Sistem Kontrol PLTGU

TUGAS SISTEM PLTG SISTEM KONTROL DAN STARTUP PADA PLTGU

Oleh: Nama

: Marga Yogatama

NIM

: 21050112083025

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK MESIN UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014 0

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada zaman modern seperti saat ini, kebutuhan masyarakat semakin beragam. Salah satu kebutuhan utama masyarakat umum adalah energi listrik. Energi listrik digunakan dalam berbagai hal mendasar, seperti pendidikan dan industri. Oleh karena itu diperlukan banyak sumber energi listrik. Energi listrik dapat dibangkitkan dari suatu pembangkit seperti Pembangkit listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan lain-lain. Untuk menyediakan kebutuhan energi listrik yang terus meningkat maka pembangkit ini dirancang agar efisiensinya meningkat. Atas dasar itu digabungkanlah PLTG dengan PLTU, menjadi PLTGU. Penggabungan dua buah pembangkit ini tentunya membuat semakin banyak peralatan yang dioperasik. Hal ini pasti akan mepersulit proses startup maupun pengoperasian pembangkit. Untuk memudahkan pengendalian PLTGU ini, maka digunakan sebuah sistem kontrol. Melalui makalah ini diharapkan pembaca memahami sistem kontrol dan startup PLTGU 1.2 Batasan Masalah Mengingat luasnya permasalahan pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap, maka dalam makalah ini kami sajikan dalam ruang lingkup lebih spesifik mengenai sistem kontrol dan startup pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. 1.3 Tujuan Penulisan Penulisan makalah ini bertujuan untuk: 1. Memahami proses pembangkitan listrik pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. 2. Memahami sistem kontrol pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap. 3. Memahami proses startup pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap.

1

BAB II PEMBAHASAN

Proses pembangkitan Listrik di PLTGU merupakan proses PLTG konvensional yang kemudian dimanfaatkan gas buangnya. Gas buang dari PLTG tersebut, masih sangat panas sehingga dimanfaatkan untuk menguapkan air. Hasil Uap ini lah yang akan digunakan untuk menggerakan turbin uap. 2.1 Proses Pembangkitan Listrik Di PLTGU

Gambar 2.1 Skema Proses Pembangkitan PLTGU 1.Udara dihisap masuk ke kompresor melalui air intake. Kompresor ini seharusnya mendapat gerak dari turbin, tetapi pada saat start up digunakan penggerak mula untuk memutar poros kompresor. 2.Selanjutnya udara yang telah dikompresi dialirkan ke ruang bakar. Pada Ruang bakar ini dihasilkan gas panas bertekanan.

2

3

3. Selanjutnya Gas panas bertekanan masuk ke gas turbine untuk memutarkan turbin. Turbin ini seporos dengan kompresor dan juga Generator. Sehingga terjadilah proses pembangkitan listrik. Hanya sampai disinilah proses pembangkitan PLTG atau disebut dengan simple cycle. 4. Gas setelah digunakan untuk memutar turbine ini, masih sangat tinggi suhunya (sekitar 500oC). Pada PLTG konvensional biasanya gas ini langsung dibuang, tetapi pada PLTGU dialirkan menuju Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Pada HRSG gas buang digunakan untuk memanaskan air umpan sampai berubah menjadi uap panas lanjut. 5. Selanjutnya gas yang telah digunakan untuk memanaskan air akan dibuang. Sedangkan Uap akan dialirkan untuk menggerakan Steam Turbine yang seporos dengan generator. Sehingga terjadi proses pembangkitan listrik di generator. 6. Setelah digunakan untuk memtur turbin uap akan dikondensasikan, lalu dialirkan lagi oleh feeding pump menuju HRSG. 2.2 Sistem Kontrol PLTGU Dalam pengoperasian sebuah PLTGU menggunakan suatu sistem kontrol. Sistem kontrol sendiri merupakan kumpulan cara atau metode yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja, dimana manusia membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka kerjakan sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan pada mulanya. Perkembangan teknologi mengembangkan pengoperasian pekerjaan-pekerjaan kontrol yang semula dilakukan oleh manusia menjadi serba otomatis (dikendalikan oleh mesin). Pada PLTGU digunakan jenis sistem kontrol Speedtronic mark V. Speedtronic Mark V digunakan untuk mengontrol proses operasi pada Gas Turbine Generator, seperti kontrol kecepatan, starting-up, kontrol temperatur, sinkronisasi, kontrol akselerasi, kontrol bahan bakar, dan sistem proteksi. Disamping menggunakan Speedtronic Mark V, PLTGU juga menggunakan DCS. DCS difokuskan dalam mengontrol operasinya kerja Heat Recovery Steam Generator dan Steam Turbine Generator. 1. Speedtronic Mark V

