Reverse Power Protection – Part IV (end)

Pada bagian ini, sebetulnya sudah tidak ada yang perlu dipaparkan lebih mendalam. Sebagaimana dijelaskan dalam paparan sebelumnya, reverse power protection adalah metode deteksi anti-motoring yang cukup powerful. Namun, tentu saja metode ini memiliki kerentanan.

Satu hal yang menjadi lazim adalah adanya error pada proses pengikuran daya. Hal ini terjadi karena dalam kondisi reverse power, relay proteksi dipaksa mengukur besaran yang nilainya cukup kecil dibandingkan dengan nilai nominal. Misalkan untuk kasus reverse power protection pada steam turbine (yang disetting -0.5%), tentunya hal ini menjadi tantangan tersendiri.

Pada dasarnya, nilai reverse power seharusnya bernilai konstan. Besaran tersebut seharusnya tidak dipengaruhi oleh besarnya daya reaktif (Q) atau dengan kata lain besarnya sistem eksitasi. Namun, ada kemungkinan relay proteksi akan melakukan pembacaan besaran reverse power dengan nilai yang berbeda diakibatkan oleh adanya sudut error antara current transformer (CT) dan potential transformer (PT).

Umumnya, error yang diakibatkan oleh trafo instrument sudah dikompensasi oleh manufacturer. Namun, jika reverse power protection diinginkan untuk bekerja dengan lebih sensitif, maka sudut error ini harus diverifikasi. Machine protection relay seperti Siprotec 7UM6 Series memberikan solusi untuk kondisi diatas melalui CT Angle Correction. Dimana nilai ini didapat dari pengukuran primer.

Untuk melakukan pengujian ini, harus dikonsultasikan dengan manufakturer turbin dikarenakan reverse power protection harus di-disable sehingga memungkinkan turbin mengalami overheating. Selain itu, konsultasi dengan manufakturer generator juga dianggap perlu dikarenakan verifikasi ini memungkinkan kondisi under-excitation yang besar kemungkinan akan mengarah ke kondisi out-of-step.

Secara singkat, proses verifikasi ini memerlukan 4 langkah dan mengacu pada gambar 2. Pada sumbu cartesian tersebut, sumbu x mewakili daya reaktif (Q) dan sumbu y mewakili daya aktif (P).

1. Sistem eksitasi harus diatur hingga mencapai Q = 0. Pada kondisi ini, nilai bacaan P dan Q dituliskan dalam tabel sebagai representasi P₀ dan Q₀.
2. Sistem eksitasi dinaikkan sekitar 30% hingga mencapai kondisi over-excitation. Pada langkah ini akan didapatkan nilai P₁ dengan nilai negatif dan Q₁ dengan nilai positif.
3. Sistem eksitasi diturunkan sekitar 30% hingga mencapai kondisi under-excitation. Pada langkah ini akan didapatkan nilai P₂ dengan nilai negatif dan Q₂ dengan nilai negatif.
4. Mengubah eksitasi generator ke kondisi tanpa beban. Tahap selanjutnya generator bisa di-shutdown atau diubah ke mode operasi yang diinginkan.

Gambar 2. Penentuan Error Angle Correction

 

Nilai error angle correction didapat dari persamaan berikut:

  

Part 3 | End

 

Reff:

Multifunction Machine Protection 7UM62 V4.6 Manual. Siemens. 

Power System Protection. IEEE Press.

IEEE Std 242-2001 - IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems

Paiton, 19 Aug 2021 20:30

Reverse Power Protection – Part III

Pada bagian ini akan dideskripsikan kinerja relay proteksi untuk fungsi reverse power protection.

 Determinasi Reverse Power

Prinsip dasar relay proteksi dalam mengenali kondisi reverse power adalah dengan mengkalkulasi aliran daya aktif dari sebuah generator. Untuk menghasilkan nilai kalkulasi yang valid, relay proteksi akan menggunakan beberapa metode evaluasi. Metode yang paling umum adalah besaran daya aktif dikalkulasi dari tegangan dan arus urutan positif (salah satu komponen simetri).

Perlu disadari bahwa kalkulasi daya aktif untuk kondisi reverse power butuh kecermatan lebih dikarenakan magnitudonya yang relatif kecil dibanding rating generator. Beberapa relay proteksi memanfaatkan nilai error angle dari trafo instrument (current transformer dan potential transformer) untuk mengatasi masalah tersebut.

 Logic Diagram Reverse Power Protection

Pada gambar 1, ditunjukkan logic diagram reverse power protection yang diaplikasikan pada relay proteksi Siemens Siprotec 7UM6.

 

Gambar 1. Logic Diagram Reverse Power Protection

Pick-up Seal-in Time

Untuk mengindari adanya unintentional trip yang diakibatkan oleh short pick-up, maka relay proteksi menyediakan alamat 3105 T-HOLD sebagai solusi. Jika kondisi reverse power hanya berupa pulsa, maka unintentional trip dapat dihindari.

