Prosiding Seminar Nasional NCIET Vol.1 (2020) B13-B23 ...

B. 13

ANALISA GEJALA KERUSAKAN TRANSFORMATOR BERDASARKAN DISSOLVED GAS ANALYSIS PEMBANGKIT PLTA WAY BESAI

Sandy Yudhapraja1*, Ais Sabastian Prayogi2

1Unit Pelaksana Pengendalian Pembangkitan Bandar Lampung, PT PLN (Persero)

2Unit Induk Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan, PT PLN (Persero) Jl. Raden Gunawan II No. 4 Rajabasa, Bandar Lampung, 35144

*E-mail: [email protected]

Abstrak

Transformator merupakan peralatan utama pada pembangkitan kelistrikan yang sangat penting karena berhubungan langsung dengan system transmisi 150 KV. Gangguan pada transformator pembangkit dapat menyebabkan pemadaman dengan skala yang besar. Oleh karena itu, perlu dilakukan strategi pemeliharaan prediktif menggunaan teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) dengan metode analisa based on TDCG, Roger Ratio, Duval Triangle, dan Key Gas untuk mengetahui jenis kegagalan yang terjadi pada transformator. Pengukuran yang didapatkan untuk individual gas C2H6 dalam kondisi 4, gas CO2 termasuk dalam kondisi 2, dan kenaikan gas C2H4. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut kegagalan yang terjadi diakibatkan oleh overheating pada internal transformator dengan jenis kegagalan thermal fault untuk temperature antara 300 - 700°C. Dari analisa tersebut, maka tindakan yang dilakukan adalah assessment dan melaksanakan purifikasi minyak transformator, dengan feedback temuan setelah assessment yaitu pengencangan baut jointing bagian dalam transformator pada sisi low voltage.

Kata Kunci : Gangguan Transformator; Dissolved Gas Analysis (DGA); overheating internal transformator; metode based on TDCG; metode Duval Triangle

PENDAHULUAN

PLTA Besai merupakan salah satu Pusat listrik yang dikoordinir oleh PT. PLN (Persero)

Unit Pelaksana Pengendalian Pembangkitan Bandar Lampung, yang berlokasi di kabupaten

Lampung Utara, Propinsi Lampung. PLTA Besai mempunyai daya mampu maksimal 2 X

45 MW, dengan type pembangkit Run of River. Dengan daya mampu tersebut, PLTA Besai

menjadi salah satu penopang suplay sistem kelistrikan di sistem Lampung. Lazimnya,

pembangkit listrik tenaga hydro memiliki biaya produksi yang rendah dan biaya

pemeliharaan yang relatif rendah dibanding pembangkit jenis thermal. Namun, dibalik

kelebihan tersebut terdapat juga kekurangan pada pembangkit listrik tenaga hydro, yaitu pola

pengoperasian yang menyesuaikan dengan kondisi debit air. Jika dimusim penghujan PLTA

dapat beroperasi dengan beban penuh sedangkan pada musim kemarau yang mana debit air

Prosiding Seminar Nasional NCIET Vol.1 (2020) B13-B23 1st National Conference of Industry, Engineering and Technology 2020,

Semarang, Indonesia.

B. 14

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

berkurang drastis pengoperasian PLTA dilakukan jauh dibawah daya mampunya atau

bahkan tidak beroperasi sama sekali. Dari intake DAM, air disalurkan melalui inlet tunnel

menuju runner, maksimal tidaknya pengoperasian mesin pembangkit sangat bergantung

pada debit dan aliran air dari intake DAM melalui inlet tunnel dan air yang bermuara di

intake dam plta besai berasal dari aliaran beberapa anak sungai way besai.

PLTA Besai mulai beroperasi pada bulan Oktober 2001 dan untuk operasional dan

pemeliharaannya ditangani langsung oleh pegawai PT PLN (Persero) UPDK Bandar

Lampung. Seperti pembangkit listrik pada umumnya, PLTA Besai mempunyai peralatan

utama yaitu Turbin air sebagai penggerak utama, Generator sebagai peralatan yang

mengkonversi energy mekanik (putaran) menjadi energy listrik, dan Trafo Utama Step Up

11/150 kV kapasitas 53 MVA untuk menaikkan tegangan dari tegangan keluaran generator

ke tegangan system 150kV.

