STUDI SKEMA PERTAHANAN SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN METODE UFLS PADA SISTEM APB JAKARTA-BANTEN SUBSISTEM CILEGON Mohamad Abu Bakar 1 dan Agus R. Utomo 2 1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia 2. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia Email: [email protected]Abstrak Kestabilan sistem tanaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk mencapai kondisi kesetimbangan kembali setelah terjadi gangguan. Salah satu parameter yang sangat penting untuk dipertahankan dan diusahakan agar selalu dalam rentang normal adalah frekuensi. Lepasnya saluran interbus dan beberapa pembangkit tidak beroperasi, menyebabkan sistem kekurangan pasokan daya sehingga terjadi penurunan frekuensi. Pengembalian nilai frekuensi ke nilai yang diizinkan dapat dicapai dengan skema pelepasan beban dengan UFR laju penurunan frekuensi, dengan berbantuan perangkat lunak DIgSILENT 15.1.7. Pada skripsi ini dibuat pelepasan beban secara bertahap, dengan jumlah tahapan yakni 7. Skema pelepasan beban dengan metode UFLS (Under Frequency Load Shedding) menggunakan rele under frequency relay laju penurunan frekuensi dapat menjaga kestabilan nilai frekuensi dan kesimbangan daya. Dari simulasi yang dilakukan didapat kondisi terbaik dicapai pada skenario 1 saat PLTGU GT2 dan PLTGU ST1 tidak beroperasi, dengan steady state frekuensi 49,994Hz. Kata kunci: Frekuensi; ketidakseimbangan daya; pelepasan beban; under frequency load shedding; under frequency relay. Study of Electrical Power System Defense Scheme Using UFLS Method on Cilegon Subsystem of Jakarta-Banten APB System Abstract The stability of electrical power system is the ability of a system to reach back its equilibrium condition after a experiencing a disturbance. One of the most important parameters for a system to maintain and cultivate in its normal range is frequency. The loose of interbus channel in Cilegon subsystem and an out of service generator led to a decrease in frequency because the system lacks of sufficient power. Recovering the frequency back to its permitted value can be attained by load shedding with UFR frequency decrease speed scheme and with the help of DIgSILENT 15.1.7 software. In this bachelor thesis, a seven step gradual load shedding scheme is designed. Load shedding scheme with UFLS method using relay under frequency decrease speed is able to maintain the power balance and the frequency stability. From the simulation conducted, the best condition is achieved in the first scenario when PLTGU GT2 and PLTGU ST1 out of service, with the steady state frequency value of 49.994Hz. Keywords: Frequency; load shedding; power unbalance; under frequency load shedding; under frequency relay Studi Skema ..., Mohamad Abu Bakar Salam, FT UI, 2017
20
Embed
STUDI SKEMA PERTAHANAN SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
STUDI SKEMA PERTAHANAN SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN METODE UFLS PADA SISTEM APB JAKARTA-BANTEN
SUBSISTEM CILEGON
Mohamad Abu Bakar1 dan Agus R. Utomo2
1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia 2. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia
Kestabilan sistem tanaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk mencapai kondisi kesetimbangan kembali setelah terjadi gangguan. Salah satu parameter yang sangat penting untuk dipertahankan dan diusahakan agar selalu dalam rentang normal adalah frekuensi. Lepasnya saluran interbus dan beberapa pembangkit tidak beroperasi, menyebabkan sistem kekurangan pasokan daya sehingga terjadi penurunan frekuensi. Pengembalian nilai frekuensi ke nilai yang diizinkan dapat dicapai dengan skema pelepasan beban dengan UFR laju penurunan frekuensi, dengan berbantuan perangkat lunak DIgSILENT 15.1.7. Pada skripsi ini dibuat pelepasan beban secara bertahap, dengan jumlah tahapan yakni 7. Skema pelepasan beban dengan metode UFLS (Under Frequency Load Shedding) menggunakan rele under frequency relay laju penurunan frekuensi dapat menjaga kestabilan nilai frekuensi dan kesimbangan daya. Dari simulasi yang dilakukan didapat kondisi terbaik dicapai pada skenario 1 saat PLTGU GT2 dan PLTGU ST1 tidak beroperasi, dengan steady state frekuensi 49,994Hz. Kata kunci: Frekuensi; ketidakseimbangan daya; pelepasan beban; under frequency load shedding; under frequency relay.
