:

푋 − 푠푒푡푡푖푛푔 = − 퐼 = − , ∙ 1 = −2,745

푋 − 푠푒푡푡푖푛푔 = − 퐼 = − , ∙ 1 = −0,129


XA - Setting : -2.75 UN/IN PT Ratio : 15750/3 / 100/3 VXB - Setting : -0.13 UN/IN Ref. Value A/D ch. : 1.0Angle : -1500 CT Ratio : 8000 / 1 ADelay : Ref. Value A/D ch. : 0.962 sec

Turbo generator

Salient pole generator

: sudut fasa

: sudut beban

< u, i

< u, e


Impedansi minimum (21)

Impedansi dari zone proteksi ditentukan oleh adanya reaktansi hubung singkat

transformator step-up dan nilai sistem p.u (per unit):

Z1 = 0,7 XT ; XT = 0,15

G

15,75 kV/100 V

177 MVA0,15 [pu]

8000/1 A

Z<

Protection zone

Gambar 4.10 Daerah Proteksi Impedansi Minimum

Relai impedansi dalam sistem p.u bisa di pengaturan sebagai berikut:

푍 − 푠푒푡푡푖푛푔 = 0,7.푋푇. . .

= 0,7.0,15. ,,

.,

. = 0,13

Delay = 0,5 s

Gambar 4.11 Karakteristik Minimum impedansi


Gambar 4.12 Sequence of event (SOE) REG 216

Menurut hasil evaluasi dari data event record relai proteksi REG216 yang diambil

pada saat terjadinya gangguan yang mengakibatkan pembangkit listrik Priok blackout

disebabkan oleh gangguan hubung singkat di sistem transmisi, bisa diasumsikan bahwa

gangguan hubung singkat tersebut telah mengakibatkan power swing antara pusat pembangkit

dan sistem jaringan. Asumsi ini didasarkan oleh data event record yang menunjukan fungsi

proteksi seperti “impedansi minimum” dan “hilang medan penguat” yang telah pick-up (start)

dan release (off) berulang kali sebelum akhirnya unit mengalami trip.

Adanya fluktuasi elemen proteksi OC UV (arus lebih tegangan kurang, 51V) sampai

dengan 3 kali dan sampai detik relai masih dalam keadaan pick-up maka terjadilah trip

diakibatkan proteksi 51V yang bekerja saat nilai pick-up relai tercapai yaitu 2.131 IN, nilai

tersebut melebihi nilai pengaturan dari relai tersebut 1.4 IN.

4.3. Koordinasi Sistem Proteksi Pembangkit dan Sistem Transmisi

Dalam pengaturan suatu sistem proteksi yang sesuai dengan pengaturan pabrikan akan

cenderung memperhatikan keamanan dari sisi pembangkit itu sendiri, kurang memperhatikan

keperluan dari operasi sistem. Sehingga terkadang tidak ada kesamaan pengaturan antara

pengaturan sistem proteksi pembangkit dan jaringan.

Aturan jaringan tahun 2007 tentang pengaturan proteksi bahwa proteksi untuk fasilitas

pemakai jaringan dan sambungan-sambungannya ke jaringan transmisi harus memenuhi

persyaratan minimum. Semua setting harus dikoordinasikan dengan setting proteksi P3B

untuk memperkecil akibat gangguan pada fasilitas pemakai jaringan terhadap jaringan

transmisi. Koordinasi itu sendiri bertujuan untuk menilai selektifitas dari koordinasi proteksi

generator dengan proteksi yang ada di sistem transmisi serta menetapkan nilai setelan yang

disepakati bersama, agar keamanan peralatan dan keperluan operasi sistem dapat dipenuhi

secara optimal


Proteksi Relai Cadangan untuk Fasa ke Fasa atau Fasa ke Tanah (51V, 21)

Berikut usulan pengaturan koordinasi untuk relai cadangan, antara lain:

Tabel 4.4 Koordinasi Relai OC-UV (51V) Fungsi

Proteksi Tipe Relai Setting yang terpasang Usulan koordinasi P3B

Relai Over-current Under-voltage (51V)

ABB REG 216

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Under-voltage: VU = 0,7 UN Arus Operasi : Is = 1,4 IN (definite) T-tunda = 4 sec

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Under-voltage: VU = 0,7 UN Arus Operasi : Is = 1,4 IN (definite) T-tunda = 4 sec

Hasil evaluasi koordinasi fungsi relai proteksi OC-UV (51V) adalah:

1. Penyetelan arus merupakan tanggung jawab pembangkit, karena disesuaikan dengan

spesifikasi generator pembangkit.

2. Waktu kerja relai harus dikoordinasikan dengan sistem proteksi transmisi, yaitu 400 ms.

3. Dengan memperhitungkan spesifikasi dari generator, sehingga untuk relai 51V, nilai

setting yang disarankan pihak penyalur sudah sesuai dengan nilai terpasang.