Transformator merupakan peralatan utama pada pembangkitan kelistrikan yang sangat

penting karena berhubungan langsung dengan system transmisi 150 KV. Gangguan pada

transformator pembangkit dapat menyebabkan pemadaman dengan skala yang besar. Oleh

karena itu, perlu dilakukan strategi pemeliharaan berdasarkan Keputusan Direksi PT PLN

(Persero) Nomor: 0520-2.K/DIR/2014 tentang Himpunan Buku Pedoman Pemeliharaan

Peralatan Primer Gardu Induk: 1. Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator Tenaga

berupa preventive maintenance (PM) yang biasa disebut In Service Inspection dan Predictive

Maintenance (PdM) yang biasa kita sebut In Service Measurement. Analisa ketidaknormalan

pada Main Transformator Unit 1 PLTA Way Besai dilakukan berdasarkan temuan PdM

menggunaan teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) dengan beberapa metode Analisa

untuk mengetahui jenis kegagalan yang terjadi pada internal transformator berdasarkan

kandungan gas terlarut.

DASAR TEORI

Transformator

Trafo merupakan peralatan statis dimana rangkaian magnetik dan belitan yang terdiri

dari 2 atau lebih belitan, secara induksi elektromagnetik, mentransformasikan daya (arus dan

tegangan) sistem AC ke sistem arus dan tegangan lain pada frekuensi yang sama (IEC 60076

-1 tahun 2011). Trafo menggunakan prinsip elektromagnetik yaitu hukum hukum ampere

dan induksi faraday, dimana perubahan arus atau medan listrik dapat membangkitkan medan

B. 15

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

magnet dan perubahan medan magnet / fluks medan magnet dapat membangkitkan tegangan

induksi.

Gambar 1. Elektromagnetik pada trafo

Arus AC yang mengalir pada belitan primer membangkitkan flux magnet yang mengalir

melalui inti besi yang terdapat diantara dua belitan, flux magnet tersebut menginduksi belitan

sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat beda potensial / tegangan

induksi (gambar 1).

Dissolved Gas Analysis (DGA)

Dalam minyak transformator gas terlarut terjadi karena panas atau tegangan listrik. DGA

dipergunakan untuk mendeteksi gangguan yang sedang terjadi pada transformator. Problema

mekanik atau electric pada transformator yg sedang beroperasi, diperiksa dengan

membandingkan gas yang terukur didalam minyak transformator (dari hasil beberapa kali

pengukuran). Pengujian DGA digunakan untuk mengetahui dampak dari ketidaknormalan

transformator itu sendiri. Dengan adanya pengujian DGA dalam minyak transformator akan

dapat diperoleh informasi yang terkait dengan kinerja transformator.

METODE PENELITIAN

Metode analisa pengujian DGA mengacu pada standard IEEE C57-104:2008 dan IEC

60599:1999. Dalam mengklasifikasikan kondisi kandungan gas terlarut pada transformator

yaitu dengan menyesuaikan komposisi kandungan gas berdasarkan temperature (gambar 2),

dan membandingkan hasil pengujian DGA dengan nilai batasan standard yang digunakan.

B. 16

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Gambar 2. Komposisi Gas Terlarut

Metode TDCG

Merupakan metode awal untuk mengetahui tingkat konsentrasi dari gas terlarut antara lain

H2, CO2, CO, C2H4, C2H6, CH4, C2H2 (gambar 3 dan 4).

Gambar 3. Dissolved Gas Analysis Concentration Limit

Metode Roger Ratio

Metode roger ratio merupakan salah satu cara untuk menganalisa kandungan gas terlarut dari

minyak transformator. Metode ini membandingkan nilai-nilai satu gas dengan gas yang lain

(gambar 5).

