tugas akhir analisis stabilitas transien dan … · tugas akhir analisis stabilitas transien dan...
TRANSCRIPT
TUGAS AKHIR
ANALISIS STABILITAS TRANSIEN DAN PELEPASAN BEBAN DI PT. WILMAR NABATI GRESIK AKIBAT ADANYA
PENGEMBANGAN SISTEM KELISTRIKAN FASE 2
WIJAYA KHISBULLOH -------2208100001--------
Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D Dr. Eng. Ardyono Priyadi, ST. MT
Dosen Pembimbing
1. Latar Belakang
2. Perumusan Masalah
3. Tujuan
4. Metode
PENDAHULUAN
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
Merancang sebuah skema pelepasan beban (Load Shedding) yang handal
Melaksanakan studi mengenai kestabilan transien sistem kelistrikan PT. Wilmar Nabati Gresik
Mendapatkan Rekomendasi yang diperlukan.
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
1. Definisi Kestabilan
2. Standart
3. Jenis Gangguan
DASAR TEORI
DEFINISI KESTABILAN
Rotor angle stability.
Voltage stability and Voltage Collapse.
Long Term and Mid Term Stability
Studi Kestabilan dibagi menjadi tiga
Sumber : Power System Stability and Control by Prabha Kundur
STANDAR ANSI/IEEE Std C37.106-1987
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
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
SEMI F47
JENIS GANGGUAN
Gangguan yang Mempengaruhi Kestabilan
Hubung Singkat
Motor Starting
Lepas Pembangkit
Perubahan Beban
1. Extreme Condition
2. Peak Load Condition
SIMULASI DAN ANALISIS
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 : 2 DEG, PLN, 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : 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
EXTREAME CONDITION Gen_Trip_15
99.2
99.4
99.6
99.8
100
100.2
100.4
0 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 15 16 17 18 18 19
Frek
uens
i (%
)
Waktu (Detik)
Frekuensi
70
75
80
85
90
95
100
105
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Teg
anga
n (%
)
Waktu (detik)
FUTURE FLOUR MILL 1 SP-BUS-56003
SP-BUS-12000
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Am
pere
(A)
Waktu (detik)
Arus
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MV
A
Waktu (detik)
SP-TRF-32001
SP-TRF-34002 212.5 %
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
152 %
145 %
100 %
98.7 %
88.3 %
EXTREAME CONDITION
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).
Perjanjian Pembatasan daya antara PLN dengan PT. Wilmar Nabati Gresik. Karakteristik waktu Tripping berdasarkan TDL 2001
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MVA
Waktu (detik)
PLN
PLN
Daya dari 13 MVA menjadi 27.88 MVA
214.4 %
Sumber : PT.PLN Persero
EXTREAME CONDITION
.t = σ x [ I ] 2
- ln
[ I ]2 [ k x Is]2
( ) ( )
2 2
2 22 2
812. ln 13.49 ln 3.77812 1.05 382
It menitI k Is
σ = × = × = − × − ×
Perhitungan waktu Tripping Overload Relay :Rele GEC Measurement Type MCHNO2
I = Arus Beban yang masuk ke rele Is = Arus Beban Penuh σ = time constant13,49 menit k = 1,05 (konstanta)
Rele akan trip pada saat t = 3.77 menit
Sumber : PT.PLN Persero
EXTREAME CONDITION Gen_15_LS
99.6
99.7
99.8
99.9
100
100.1
100.2
100.3
100.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frek
uens
i (%
)
Waktu(detik)
frekuensi
70
75
80
85
90
95
100
105
110
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Teg
anga
n (%
)
Waktu (detik)
FUTURE FLOUR MILL 1
SP-BUS-56003
SP-BUS-12000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MV
A
Waktu (detik)
SP-TRF-34002
SP-TRF-32001
Daya yang melalui Trafo SP-TRF-34002 dan SP-TRF-32001 telah kembali normal.
Load shedding sebesar 12.31 MW saat t=1.3 detik atau 0.3 detik setelah generator trip.