Tabel 4.5 Koordinasi Relai Impedansi Minimum (21) Fungsi


Relai Jarak (21G)

ABB REG 216

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Setting: Z-setting = 0,13 UN/IN

= 13 T-tunda = 0,5 sec

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Setting: Z-setting = 0,098 UN/IN

= 9,8 T-tunda = 0,8 sec

Hasil evaluasi koordinasi fungsi relai jarak (21) adalah:

1. Jangkauan Impedansi harus dikoordinasikan dengan impedansi line relay dan CBF,

ketika jangkauan impedansi 21 melewati impedansi line.

2. Waktu kerja harus di-delay > dari 700 millisecond.

Berdasarkan pada aturan jaringan:

CBF operating time : 200 msec. tCBF < 250 msec.

Zone-2 distance relay operating time : 400 msec

Discriminating time (t) diantara dua relai : 300 msec


Gambar 4.14 Evaluasi Koordinasi Relai Impedansi Minimum

Relai Hilang Medan Penguat (41)

Berikut usulan pengaturan koordinasi untuk relai hilang medan penguat:

Tabel 4.6 Koordinasi Relai Loss of Excitation (41) Fungsi


Relai Loss of Excitation (40)

ABB REG 216

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Xa = - 2,75 UN/IN = - j275 Xb = - 0,13 UN/IN = - J13 T-tunda = 2 sec (Trip)

CT : 8000/ 1 A PT : 15,75/ 0,1 kV Xa = - 1,702 UN/IN = - j170,2 Xb = - 0,112 UN/IN = - J11,2 T-tunda = 2 sec (Trip)

Hasil evaluasi koordinasi fungsi arus medan hilang (40) adalah:

1. Memastikan bahwa pengaturan waktu dan daerah kerja relai dapat memberikan jaminan

keamanan bagi generator pada kondisi asinkron karena arus eksitasi kurang dan relai

tidak akan salah kerja untuk kondisi abnormal diluar generator. Relai harus tetap bekerja

benar pada kondisi arus eksitasi hilang/kurang yang diikuti dengan slip rendah (S<1%)

maupun slip tinggi (S >10 %).

2. Relai harus tetap stabil (tidak bekerja) bila mesin kembali pada kondisi normal setelah

terjadi power swing (recoverable power swing)

5. KESIMPULAN

Dari hasil analisis kinerja relai proteksi pembangkit listrik UBP Priok terhadap

gangguan di sistem transmisi 150 kV, maka hasil analisis yang kita dapat dari evaluasi sistem

dan pengaturan relai proteksi yang ada di pembangkit Priok, antara lain:

1. Gangguan hubung singkat di sistem jaringan transmisi 150 kV akan mengakibatkan kedip

tegangan sesaat yang juga mengakibatkan bekerjanya sistem proteksi di pembangkit

listrik.

- Relai arus lebih (51V) dan reverse power (32) pada REG216


- Relai tegangan kurang (27) disisi Pemakaian Sendiri 6 kV

2. Pengaruh dari sistem proteksi yang kerja terhadap unit pembangkit yang beroperasi.

- Relai arus lebih – tegangan kurang (51V) dan relai daya balik (32) untuk proteksi

pembangkit melepas PMT 52G dan menyebabkan unit trip.

- Relai tegangan kurang instan (27), melepas sumber tegangan pemakaian sendiri

menyebabkan breaker motor bantu trip, sehingga menyebabkan pasokan bahan bakar

terhenti dan mengakibatkan unit trip.

3. Unjuk kerja relai tegangan kurang dan lebih di pemakaian sendiri kurang andal, karena

kesalahan pengaturan waktu tunda sehingga mengakibatkan trip unit di pembangkitan

Priok saat terjadi jatuh tegangan sesaat di sistem jaringan 150 kV. Dilakukan perubahan

pengaturan waktu tunda pada incoming pemakaian sendiri dari tadinya 0 detik menjadi 2

detik,

4. Unjuk kerja dari relai proteksi REG216 sudah memiliki kriteria persyaratan sistem

proteksi. Saat terjadi gangguan di sistem transmisi relai-relai yang memiliki area proteksi

di sistem transmisi bekerja sesuai waktu pengaturan. Relai arus lebih - tegangan kurang

(51V) bekerja saat nilai kerja 2,3 IN melebihi nilai pengaturan (1,4 IN) dalam waktu 4

detik. Relai daya balik (32) bekerja saat nilai tercapai melebihi nilai pengaturan -0,05 PN

dengan waktu tunda selama 0,5 sec

6. SARAN

Dalam penganalisaan lebih lebih lanjut bisa dilakukan simulasi perhitungan

koordinasi relai proteksi pembangkit menggunakan software etap. Selain itu agar ditinjau

kembali koordinasi antar setiap relai yang ada di pembangkit Priok, agar kinerja sistem

proteksi tersebut memenuhi standar persyaratan proteksi yang baik.

DAFTAR ACUAN

[1] ABB, “Numerical Generator Protection REG216/REG216 Classic”¸May 2005

[2] ABB, “Generator and Transformer 1MRB520046-Len 3rd edition”, October 1998

[3] Peraturan Menteri Enerdi dan Sumber Daya Mineral, Nomor : 03 Tahun 2007


analisis kinerja sistem proteksi pembangkit listrik …

Documents