4

Speedtronic Mark V adalah suatu sistem kontrol, proteksi dan monitoring pada turbin yang telah dikembangkan oleh General Electric. Speedtronic Mark V dilengkapi dengan TMR (Triple Modular Redundant) yang mana mempunyai redundansi untuk Interface Operatornya. Inti (Core) dari sistim kontrol ini adalah disusun dari tiga buah sirkuit-sirkuit kontrol yang sama bentuk dan fungsinya, kemudian mereka itu disebut atau dinamakan, Core , dan . Ketiga Core diatas mempunyai kemampuan yang sama didalam ketelitian menghitung dan menganalisa secara algoritma sebagai perhitungan kendalinya, begitu pula mempunyai kesamaan di dalam fungsi – fungsi proteksi yang dihitung dalam Core P, maupun kesamaan dari bermacam - macam sequensing yang telah diprogramkan kepada processor mereka. Bila processor ini memperoleh data yang diperlukan, dan dengan cepat menghasilkan sinyal - sinyal keluaran untuk diteruskan kepada Turbine atau Generator sesuai dengan data - data masukkan yang diterimanya.

Gambar 2.2 Speedtronic Skema Mark V



Desain Dasar Sistem Kontrol Speedtronic Mark V

Kontrol turbin gas dilakukan dengan kontrol start-up, kontrol percepatan, kontrol kecepatan, kontrol temperatur dan fungsi kontrol yang lain seperti tampak pada

5

gambar 2.3, sensor dari kecepatan turbin, temperatur gas buang, dan parameteryang lain menetukan kondisi operasi dari unit. Saat diperlukan perubahan pada kondisi operasi turbin karena perubahan beban atau kondisi yang membahayakan turbin, maka kontrol akan mengatur aliran bahan bakar ke turbin. Misalnya bila temperatur gas buang cenderung melebihi nilai yang referensi yang diberikan untuk operasi turbin, maka kontrol temperatur akan mengurangi suplai bahan bakar ke turbin.

Gambar 2.3 Skema Kontrol Sederhana Kondisi operasi turbin disensor dan digunakan sebagai sinyal feedback ke system kontrol Speedtronic. Ada tiga kontrol loop utama, start-up, kontrol kecepatan, dan kontrol temperatur yang di kontrol selama turbin beroperasi. Mode kontrol yang lain adalah kontrol kecepatan, manual FSR, dan kontrol shutdown yang dioperasikan dengan cara yang sama. Tujuan sistem kontrol dan proteksi ini adalah menghasilkan output yang maksimal untuk melindungi turbin gas dari kerusakan saat turbin dalam kondisi operasi sehingga lifetimenya dapat lebih lama. Sistem kontrol SpeedtronicMark V salah satunya digunakan di PLTGU Tambak Lorok Semarang. 2. DCS (Distributed Control System) DCS merupakan sistem instrumentasi dan kontrol yang merupakan pusat pengendali yang vital di industri proses. Beberapa vendor menawarkan berbagai DCS dengan berbagai variasi sistem arsitektur yang berbeda. Namun demikian sesuai