Gambar 4. Actions based on TDCG Table

B. 17

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Gambar 5. Standard Roger Ratio IEC 60599

Metode Duval Triangle

Metode Duval Triangle diciptakan untuk membantu metode-metode analisis lain. Acuan

standard yang digunakan adalah IEC 60599. Menurut IEC 60599 ada beberapa tipe

gangguan pada Kondisi khusus yang diperhatikan adalah konsentrasi methane (CH4),

ethylene ( C2H4) dan acetylene (C2H2). Konsentrasi total ketiga gas ini adalah 100% namun

perubahan komposisi dari ketiga gas ini menunjukan kondisi fenomena kegagalan yang

mungkin terjadi pada unit yang diujikan. Metode ini merupakan sistem tertutup (closed

system) sehingga mengurangi persentase kasus di luar kriteria analisis. Cara menggunakan

metode ini dengan mengubah konsentrasi gas menjadi bentuk persen kemudian masukkan

nilai dan gambarkan pada segitiga (Gambar 6).

Gambar 6. Metode Duval Triangle

Metode Key gas

Metode Key gas didefinisikan sebagai gas-gas yang terbentuk pada transformator pendingin

minyak yang secara kualitatif dapat digunakan untuk menentukan jenis kegagalan yang

terjadi, berdasarkan jenis gas yang lebih dominan terbentuk pada berbagai temperatur sesuai

dengan IEEE C57.104 2008 digambarkan sebagai berikut:

B. 18

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Dekomposisi produk termasuk ethylene dan

methane dengan sedikit kuantitas hidrogen

dan ethane. Tanda keberadaan acetylene

mungkin terbentuk jika fault yang terjadi

parah atau diikuti dengan kontrak elektrik.

Gambar 7. Overheated Oil

Sejumlah karbon dioksida dan karbon

monoksida terlibat akibat pemanasan selulosa.

Gas hidrokarbon, seperti metana dan ethylene

akan terbentuk jika fault melibatkan struktur

minyak.

Gambar 8. Overheated Cellulose

Discharge elektrik tenaga rendah menghasilkan

hydrogen dan metana dengan sedikit kuantitas

ethane dan ethylene. Jumlah yang sebanding

antara karbon monoksida dan karbon dioksida

mungkin dihasilkan dari discharge pada selulosa

Gambar 9. Partial Discharge in Oil

Sejumlah hidrogen dan acetylene terproduksi

dan sejumlah methane dan ethylene. Karbon

dioksida dan karbon monoksida akan selalu

dibentuk jika melibatkan fault selulosa. Minyak

mungkin terkarbonisasi.

Gambar 10. Arcing in Oil

B. 19

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian

Pengujian dilakukan berdasarkan interval sampling DGA sesuai dengan jadwal rutin

predictive maintenance, untuk pengujian data main transformator unit 1 PLTA Besai

dilaksanakan dalam tiga titik sampling yaitu TOP, MIDDLE, dan BOTTOM.

Gambar 11. Data pengujian DGA main transformator unit 1

Hasil pengujian yang didapatkan pada main transformator unit 1 baik dari tanggal 8 Mei

2019 sampai 25 Juni 2020 terjadi kenaikan pada seluruh kandungan gas terlarut yang

muncul, khususnya pada individual gas CO2 (kondisi 2) dan C2H6 (kondisi 4). Berdasarkan

pada kondisi ini perlu dilakukan analisa lebih lanjut terkait dengan kandungan gas terlarut

yang muncul.

Pembahasan

Analisa yang dilakukan berdasarkan kondisi pada saat sebelum dilakukan perbaikan main

transformator yaitu pada tanggal 25 Juni 2020, untuk mengetahui lebih lanjut indikasi

kerusakan yang muncul berdasarkan komposisi gas terlarut.

Rekomendasi based on TDCG

Hasil pengujian data yang dihasilkan dalam pengukuran DGA didapatkan trending kenaikan

seiring berjalannya waktu, Berdasarkan nilai TDCG yang didapatkan status kandungan

TDCG berada pada kondisi 2 dengan TDCG Rate < 10 ppm. Dari hasil tersebut, untuk

interval pelaksanaan pengujian sample DGA perlu dirapatkan per triwulan dengan

memperhatikan pembebanan unit pembangkit.

