SISTEM EKSITASI GENERATOR SINGKRON

SISTEM EKSITASI GENERATOR

JENIS –JENIS SISTIM EKSITASI

Ada beberapa jenis sistim eksitasi,yang terpenting untuk diketahui adalah

Sistim eksitasi statis dengan sikat dan sistim eksitasi tampa sikat ( Brushless ).

Pada jenis tampa sikat ( Brushless ), sistim penyearah tegangan ( Dioda ) terletak pada rotor dan bersama – sama berputar dengan rotor. Sebagai contoh yang mengunakan Brushless untuk sistim eksitasi adalagh generator PLTGU Ombilin 2 x 110 MW.

I.SISTIM EKSISTASI GENERATOR

Sistim eksitasi di unit PLTA termasuk jenis eksitasi statis

dengan menggunakan Tyristor. Kelebihan sistim eksitasi ini adalah sebagai berikut :

1. Mempunyai respon yang cepat seiring kemampuan Governor turbin.
2. Memiliki batasan arus eksitasi yang tinggi.
3. Sumber tegangan eksitasi diambil langsung dari generator

Fungsi eksitasi pada generator adalah untuk :

“ Membangkitkan tegangan pada stator generator dengan mensupply arus DC pada rotor generator “.

Arus eksitasi yang masuk harus dapat diatur sedemikian sehingga :

Menimbulkan tegangan stator pada waktu yang singkat menuju sinkronisasi

Menstabilkan supply daya listrik MW dan MVAR ke sistim

Menjaga tegangan generator agar tetap berada dalam batasan tegangan nominal yang diijinkan ( 5 % V nominal generator )

II. CARA KERJS SISTIM EKSISTASI

Kondisi normal supply eksitasi dari tegangan output transformer eksitasi

( Field transformer ) dengan kapasitas 645 KVA pada tegangan 11KV / 440 V. Selanjutnya melalui trafo auxiliary diubah lagi menjadi 440 / 380 V. Transformer eksitasi ini berpendingin ONAN dengan 6 buah RTD yang berfungsi untuk memonitor temperatur ( panas ) dan mengirim sinyal alarm dan trip. Tegangan output 380 ini untuk motor pendingin Thyristor berjumlah 2 buah masing – masing berkapasitas 3 KW.

Beberapa peralatan yang menggunakan / membutuhkan tegangan AC :

Proteksi Over Voltage

Rangkaian elektronik peredam tegangan surja

Trafo untuk sensor arus dan proteksinya

Gate kontrol dan pengaturnya

Beberapa peralatan yang menggunakan / membutuhkan tegangan DC :

Peralatan field flashing

Proteksi Over Voltage

Field Circuit Breaker

Field Discharge Resistor

Polarity Reversing Link

Pengatur tegangan automatis ( AVR ) berfungsi menjaga tegangan generator

Tetap konstan 11 KV baik kondisi berbeban ataupun tanpa beban. Dalam bekerjanya AVR membutuhkan input dari tegangan output generator dan arus yang ada pada titik netral belitan stator.

Output dari AVR ini dipergunakan untuk Fiels Current Regulator dan Control Unit Gate.

Disamping itu bekerjanya AVR bersma – sama seperangkat elektronik lain mempunyai fungsi juga sebagai :

a. OEL ( Over Excitation Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi over eksitasi

b. UEL ( Under Excitation Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi under eksitasi

c. OCL ( Over Current Limiter )

Merupakan pembatas agar jangan sampai terjadi over current

d. LDC ( Line Drop Compensator )

Memberikan sinyal kompensasi pada AVR berdasar penurunan tegangan saluran untuk mempertahankan tegangan pada tingkat ditentukan

e. CCC ( Cross Current Compensation )

Memberikan sinyal kompensasi pada AVR untuk mengatasi penurunan daya reaktif generator saat berbeban menuju kondisi stabil

f. PSS ( Power System Stabilizer )

Memperluas range stabilitas dinamis saat operasi paralel generator dengan sistim.

Sistim thyristor disini untuk mengubah tegangan AC ke DC ( Rectifier ). Thyristor merupakan pengembangan dari dioda dimana kelebihan thyristor adalah memiliki gate untuk input sudut penyalaan ( ). Apabila sudut penyalaan 0 < < style=""> > > 180 thyristor berfungsi sebagai inferter.

Untuk kebutuhan arus eksitasi , sistim rangkaian thyristor yang digunakan disini adalah tersusun dari 6 buah thyristor dan 6 buah fuse.