Study of Electrical Power System Defense Scheme Using UFLS Method on Cilegon Subsystem of Jakarta-Banten APB System
Abstract
The stability of electrical power system is the ability of a system to reach back its equilibrium condition after a experiencing a disturbance. One of the most important parameters for a system to maintain and cultivate in its normal range is frequency. The loose of interbus channel in Cilegon subsystem and an out of service generator led to a decrease in frequency because the system lacks of sufficient power. Recovering the frequency back to its permitted value can be attained by load shedding with UFR frequency decrease speed scheme and with the help of DIgSILENT 15.1.7 software. In this bachelor thesis, a seven step gradual load shedding scheme is designed. Load shedding scheme with UFLS method using relay under frequency decrease speed is able to maintain the power balance and the frequency stability. From the simulation conducted, the best condition is achieved in the first scenario when PLTGU GT2 and PLTGU ST1 out of service, with the steady state frequency value of 49.994Hz. Keywords: Frequency; load shedding; power unbalance; under frequency load shedding; under frequency relay
Studi Skema ..., Mohamad Abu Bakar Salam, FT UI, 2017
1. Pendahuluan
Sistem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat listrik dan gardu induk yang keduanya
dihubungkan oleh saluran transmisi yang saling terinterkoneksi menjadi satu kesatuan yang
saling terhubung. Sistem yang baik memiliki kualitas, keandalan dan stabilitas sistem yang
baik.
Gangguan dapat terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik, seperti kenaikan beban
konsumen yang relatif besar secara tiba-tiba, terjadi gangguan trip atau derating unit
pembangkit yang sedang beroperasi dan terputusnya saluran penghubung pasokan daya ke
sistem. Gangguan-gangguan tersebut dapat berakibat sistem menjadi tidak stabil. Oleh sebab
itu keamanan dari sistem tenaga listrik perlu diperhatikan.
Frekuensi merupakan parameter yang sangat penting untuk dipertahankan dan diusahakan
agar selalu dalam rentang normal (50±5%). Penurunan frekuensi tidak terlalu besar maka
dapat diatasi dengan respon/aksi governoor atau memaksimalkan cadangan putar. Ketika
cadangan operasi sudah habis tetapi frekuensi masih cenderung turun atau tetap dibawah
rentang normal dalam waktu relatif lama, maka perlu dilakukan pelepasan sejumlah beban
(load shedding) secara otomatis dengan skema UFLS (under frequency load shedding)
menggunakan UFR (Under frequency relay) dengan pengaturan laju penurunan frekuensi.
Pelepasan beban ini dilakukan secara bertahap.
Pada skripsi ini akan dibahas mengenai penggunaan relai frekuensi laju penurunan
frekuensi dalam upaya pelepasan beban pada sistem tenaga listrik APB Jakarta – Banten
khususnya pada sub-sistem Cilegon IBT 1-2. Sub-Sistem Cilegon di suplai oleh lima buah
pembangkit yang terdiri dari 2 PLTU Labuan dengan masing-masing kapasitas 280 MW dan
3 pembangkit PLTGU Cilegon dengan GT.1 dan GT.2 masing-masing dengan kapasitas 236
MW dan 212 MW dan ST dengan kapasitas 212 MW. Selain itu dikoneksikan dengan IBT 1
dan 2. Apabila IBT terpisah dari sistem dan suplai pembangkit tidak dapat beroperasi secara
keseluruhan, maka dapat mengakibatkan berkurangnya supply daya yang dikirim ke Cilegon.
Ketidakstabilan supply ini akan menyebabkan sistem tidak stabil dan akibatnya suplai
generator akan melebihi rating maskimumnya sehingga dapat terjadi pemadaman total.
2. Tinjauan Teoritis
Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan kemampuan dari sistem tenaga listrik, dengan
kondisi awal operasi telah ditentukan, untuk memperoleh suatu keadaan operasi yang stabil
Studi Skema ..., Mohamad Abu Bakar Salam, FT UI, 2017
setelah mengalami gangguan [3].Salah satu setabilitas sistem tenaga listrik adalah stabilitas
frekuensi.