23 740

13 25-Jun-20 <5 2637 186 44 372 136 0

11 04-May-20 6 2526 17112 11-Jun-20 5 2820 211 44 352 147 0

36 351 115 0 29 67925 757

16 35710 12-Dec-19 <5 1920 78 28 198 54 0 16 3609 06-Aug-19 <5 1822 96 22 171 65 0

37 2348 08-May-19 6 1821 101 22 167 59 0 25 3557 14-Feb-19 <5 1477 83 15 93 39 06 18-Oct-18 <5 1082 65 7 29 14 0

11 29 11 0 22 7820 117

4 29 Jun 18 10 2734 125 11 98 52 0 20 2985 26-Jul-18 <5 807 29 Setelah Purifikasi

2 11-Aug-16 <5 5333 2563 24-May-17 <5 1401 102 1 14 20 1

14 221 106 0,5 23 6020 137

C2H2 H2O TDCG1 02-Jul-15 <5 5014 243 15 234

No. DATEPARAMETER HASIL PENGUJIAN

97 0 17 591

KETERANGANH2 CO2 CO C2H4 C2H6 CH4

B. 20

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Gambar 12. Trending TDCG

Analisa Roger Ratio

Analisa roger ratio menggunakan standard IEC 60599 terdiagnosa masuk pada jenis

kegagalan T1 yang mengindikasikan adanya thermal Fault, dengan temperature < 300°C

(Gambar 13).

Gambar 13. Method Roger Ratio

Analisa Duval’s Triangle

Diagnosa dari metode duval’s triangle didapatkan jenis kegagalan dalam kondisi T2 dengan

deskripsi kegagalan thermal fault pada temperatur antara 300 - 700°C (Gambar 14).

Gambar 14. Method Duval’s Triangle

B. 21

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Analisa Key Gas

Diagnosa dari analisa key gas dapat dikategorikan gejala kegagalan yang muncul terjadi

pada Overheat Oil ditandai pada individual gas yang dominan pada C2H4 dan Overheat

Paper ditandai dengan kandungan CO yang dominan. (gambar 15).

Gambar 15. Method Key Gas

Setelah dilakukan Analisa terhadap Main Transfomer Unit 1 PLTA Besai pada tanggal 25

Juni 2020, rekomendasi yang diberikan adalah Assessment Main Transformator Unit 1

PLTA Besai untuk mengetahui penyebab sumber panas yang terjadi, dan melaksanakan

purifikasi untuk mendapatkan nilai minyak trafo dalam kondisi normal kembali.

1. Hasil Assessment Trafo PLTA Besai

Eksekusi rekomendasi dengan no SPK WO557949 yang diberikan telah dilaksanakan pada

tanggal 23 – 26 Juli 2020 dengan feedback pekerjaan sbb:

- PROBLEMS : terdapat trending kenaikan kandungan gas ethana (C2H6)

- CAUSE : berdasarkan diagram perkiraan pertumbuhan gas, gas ini

muncul karena adanya sumber panas

- REMEDY : dilakukan pengencangan baut jointing pada bagian dalam

MTR 53 MVA sisi 11 KV (gambar 16) dan dilakukan purifikasi

minyak (gambar 17) trafo 53 MVA.

B. 22

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

Gambar 18. Data pengujian DGA Main Transfomer Unit 1 setelah perbaikan

Setelah dilakukan tindakan perbaikan pada main transfomer unit 1 PLTA Besai. Langkah

selanjutnya adalah melakukan monitoring pertumbuhan gas terlarut yang muncul saat dan

setelah dilakukan pembebanan pada main transfomer agar dapat diketahui pertumbuhan

kenaikan gas terlarut.

KESIMPULAN

Berdasarkan analisa dan pelaksanaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan

beberapa hal sebagai berikut :

1. Kegagalan yang terjadi pada main transformator unit 1 PLTA Way Besai dari

teknologi Dissolved Gas Analysis (DGA) diakibatkan oleh overheating pada

internal transformator dengan jenis kegagalan thermal fault untuk temperature

antara 300 - 700°C, ditandai adanya pertumbuhan kandungan gas Ethana (C2H6) dan

Ethylene (C2H4) yang semakin meningkat.

