Sistem Proteksi Pada Turbin Uap Studi pada PLTU Gresik Unit 3 dan 4

Oleh

Yuliandra S Nurdin ST MT

PLN Puslitbang

Pendahuluan

1. Sistem

Bahan Bakar

6. Sistem Udara

Pembakaran dan

Gas Buang

3. Sistem air -

uap

4.Sistem air

pendingin

5. Sistem

pelumas turbin

2. Sistem air

pengisi

Pendahuluan Pembangkit Listrik Tenaga Uap Gresik #34 terdiri dari :

1. Peralatan utama pada sebuah unit PLTU antara lain : Boiler.

Turbin uap.

Kondensor.

Generator.

2. Peralatan Bantu PLTU : Sistem air pendingin utama dan bantu.

Siklus air – uap.

sistem bahan bakar.

sistim udara pembakaran dan gas buang.

sistim pelumas turbin.

3. Peralatan Penunjang : H2 Plant

External Water Treatment

Internal Water Treatment

Chlorination Plant

Design Data For Steam Turbine PLTU Gresik # 34 :

Pendahuluan Steam turbine adalah peralatan utama PLTU yang terdiri dari Sudu tetap (Nozzle) ,

Sudu jalan (Moving Blade) dirangkai dalam Rumah turbin (Casing). Turbin berfungsi

mengubah energi yang dikandung uap panas menjadi energi mekanik berupa

putaran poros.

Number of Turbine Stage

Total : 27

HP : 9

IP : 6

LP : 12 (6x2)

Num. of extraction for FWH: 8

Rated Output : 200 MW

Speed : 3000 RPM

Rotation : CCW (view from turbin side)

Steam Condition

Pressure at MSV : 169 kg/cm2

Temperatur at MSV & CRV : 538° C

Exhaust pressure at turbine exhaust end : 650 mmHg

Kenapa Sistem Proteksi Diperlukan ???

Kesalahan dan kondisi tidak normal pada turbin dapat menyebabkan

kerusakan pada plant ataupun komponen lain dari pembangkit.

Fungsi utama dari sistem proteksi suatu peralatan adalah untuk

mengamankan peralatan tersebut dari bahaya kerusakan. Karena kerusakan

akan berakibat berhentinya produksi atau pelayanan, bertambahnya biaya

pengeluaran untuk perbaikan dan biaya-biaya lainnya.

Pendahuluan

Interlock sistem adalah suatu peralatan atau sistem peralatan yang dirancang

untuk mengamankan suatu peralatan yang satu terhadap lainnya.

Turbine Trip

2. T/G Vibration High

3. Thrust Bearing Wear Fail

4. T/G Bearing Oil Pressure Low

5. Exhaust Hood Temperatur High

6. Exhaust Vacuum Low

9. EHC Major Failure

7. Overspeed Trip

8.MOP Discharge Pressure Low

10. Generator Trip

Setting Value > 0,175 mm p-p

Setting Value Pressure < 3,5 kg/cm2

Setting Value Pressure < 0,7 kg/cm2

Setting Value Temp > 107° C

Setting Value Temp < 572 mmHg

Pengaman yang muncul karena kegagalan sistem kontrol hidrolik.

Setting value > 111,5 % rpm

Setting Value Pressure < 7,4 kg/cm2

Turbine speed > 75 %

Pengaman Turbin karena Generator trip, untuk menghindari turbin overspeed.

Gangguan Yang Menyebabkan Turbin Trip

(PLTU Gresik # 3 & 4)

1. Master Fuel Trip Proteksi apabila terjadi gangguan pada boiler.

PID

T P

Actuator

Turbine Interlocks Diagram

Main Steam Valve Control Valve Combined Reheat Valve

Emergency Trip

Device

M D

Sistem

Master Fuel Trip (MFT)

3. Furnace Overpressure [ Setting Value ≥ 590 mmH2O - Trip > 795 mm H2O ] – Untuk mencegah

tekanan lebih di dalam furnace yang dapat mengakibatkan rusaknya struktur di dalam Boiler.

1. Drum Level Very Low [ Trip < - 250 mm ] - Mencegah terjadinya overheating pada tube boiler akibat

kekurangan suplai air.

2. Both Forced Draft Fan [ - ] – FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran. Pengaman untuk

mencegah terjadinya pembakaran tidak sempurna akibat kehilangan suplai udara bakar.