Stabilitas frekuensi adalah kemampuan suatu sistem tenaga untuk menjaga frekuensi dalam
batas nominal setelah terjadi suatu gangguan yang menyebabkan ketidakseimbangan yang
signifikan antara pembangkitan dan beban. Ketidakseimbangan ini dapat menyebabkan suatu
bentuk ayunan frekuensi yang berdampak pada trip unit pembangkit dan/atau beban. Secara
umum, masalah stabilitas frekuensi dapat dikaitkan dengan kekurangan respon peralatan,
kekurangan koordinasi kontrol dan proteksi sistem.
A. Pengaruh Variasi Frekuensi
Gangguan pada sistem misalnya berupa gangguan beban lebih dapat mempengaruhi
keseimbangan daya yang dibangkitkan dan permintaan beban, sehingga dapat berakibat
terjadinya penurunan frekuensi. Penurunan ini mengakibatkan sistem tidak beroperasi optimal
sehingga dibutuhkan peralatan proteksi dan pencegahan untuk memperbaiki kondisi sistem.
Komponen utama dari pembangkit yang berpengaruh ketika terjadi perubahan frekuensi
khususnya penurunan frekuensi adalah generator dan turbin.
1. Pengaruh Terhadap Generator
Ketika sistem kelistrikan beroperasi di bawah frekuensi normal, dampak yang
langsung dirasakan oleh generator adalah generator akan berkelebihan beban, kecepatan
dibawah normal dan komponen mekanik mengalami penuaan dini. Karena kondisi-kondisi
berkelebihan beban, tegangan-tegangan sistem biasanya akan cenderung rendah yang
diakibatkan oleh penurunan kecepatan putar generator, mengakibatkan eksitasi-eksitasi
generator ditingkatkan bahkan di luar dari batasan yang diperbolehkan. Peningkatan eksitasi
generator mengakibatkan pembebanan thermal berlebih pada stator dan rotor yang selanjutnya
mengakibatkan unit generator lepas. Kondisi unit generator lepas akan memperburuk kondisi
sistem dan berpotensi terjadi cascading yang mengakibatkan unit-unit generator lain ikut
lepas [8]
2. Pengaruh Terhadap Turbin
Turbin pembangkit khususnya turbin uap dikonstruksikan dari beberapa tingkatan bilah
stator dan rotor, dari bilah yang digunakan pada tekanan tinggi hingga tekanan lebih rendah.
Bilah-bilah ini memiliki frekuensi natural yang terdiri atas dua bagian yakni yang tergantung
osilasi saat bilah dalam keadaan diam dan yang bergantung pada kecepatan osilasi dan faktor-
faktor lain. Frekuensi natural turbin umumnya dirancang agar memiliki faktor penguatan yang
Studi Skema ..., Mohamad Abu Bakar Salam, FT UI, 2017
tinggi. Faktor penguatan ini menurun drastis pada frekuensi di luar frekuensi resonansi.
Turbin didesain sehingga frekuensi resonansi dari bilah terhadap frekuensi nominalnya cukup
untuk menghindari vibrasi dan tekanan yang berlebih yang dapat mengakibatkan kerusakan
pada turbin. Kerusakan ini berkaitan dengan tingkat pergeseran frekuensi operasi turbin
terhadap niai nominalnya [8]. Perlu dipahami bahwa ketika turbin beroperasi diluar dari
frekuensi normalnya maka terjadi peningkatan tekanan pada turbin dan kerusakan yang terjadi
bersifat kumulatif.
B. Pelepasan Beban Frekuensi Rendah (Under Frequency Relay)
Pelepasan beban frekuensi rendah adalah skema yang menggunakan elemen frekuensi
dan delay waktu untuk mendeteksi kondisi underfrequency dan memutus secara selektif beban
dari sistem. Metode yang umum digunakan adalah UFR dengan pengaturan frekuensi.
Sedangkan pengembangan metode tersebut memperhatikan laju penurunan frekuensi sistem
(rate of change of frequency). Dengan pengaturan laju penurunan frekuensi pada UFR maka
pelepasan beban yang dilakukan lebih akurat dan sistem cepat kembali ke dalam kondisi stabil
[9]. Tujuan skema pelepasan beban frekuensi rendah (UFLS- Under Frequency Load
Shedding) adalah sebagai berikut [7]:
1. Mengamankan operasi sistem dan pemadaman total (blackout) akibat adanya