Gambar 17. Purifikasi Transformer

Gambar 16. Pengancangan baut jointing sisi 11 KV

<5 478 29 11 64 11 0 28 11519 11-Aug-20 <5 623 32 9 63 15

KETERANGANH2 CO2 CO C2H4 C2H6 CH4 C2H2 H2O TDCG

1 02-Jul-15 <5 5014 243 15 234

No. DATEPARAMETER HASIL PENGUJIAN

97 0 17 591

5 26-Jul-18 <5 807 29 Setelah Purifikasi

2 11-Aug-16 <5 5333 2563 24-May-17 <5 1401 102 1 14 20 1

14 221 106 0,5 23 6020 137

14 011 29 11 0 22 78

20 117

4 29 Jun 18 10 2734 125 11 98 52 0 20 298

37 2348 08-May-19 6 1821 101 22 167 59 0 25 3557 14-Feb-19 <5 1477 83 15 93 39 06 18-Oct-18 <5 1082 65 7 29

16 35710 12-Dec-19 <5 1920 78 28 198 54 0 16 3609 06-Aug-19 <5 1822 96 22 171 65 0

11 04-May-20 6 2526 17112 11-Jun-20 5 2820 211 44 352 147 0

36 351 115 0 29 67925 757

<0,523 74013 25-Jun-20 <5 2637 186 44 372 136 0

<0,5 26 12018 06-Aug-20

20 65 Setelah Purifikasi 16 26-Jul-20 <5 235 15 5 37 8 0 23 65 Setelah berbeban15 25-Jul-20 <5 271 13 4 38 10

17 29-Jul-20 <5 356 22 6 47 10 <0,5 21 86

B. 23

Sandy Yudhapraja, dkk./ NCIET Vol. 1 (2020) B13-B23

2. Tindakan yang telah dilaksanakan yaitu Assessment Main Transformator #1 PLTA

Besai dan melaksanakan purifikasi minyak transformator dengan feedback temuan

setelah assessment pengencangan baut jointing pada bagian dalam MTR 53 MVA

sisi 11 KV.

3. Status kondisi main transformator unit 1 PLTA Way Besai setelah dilakukan

perbaikan adalah layak operasi. Hal ini didukung dengan data Dissolved Gas

Analysis (DGA) pada kondisi 1 menurut Standard IEEE C57.104 dan Hasil

Assessment dalam range data normal.

DAFTAR PUSTAKA SPLN T5.004-3: 2016. Pedoman Uji Karakteristik Minyak Insulasi dan Uji DGA. Jakarta:

PT PLN (Persero). PDM/PGI/01:2014. Himpunan Buku Pedoman Pemeliharaan Peralatan Primer Gardu Induk.

Jakarta: PT PLN (Persero). IEEE Std C57.104™-2008. Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed

Transformers. FACILITIES INSTRUCTIONS, STANDARDS, AND TECHNIQUES VOLUME 3-31.

2003. TRANSFORMER DIAGNOSTICS. UNITED STATES DEPARTMENT OF THE INTERIOR.

IEC 60422. 2005. Mineral Insulating Oil in Electrical Equipments – Supervision and Maintenance Guidance.

IEC 60599. 1999. Mineral oil-impregnated electrical equipment in service –Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis.

IEEE Std C57.152™-.2013. Guide for Diagnostic Field Testing of Fluid-Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors.

ASTM D 3613 – 98. 2007. Standard Practice for Sampling Insulating Liquids for Gas Analysis and Determination of Water Content.

Demmassabu, A.R., dkk. 2014. Analisa Kegagalan Transformator Daya Berdasarkan Hasil Uji Dga Dengan Metode Tdcg, Key Gas, Roger’s Ratio, Duval’s Triangle Pada Gardu Induk. Terakreditasi SK: 0005.012/JI.3.2/SK.ISSN/2012. ISSN 2301-8402