6

dengan yang diterangkan pada , sistem arsitektur DCS secara umum tersusun oleh komponen-komponen yang dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian komponen utama , antara lain : A. Human Machine Interface (HMI) Pada setiap DCS, HMI pada umumnya tersusun oleh beberapa komputer. Komputerkomputer tersebut berfungsi sebagai antar muka antara hardware dengan pengguna. Ada dua jenis HMI berdasarkan kegunaan yaitu operation station dan engineering station. Operation station yang biasanya berupa console komputer mempunyai fungsi mendukung pengoperasian. Untuk mendukung fungsi tersebut, operation station pada umumnya didesain dengan memperhatikan aspek ergonomis dan kemudahan penggunaan (user friendly) dikarenakan akan digunakan oleh operator dalam waktu yang lama. Sedangkan engineering station pada DCS adalah komputer yang mendukung fungsi rekayasa (engineering) komponen-komponen yang menyusun DCS yang meliputi fungsi konfigurasi dan fungsi pemrograman. B. Controller dan Chassis IO Module (CIO) CIO merupakan bagian inti pada DCS. Bagian ini yang pada umumnya tersusun oleh dua komponen utama yaitu controller dan chassis IO module. Controller yang tersusun oleh beberapa mikroprosessor merupakan komponen real-time DCS yang memproses program program operasional yang dibuat pada engineering station. Sedangkan chassis IO module merupakan komponen yang merupakan antar muka antara controller dengan termination unit dari field device seperti sensor dan actuator. Chassis IO module ini berfungsi untuk mengubah sinyal dari field device menjadi standar sinyal yang akan diproses oleh controller. C. Remote IO Module, Distributed Controller dan Termination Unit (RIO) Bagian ini adalah bagian yang pada umumnya diletakkan berdekatan dengan field device atau berhubungan langsung dengan field device. Remote IO module adalah komponen DCS yang mempunyai fungsi seperti Chassis IO module yang letaknya berdekatan dengan field device. Distributed controller adalah komponen DCS yang diletakkan berdekatan dengan field device yang memproses program operasi sederhana dari field device. Sedangkan termination unit adalah komponen DCS yang merupakan terminal penghubung antara IO module dengan field device yang mempunyai fungsi seperti Chassis IO module yang letaknya berdekatan dengan fielddevice. Distributed controller adalah komponen DCS yang diletakkan berdekatan denganfield device yang memproses program operasi sederhana dari field device.

7

Sedangkantermination unit adalah komponen DCS yang merupakan terminal penghubung antara IO module dengan field device Salah satu contoh penggunaan DCS ada pada PLTGU Tambak Lorok Semarang. DCS Bailey Infi 90 yang terpasang di PLTGU UBP Semarang ini telah di pasang sejak awal pendirian PLTGU pada tahun 1997. DCS Bailey Infi 90 terpasang di PLTGU UBP Semarang Unit 1 dan 2 tersusun atas dua komponen utama yaitu Operator Interface Station (OIS) dan Process Control Unit (PCU). OIS adalah komponen dari DCS Bailey Infi 90 yang merupakan antar muka antara operator dengan perangkat di jaringan INFI-NET sedangkan PCU adalah komponen dari DCS Bailey Infi 90 yang tersusun oleh pengendali (controller) dan modul keluaran masukan (IO module) yang merupakan antar muka antara piranti lapangan (field device) dengan jaringan INFI-NET. Lebih jelasnya pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.4. DCS di PLTGU Tambak Lorok Semarang

2.3 Sistem Start up Selayaknya mesin yang memiliki ruang bakar internal lainnya, Gas Turbine tidak bisa berputar atau tidak menghasilkan tenaga putaran awalan sendiri pada saat putarannya 0 ( zero speed ) oleh sebab itu dibutuhkan sebuah sistem start untuk melakukan perubahan keadaan Gas Turbine, sebagai pemutar awal sampai mencapai kecepatan putaran untuk pembakaran dan membantu untuk mencapai kecepatan putaran tertentu, sehingga Gas Turbine yang sudah dalam keadaan start pembakaran tersebut mampu berputar dan berakselerasi sendiri menuju ke kecepatan putaran nominalnya. Hal tersebut terselesaikan dengan bantuan peralatan sebuah motor induksi sebagai Motor Starter, dan dibantu dengan Torque Converter yang dioperasikan dimana ia berfungsi sebuah kopling penyambung dengan accessory gear.