5. All Flame Lost [ - ] Pengaman untuk mencegah terjadinya ledakan pada Furnace akibat dimungkinkannya

terjadi pembakaran tidak sempurna.

6. All Fuel Loss [ Only RO, Pressure Low ≤ 4 kg/cm2] [ Only HSD, Pressure Low ≤ 2,5 kg/cm2]

Pengaman untuk mencegah terjadinya ledakan pada Furnace akibat dimungkinkannya terjadi pembakaran

tidak sempurna.

4. Critical Flame Out [ ≥ 5pair ] Pengaman untuk mencegah penurunan kualitas uap karena terjadi

ketidakstabilan sistem pembakaran. Muncul saat nyala api mati melebihi batas yang diijinkan (>=5pair).

Master Fuel Trip (MFT)

adalah Proteksi boiler dengan

menghentikan pengoperasian

boiler dengan jalan menghentikan

semua supply bahan bakar yang

masuk ke boiler. Mater

Proteksi Boiler

7. Reheater Protection [F O Flow > 25% & 10 dtk][F O Flow > 15% & 60 dtk] Pengaman untuk

mencegah overheating pada Reheater .

8. Purge credit elapsed [5 min] Pengaman untuk mencegah ledakan di dalam furnace karena adanya

konsentrasi bahan bakar yang tidak terbakar.

9. Master Fuel Trip (MFT) PB ON, Soft & Hard [] Pengaman untuk mencegah ledakan di dalam Furnace

karena adanya konsentrasi bahan bakar yang tidak terbakar. Soft berupa tombol software, sedang Hard berupa

tombol hardware (hand trip).

10. Air Flow Very Low [ < 25 %] Pengaman untuk mencegah terjadinya pembakaran tidak sempurna akibat

kekurangan batas minimum suplai udara bakar.

11. Spare

M D

T/G Vibration High

T/G Vibration High [ Trip > 0,175 mm p-p]

Pengaman Turbine untuk menghindari kerusakan yang lebih parah pada bearing Turbine maupun sudu

Turbin.

Normal Value

7,5 mm p-p

Limit Value / Alarm

< 12,5 mm p-p

Trip Setting Value

< 17,5 m p-p

Sensor Vibrasi – 6

(Gen – side)

M D

Thrust Bearing Wear Fail

Pengaman Turbin terhadap gesekan

antara sudu tetap dan sudu putar karena

pergeseran gaya aksial.

[ Normal Value 14 kg/cm2 ]

[ Trip Set < 3,5 kg/cm2 ]

Sistem

Lub

Flow

Diagram

M D

Detector

Sistem Pelumas Turbin PLTU #3,4 Gresik

1

Thrust

Press

MOP

Lub Oil Diagram PLTU #3,4 Gresik

Bearing Oil Feed

Pressure 1,8 kg/cm2

Control Oil Feed

Pressure 14 kg/cm2

bearing Press MOP

Thrust Bearing Wear Detector

Dari control Oil Feed

Pressure 14 kg/cm2

Dari Bearing Oil Feed

Pressure 1,8 kg/cm2

Turbine /Generator Bearing Oil Pressure Low

Oli digunakan untuk mendinginkan bearing dan melumasi bearing pada turbin dan generator. Tidak

adanya lubrikasi akan menyebabkan kehausan pada bearing.

[ Normal Value 1,8 kg/cm2 ; 2,5 kg/cm2 pada saat start-up]

[ Alarm < 1,1 kg/cm2 ]

[ Trip Set < 0,7 kg/cm2 ]

Exhaust Hood Temperatur High

Pengaman Turbin untuk menghindari kerusakan sudu akhir LP Turbin karena over heating.

[Spray on < 65 °C]

[ Alarm > 80° C]

[ Trip Set > 107 ° C]

Disebabkan oleh kondisi vakum pada kondensor yang terlalu

rendah atau unit beroperasi pada beban rendah terlalu lama

M D

Exhaust Vacuum Low

Pengaman Turbin untuk menghindari kerusakan sudu akhir LP Turbin karena erosi

Turbine yang diakibatkan kebasahan uap yang tinggi.

[ Normal Value > 695 mmHg 0.08 kg/cm2 ]

[ Alarm < 635 mmHg 0.17 kg/cm2 ]

[ Trip Set < 572 mmHg 0.256 kg/cm2 ]

Kemungkinan disebabkan oleh :

• Temperatur air pendingin naik.

• Flowrate air pendingin kurang.

• Terjadi fouling pada tube condenser.

• Heat Exchanger area berkurang.