Daya yang diserap PLN kembali normal
100 %
99.12 %
97.8 %
8.3 %
4.58 %
EXTREAME CONDITION SC_10.5kV
98
99
100
101
102
103
104
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frek
uens
i (%
)
Waktu (Detik)
SP-BUS-12000
SP-BUS-56003
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Teg
anga
n (%
)
Waktu (Detik)
FUTURE FLOUR MILL 1
SP-BUS-56003
SP-BUS-12000
Terjadi Overfrequency
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.
103 %
102 %
100 %
0.2 %
77 %
78 %
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frek
uens
i (%
)
Waktu (Detik)
FUTURE FLOUR MILL 1
SP-BUS-56003
SP-BUS-12000
95
96
97
98
99
100
101
102
103
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frek
uens
i (%
)
Waktu (Detik)
Frekuensi
SP-BUS-56003
EXTREAME CONDITION SC_10.5_LS
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 %.
100 % 100 %
EXTREAME CONDITION MS_2
tegangan bus SP-BUS-56003 sempat mengalami undervoltage menjadi 88.04 % selama starting awal motor yakni selama 3 detik
Setting rele undervoltage di set agar tidak trip saat motor START
80
85
90
95
100
105
0 2 4 6 8
Teg
anga
n (%
)
Waktu (s)
SP-BUS-56002
SP-BUS-56003
88.04 %
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) OPERASI
KW 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 : 2 STG, 2 GTG Loading Faktor : Peak Load condition
PEAK LOAD CONDITION
Nama Kasus Keterangan Gen_ 15 Generator PWS-STG-02 Off Sumber Lain On Gen_15+LS1 Generator PWS-STG-02 Off dan Load Shedding Gen_ 10 Future Generator Off Sumber Lain On Gen_10+LS1 Future Generator Off dan Load Shedding Gen_ 6.4 Generator PWS-NGT-01 Off Sumber Lain On Gen_6.4+LS Generator PWS-NGT-01 Off dan Load Shedding 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 (grup motor)
PEAK LOAD CONDITION Gen_15
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frek
uens
i (%
)
Waktu (Detik)
Frekuensi
70
75
80
85
90
95
100
105
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Teg
anga
n (%
)
Waktu (detik)
FUTURE FLOUR MILL 1
SP-BUS-56003
SP-BUS-12000
Frekuensi Turun Tegangan turun
PEAK LOAD CONDITION Gen_15+LS1
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
% F
reku
ensi
Waktu (detik)
Frekuensi
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.
PEAK LOAD CONDITION Gen_15+LS2
97
97.5
98
98.5
99
99.5
100
100.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Frekuensi
PELEPASAN BEBAN TAHAP 2 = 4.937 MW saat t=1.662 sekon
80
85
90
95
100
105
110
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tega
nagn
(%)
Waktu (detik)
Future Flour Mill
SP-BUS-12000
SP-BUS-56003
99.57 % 100 %
101 %
1. Kesimpulan
2. Saran
PENUTUP
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
LAMPIRAN SLD 2 of 5
LAMPIRAN SLD 3 of 5
LAMPIRAN SLD 4 of 5
LAMPIRAN SLD 5 of 5
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
70
75
80
85
90
95
100
105
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Teg
anga
n (%
)
Waktu (detik)
Tegangan
SP-BUS-56003
Future Flour Mill
SP-BUS-12000
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
2850
2900
2950
3000
3050
3100
3150
3200
0 2 4 6 8 10
RPM
waktu (detik)
RPM generator
PWS-STG-01
PWS-STG-02
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10
Degr
ee
Waktu (sekon)
Sudut Rotor
PWS-STG-01
PWS-STG-02
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10
MW
Waktu (detik)
Daya
PWS-STG-02
-10
-5
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MW
Waktu (detik)
Daya PLN
Daya PLN
Short Circuit
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Degr
ee
Time (S)
Rotor Angle
PWS-STG-02
PWS-STG-01
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MW
Waktu (detik)
PWS-STG-02
PWS-STG-02
2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
RPM
Waktu (sekon)
PWS-STG-02
PWS-STG-02
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MW
Waktu (sekon)
Daya PLN
Daya PLN