8

Gambar 2.5 Skema Turbin 

Motor Starter Motor Starter atau Motor Cranking ini adalah produk dari General Electric Co, Custom 8000®, motor induksi dengan jenis Horisontal Motor dilengkapi dengan bantalan-bantalan antifriction, 3 phase, 6000 Volt, dengan daya 1250 HP, pada putaran 3000 rpm.



Torque Converter Torque converter merupakan suatu peralatan dengan menggunakan media hydraulic dalam hal ini minyak lube oil. Peralatan utama didalam torque converter adalah pompa impeler yang digerakan oleh input shaft atau sisi pemutar, sedangkan disisi output atau yang diputar adalah bagian turbin wheel. Prinsip kerja dari torque ini adalah dengan hydrodinamik transmision, diantara kedua peralatan tersebut terdapat minyak penghubung dan pada statornya terdapat guide vane atau sudu-sudu pengarah yang digerakan oleh penggerak mekanis (Guide vane adjusment mechanis) yang akan mengarahkan minyak tersebut dari pompa impeler menuju turbin wheel dengan cara mengatur sudut pengarahan yang sesuai untuk menghasilakan torsi yang dibutuhkan disisi outputnya. Adapun fungsi dari minyak pada Torque Converter adalah :  Sebagai media kerja penggerak daya hydrodinamik.  Sebagai media control system torque converter.

9

 Sebagai pelumas dan pendingin system.  Sebagai pemutar pada waktu on cool down. Fungsi utama dari torque converter adalah :  Untuk meneruskan putaran motor cranking ke turbine dengan menggunakan flexible coupling pada waktu start up.  Untuk memutar turbine pada waktu on cooldown dengan media lube oil. 

Accessory Gear Fungsi Accessory Gear pada sistem ini adalah sebagai penggerak untuk beberapa peralatan bantu lainnya, seperti Pompa Utama Minyak Pelumas, Pompa Utama Minyak Hydraulik, Kompressor Utama Atomizing Air maupun Pompa Utama Bahan Bakar. Utamanya ia berfungsi sebagai penghubung antara Motor Cranking dengan Kompressor Turbine Gas. Di dalam Accessory Gear terdapat beberapa susunan roda gigi - roda gigi yang berfungsi memperbesar Torsi ( daya puntir ) yang dibutuhkan oleh motor starter untuk memutarkan poros Turbine.



Fungsi – Fungsi Kerja Sistem Start Torque Converter dan Motor Starter ( Motor Cranking ), keduanya sebagai supply tenaga kepada Gas Turbine Generator ketika siklus start-up dan ketika siklus sesudah shutdown ( cool down ). Ketika siklus Start-up, peralatan – peralatan pada sistem starting mempunyai tiga macam fungsi, antara lain : 1. Sebagai pemutar awal, ketika Gas Turbine masih diam belum berputar. 2. Mengakselerasi putaran Gas Turbine sampai pada putaran pengapian. 3. Membantu akselerasi putaran Gas Turbine yang sudah terjadi pengapiannya sampai dengan tercapainya kemampuan Gas Turbine untuk berakselerasi sendiri menuju putaran nominalnya.

2.3.1 Start Turbin Gas 

Pemeriksaan dan Persiapan Start a. Pemeriksaan secara umum, meliputi sistem TAG, kebocoran minyak, dan pasok listrik. b. Pemeriksaan Sistem Kontrol dan instrumen, meliputi power supply, annunciator, indikator dan interlock. c. Pemeriksaan Kompresor dan perlengkapannya, meliputi inlet filter, penggerak IGV, bleed valve, atomising air dan pendingin udara. d. Pemeriksaan Turbin dan perlengkapannya, meliputilevel m. pelumas, turning gear, pompa pelumas, pendingin pelumas, dan minyak hidrolik. e. Pemeriksaan Sistem Pendingin, meliputi level airpendingin, pompa, radiator, fan dan kebocoran.