 

Sinyal Trip

Agar dapat bekerja dengan lebih fleksibel, maka reverse power protection menggunakan modul proteksi 2 tingkat, yaitu short stage dan long stage. Kedua stage memanfaatkan sinyal biner tambahan yang berasal dari Stop Valve (dalam turbin uap, stop valve bekerja untuk memotong steam flow path yang mengarah ke turbin).

 

Modul long stage akan sangat berguna untuk beberapa kondisi, diantaranya:

-       power pick-up saat proses sinkronisasi

-       power swing pada saat gangguan jaringan

-       proses shutdown agar lebih halus

Jika ada gangguan pada sistem boiler atau turbin, maka stop valve akan ditutup. Secara tidak langsung, kondisi ini akan mengaktifkan modul short stage. Jadi, time delay T-SV-CLOSED akan sangat efektif dalam kondisi trip unit.

Untuk tujuan tertentu, fungsi proteksi ini dapat di-non-aktifkan dengam memanfaatkan sinyal block via Binary Input.

Part 2 | Part 4

 

Paiton, 10 Aug 2021 20:17

Reverse Power Protection – Part II

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Uap

Turbin uap memiliki tendensi untuk mengalami overheating apabila suplai uap terhenti dan kemudian generator yang terkopling dalam satu poros bekerja sebagai motor. Hal ini dikarenakan fungsi uap yang tidak hanya sebagai fluida kerja, namun uap juga berfungsi untuk menjaga agar turbine blading berada pada temperatur yang stabil. Sehingga hilangnya suplai uap tidak hanya menghentikan fungsi turbin sebagai prime mover, namun juga hilangnya ‘cooling system’.

 

Secara lebih detail, kondisi reverse power pada turbin uap akan menjadikan kondisi idling atau windage losses (rugi angin). Dikarenakan windage loss adalah fungsi dari diameter rotor turbin dan panjang blade, maka losses terbesar akan terjadi pada stage terakhir turbin. Windage losses juga berbanding lurus dengan kerapatan uap yang terperangkap; misalkan dalam kondisi hilangnya vacuum pada exhaust steam.

 

Bergantung pada desain dan manufaktur turbin uap, umumnya overheating akan terjadi pada saat turbin dibebani kurang dari 10%. Nilai spesifik dari manufaktur sangatlah penting karena akan digunakan sebagai setting reverse power protection. Pada umumnya, setting reverse power protection adalah -0.5%.

 

Selain pengukuran daya aktif secara langsung untuk mendeteksi reverse power, pada turbin uap terdapat beberapa metode lain untuk mendeteksi kondisi tersebut seperti:

-       pemasangan sensor temperatur pada turbine exhaust.

Namun metode ini tidak seharusnya dijadikan metode proteksi utama karena hasil pengukuran akan bervariasi bergantung pada lokasi sensor sehingga pemilihan lokasi sensor menjadi kritikal.  dipandang perlu karena windage losses terjadi.

 

-       Pengukuran steam flow.

Besarnya steam flow dijaga agar selalu berada di atas level synchronous speed. Jika tidak, maka kondisi reverse power akan terjadi. Metode deteksinya dapat menggunakan differential pressure switch pada HP turbin.

            Metode ini umumnya handal, namun malfunction secara mekanis sangat mungkin terjadi.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Hidraulik

Turbin hidraulik (umumnya turbin air) memiliki kemungkinan kehilangan suplai air secara tiba-tiba apabila terdapat sampah yang menyumbat jalur gate ke penstock. Apabila hal tersebut terjadi, maka akan berpotensi timbulnya kavitasi dan rusaknya runner; dan tentu saja terjadinya reverse power.

 

Untuk turbin hidraulik, setting reverse power protection adalah berkisar -0.2 hingga 2.0% dari beban normal.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Mesin Diesel

Reverse power protection pada mesin diesel dianggap sangat penting karena dua alasan, yaitu:

1. Karena mesin diesel relatif besar, maka gagalnya mesin diesel akan mengakibatkan generator (yang kemudian bekerja sebagai motor) akan menarik daya yang cukup besar dari jaringan; diperkirakan mencapai 15% dari kapasitas.
2. Pada saar reverse power terjadi, terdapat kemungkinan terjadinya ledakan atau kebakaran yang diakibatkan oleh akumulasi bahan bakar yang tidak terbakar (unburned fuel) pada mesin diesel.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Gas

Pada turbin gas, kondisi reverse power sebetulnya tidak membahayakan generator maupun turbin gas. Akan tetapi, sistem turbin gas, apabila reverse power terjadi; maka aksi motoring akan menarik daya sebesar 10 sampai 50% daya dikarenakan turbin gas menggunakan kompressor yang cukup besar.

 

Hal ini perlu dihindari agar grid tidak dibebani oleh aksi motoring turbin gas.

 

Part 1 | Part 3

 

Paiton, 3 Aug 2021 20:00