-
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
Load shedding tahap 2 3.142
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
Load shedding tahap 1 2.441
Load shedding tahap 2 2.722
Load shedding tahap 3 2.823
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
Load shedding tahap 1 3.141
Load shedding tahap 2 3.502
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
Studi Kasus : Gen Out 1 (t=2 detik)
-
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%
Studi Kasus : Gen Out 1 LSLoad shedding 2 tahap
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
Load shedding tahap 2 12.799 15.09 3.142
Total 21.393 25.225
-
16
STG51-G-101A
STG51-G-101B
STG51-G-101C
STG51-G-101D
STG51-G-101E
Studi Kasus : Gen Out 2 (t=2 detik)
-
17
6.19°
51-G-101-B dan 51-G-101C Out
10.04°
Perlu dilakukan Load shedding
Studi Kasus : Gen Out 2 (t=2 detik)
-
18
Studi Kasus : Gen Out 2 LSLoad shedding 3 tahap
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%
Studi Kasus : Gen Out 2 LSLoad shedding 3 tahap
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
Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik)
Load shedding tahap 1 8.594 10.135 2.441
Load shedding tahap 2 12.799 15.09 2.722
Load shedding tahap 3 19.378 22.85 2.823
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
Perlu dilakukan Load shedding
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
Load shedding Beban (MW) Beban (%) t (detik)
Load shedding tahap 1 8.594 10.135 2.681
Load shedding tahap 2 12.799 15.09 3.142
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
-
35
-
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