10

f. Pemeriksaan Sistem Bahan bakar minyak, meliputi level tangki, pompa, filter, shut off valve dan salurannya. g. Pemeriksaan Generator dan Eksiter, meliputi pendingin generator, sikat arang dan slipring, dan switch gea 

Start Turbin Gas PLTG dapat dijalankan pada beberapa posisi sesuai mode start yang dipilih. Pemilihan start dilakukan dengan memindah ‘Operation Switch’pada posisi yang dikehendaki, sedang perintah (initiate) start dilakukan dengan ‘Master Control Switch’. Posisi operation switch adalah : • Off; posisi untuk unit tidak dapat di start • Crank(spin); posisi untuk unit dapat distart hingga putaran ±20% tanpa terjadi pembakaran. • Fire; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga putaran ± 28 % • Auto; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga Full Speed No Load (FSNL).

2.3.2 Start HRSG HRSG sebagai mesin pembangkit uap harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memanfaatkan panas gas buang dari turbin gas semaksimal mungkin. Agar dapat memproduksi uap yang banyak didalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panasnya dilakukan dalam aliran berlawanan dan sirkulasi airnya dilakukan secara paksa. 

Persiapan dan Pemeriksaan sebelum Start HRSG Sebelum mengoperasikan HRSG, harus

dilakukan

pemeriksaan

semua

komponen, terlebih bila HRSG usai dilakukan pemeliharaan atau inspection. Pemeriksaan dan persiapan meliputi kelompok peralatan : · Umum, antara lain terdiri dari posisi katup-katup, manhole, kebocoran, dan instrument. · Alat bantu, antara lain terdiri dari : sistem air limbah, pengisi, kontrol diverter damper · Sistem pendingin, antara lain terdiri dari : level pelumas, sistem pendingin bantu, katup katup, dan sebagainya. 

Pengisian HRSG.

11

Pengisian air ke HRSG dilakukan dengan menjalankan pompa kondensat untuk mengisi tangki deaerator. Selanjutnya pompa air pengisi dijalankan untuk mengisi HP drum dan LP drum sampai level normal. Untuk mengisi air kepipa-pipa evaporator, maka pompa sirkulasi HP dan LP dijalankan hingga level drum diatas batas minimum. Untuk menghindari thermal shock atau water hammer pada waktu mengisi air ke HRSG, maka kondisi HRSG harus dingin. Hal ini berarti temperatur pipa-pipa dan drum harus lebih rendah dari 100 0C. Ketika melakukan pengisian pastikan bahwa aliran pompa tidak melebihi kapasitasnya untuk menghindari kavitasi. Pengisian LP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent pada LP Drum dibuka, jika perlu level diatur lewat katup drain. Pengisian dihentikan jika alarm levelrendah didalam LP drum sudah bisa direset. Venting drum ditutup. Pengisian HP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent dibuka dan jika perlu level diatur dengan membuka drain. Pengisian dihentikan jika level alarm level rendah HP drum dapat direset. Katup venting drum ditutup.  Start HRSG Setelah unit PLTG beroperasi selanjutnya diverter damper HRSG dibuka. Pembukaannya tergantung kepada mode start (dingin, sedang atau panas). Pembukaannya diatur berangsur-angsur misalnya 300 selama 15 menit, 450 untuk 10 menit, 650 untuk 12 menit akhirnya 900 sebagai posisi penuh. Venting drum dibuka untuk membuang udara yang terperangkap dan katup drain superheater dibuka selama 10 menit, untuk membuang akumulasi air dan selanjutnya dipersiapkan untuk mengendalikan temperatur uap. Katup uap ke turbin ditutup dan katup by-pass kekondensor dibuka. Dengan masuknya gas bekas turbin gas, temperatur air naik dan mulai menguap. Penguapan terjadi di LP/HP evaporator dan memasuki drum masing-masing. Bila tekanan drum sudah mencpai 2 Kg/cm2, katup venting didrum ditutup. Tekanan dan temperatur uap akan terus naik. Laju kenaikan ini disesuaikan dengan instruction manual yang diberikan dan kenaikan temperatur diatur lawat katup drain. Selanjutnya, uap HP drum dapat dimanfaatkan untuk menjalankan Ejector untuk membuat vakum kondensor. Uap ini disebut Motive Steam. Uap ini berasal dari uap utama (HP live Steam). Uap juga dapat digunakan untuk perapat poros (gland steam) turbin. Setelah tekanan uap mencapai 20 kg/cm2, drain HP superheater dan drain pada jalur uap lainnya ditutup. By-pass valve diatur untuk mengendalikan tekanan uap. Tekanan uap