• Steam ejector gangguan.

M D

Sistem Air Kondensat PLTU #3,4 Gresik

Overspeed Trip

Pengaman turbin untuk menghindari terjadinya putaran lebih yang dapat menyebabkan terlepasnya

sudu-sudu Turbin.

[ Normal Value 3000 rpm ] - [ Trip Set > 110 % sd 111% rpm - Emergency Governor Trip ]

Backup Overspeed bekerja pada 111,5% rpm

Turbin akan overspeed ketika torsi yang dihasilkan oleh aliran steam lebih besar dari

torsi lawan yang dihasilkan beban.

Kemungkinan terjadinya overspeed : - Pada saat run up & Ketika unit tiba-tiba

diputus dari beban.

Main Oil Pump Discharge Pressure Low

Pengaman Turbin untuk menghindari malfunction pada sistem kontrol hidrolik.

Normal Value 14 s.d 16.5 kg/cm2

Alarm < 14 kg/cm2

Trip Set < 7,4 kg/cm2

Mechanical overspeed

Master Trip

valve

St

Steam Turbine

RPM

Speed sensor

B

eam

RPM

Solenoid

Valve Solenoid

Valve

A

Backup Overspeed

Protection

Overspeed Protection

Overspeed

PID

Elector Hydraulic Control (EHC) Failure

Pengaman yang muncul karena kegagalan sistem kontrol hidrolik, dimana Master Trip Solenoid

(MTS) akan bekerja memberi perintah MCV, CV, dan CRV OFF.

Gangguan pada sistem electrik power suplai ( DC 15 V / DC 24 V).

Gangguan pada sistem elektik power suplai untuk Pemakaian Sendiri (DC-PS) [2 dari 3].

Speed Signal Lost [2/3].

Kontrol Control Valve abnormal.

Sistem kontrol elektrik Main Stop Valve abnormal [2/2].

Sistem kontrol elektrik Intercept Valve abnormal [2/2].

Generator Trip

Main transformer differential relay 87GT

Main transformer neutral over current relay 51NMT

Unit auxiliary transformer differential relay 87AT

Unit auxiliary transformer neutral over current relay

51NAT

Unit auxiliary transformer over current relay 51AT

Generator differential relay 87G

Pengaman Turbin yang muncul karena Generator trip, untuk menghindari overspeed pada Turbin.

Generator negatif phase sequence relay 46G

Generator loss of exitation relay 40G

Generator back up distance relay 44G

Generator ground over voltage relay 64G

PPT differential relay 87E

Operation Trip

Normalnya operator mengetripkan sebagai back up dari trip auto. Operator juga dapat

mengaktifkan bagian lain untuk mengetripkan turbin, bila gangguan itu berpotensi akan merusak

turbin, seperti beberapa gangguan di bawah ini.

Actuator merupakan alat berfungsi untuk mengubah sinyal listrik dari

sistem kontrol menjadi gerak mekanik.

Dalam hal ini steam turbine actuator bertindak sebagai penggerak

valve.

Jenis Actuator : Hydraulic fluid actuator Menggunakan kontrol hidrolik untuk mengaktifkan mekanisme valve.

Pneumatic actuator Bekerja dengan meniupkan udara bertekanan pada sistem valve.

Electric actuator Menggunakan kontrol electric untuk mengaktifkan mekanisme valve.

Electro hydraulic actuator Kombinasi kontrol electrik dan hidrolik, menggunakan motor pompa

untuk memompakan oli ke piston dan mengasilkan gaya keluaran.

Actuator

M D

PT. PLN (PERSERO) PUSLITBANG

Terima Kasih …

Display kelainan pada Boiler dan Turbine serta peralatan bantunya

Main Stop Valve

Control Valve

Reheat Steam Valve

Intercept Valve

Tampilan Sistem Air - Uap PLTU # 3 dan 4 Gresik

Sistem Air Pendingin PLTU #3,4 Gresik

Sistem Air – Uap PLTU #3,4 Gresik

Sistem Uap Utama PLTU #3,4 Gresik

vacuum

Sistem Air Pengisi PLTU #3,4 Gresik

Air and Flue Gas System PLTU #3,4 Gresik

Natural Gas System PLTU #3,4 Gresik

Fuel Oil System PLTU #3,4 Gresik

Detail Troubleshooting

2. Furnace Pressure High

1. Drum Level High - Low

B P 1

Detail Troubleshooting

3. Both Forced Draft Fan

B P 1