LP dipertahankan 6,5 kg/cm2. kenaikan tekanan uap HP diatur 2

12

kg/cm2/menit sampai dicapainya tekanan sliding (slidingpressure) sebesar 34 kg/cm2 dimana HRSG sudah berbeban penuh. Level air dalam drum diatur agar tidak kurang. Jalankan turbin uap sesuai prosedur dengan cara membuka katup uap ke turbin dan mengecilkan pembukaan katup By-pass ke kondensor. Pompa kimia dan continuous blowdown diatur. Untuk menjalankan HRSG kedua, tekanan kedua HRSG harus disamakan dulu dan temperatur keduanya sudah sangat mendekati sama. Dengan menjalankan dua HRSG, sliding pressure naik menjadi 52 kg/cm2. Secara berangsur-angsur uap ditransfer kedalam turbin dari jalur By-pass uap. Ketika HRSG ketiga dijalankan, sliding pressure naik menjadi 78 kg/cm2. Dengan mode sliding pressure, katup uap ke turbin terbuka sepenuhnya, jadi tidak diatur-atur. HRSG disebut masih hangat (warm condition) bila dimatikan dalam waktu < 8 jam. Turbin uap akan mengikuti beban turbin gas. Suatu perubahan beban pada turbin gas akan segera diikuti oleh perubahan beban pada turbin uap. Dalam hal ini, Diverter Damper HRSG bukan dimaksudkan untuk mengatur output uap atau daya dari turbin uap. Damper ini hanya digunakan untuk pengamanan jika terjadi trip dari turbin uap dan sewaktu start-up ketika turbin gas beroperasi. Menjalankan dua atau tiga turbin gas dengan dua atau tiga HRSG pada sebuah turbin uap, beban dari kedua turbin gas hendaknya sedekat mungkin dan perbedaan temperaturnya harus lebih rendah dari 50 0C untuk menghindari thermal stress pada sambungan-sambungan HRSG. Sistem By-pass uap secara otomatis bekerja saat : · Turboset start-up dan shutdown. · Pengurangan beban turboset yang cepat. · Pembuangan beban atau turbin uap trip. · Start kembali HRSG selagi turbin dan HRSG lainnya beroperasi.

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. PLTGU merupakan sebuah pembangkit berefesiensi tinggi yang menggabungkan proses pada PLTG dan PLTU 2. Sistem Kontrol yang biasa digunakan pada PLTGU adalah Speedtronic mark V dan DCS. 3. Proses startup sebaiknya mengikuti SOP yang berlaku.

14

DAFTAR PUSTAKA PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGOPERASIAN PLTGU

http://handoyoridho.blog.ugm.ac.id/2012/01/19/sistem-kontrol-scada-di-pltgu-indonesiapower-semarang/

http://www.elektro.undip.ac.id/el_kpta/wp-content/uploads/2012/05/L2F008045_MKP.pdf

http://prihastomo.files.wordpress.com/2008/01/makalahscada.pdf

http://imamsinag.blogspot.com/