Untuk melindungi thyristor dari kerusakan yang disebabkan gangguan lonjakan arus karena kegagalan kerja AVR maka pada setiap thyristor dipadang fuse secara seri. Fuse ini berjenis fuse kecepatan tinggi ( High Speed Fuse ). Konstruksi fuse ini terdiri dari suatu resin melanin dan terminal metal pada kedua ujung, disekitarnya digunakan lempengan porselen untuk meredam busur api.

Bila sekering putus maka terdapat rangkaian pendeteksi putusnya sekring ( Fuse blown out detector ) sehingga indikator led pada panel lokal dan kontrol room menyala.

Pengontrol THYRISTOR sistim eksitasi meliputi :

AVR ( Automatic Voltage Regulator )

Berfungsi untuk Over eksitasi limit ( 1,6 If normal ), Under eksitasi limit ( 0,8 If ), Power System Stabilizer, Over Current Load.

Switch over antara automatic dan manual ( pada kondisi berbeban )

Field Current Regulator ( pengatur arus medan )

Gate Control Unit ( untuk triggering sudut penyalaan thyristor )

Untuk kebutuhan monitoring arus dan tegangan eksitasi dikontrol room

( kontrol level 1 ) diperoleh dari input arus dan tegangan eksitasi lokal yang diperkuat lewat tranduser. Tegangan DC yang keluar dimonitor lewat Amper Meter dan Volt Meter pada panel lokal.

Field breaker interlock dengan resistor deeksitasi. Pada kondisi trip / gangguan Field breaker opening, pada kondisi beroperasi / berbeban Field Breaker Closing. Adapun respon kecepatan close ke opening kurang dari 30 ms. Peralatan field breaker maksimum beroperasi pada V = 550 V dan arus 1000 A. Fungsi resistor deeksitasi untuk menghilangkan magnet sisa pada belitan rotor dengan cara mendisipasikan arus menjadi panas.

Polarity Reversing Link adalah sisting ring rotor dengan brushes dalam top cover generator. Selanjutnya arus DC yang timbul disalurkan pada rotor lewat brush.

Sistim proteksi yang ada dalam sistim eksitasi :

1. Earth Fault Overcurrent Relay 64 E
2. Over Current Relay 51 E
3. Deexcitation dan Rotor Over Voltage
4. AC Over Voltage Protection ( maksimum 525 VAC )

III. KONDISI YANG TIMBUL PADA SISTIM EKSITASI

Berbagai kondisi yang timbul pada sistim eksitasigenerator :

Kondisi testing / Komisioning :

Untuk keperluan saan testing atau komisioning dibutuhkan supply 220 V AC diambil dari supply luar sistim eksitasi. Sementara dapat dikontrol dari lokal secara manual ( raise, lower, on – off )

Kondisi saat start up generator :

Pada kondisi start up kebutuhan arus eksitasi diambil dari battery 110 VDC.

Pada saat start ( switch on ) terjadi field flashing dengan tegangan 110 V dan arus 100 A. Selanjutnya field breaker close dan field flashing breaker close. Dengan demikiantimbul tegangan pada terminal generator.

Saat start supply tegangan AC juga dibutuhkan untuk :

Sistim kontrol meliputi kontrol unit sinkron dari 110 V DC

Fan pendingin thyristor 1 & 2

Field Flashing untuk eksitasi awal

Kondisi tegangan yang timbul 20 % dari tegangan nominal

Field Flashing Breaker sistim eksitasi open

kondisi line charging

Pada kondisi ini generator kita mengirim tegangan lewar transmisi ketempat lain sehingga generator menanggung daya reaktif ( MVAR ) yang dibangkitkan oleh transmisi. Maksimum kondisi line charging 32 Mvar pada over eksitasi generator dan – 42 Mvar pada under eksitasi generator.

Hal ini dapat dikontrol pada level 1 & 2

kondisi sinkron

Dapat dilakukan secara otomatis dikontrol room dengan kontrol level 1 & 2

kondisi berbeban

Setelah sinkron maka sistim eksitasi bekerja secara otomasis mengatur tegangan dan daya reaktif ke sistim. Dengan kontrol level 1 kondisi ini dapat kita ubah ke kondisi manual untuk menurunkan atau menaikan arus eksitasi ( raise dan lower ). Perubahab automatis ke manual berfungsi menaikkan atau menurunkan tegangan generator sekaligus pula merubah MVAR.

IV. ALARM DAN TRIP SISTIM EKSITASI

Dalam pengoperasian sistim eksitasi perlu diperhatikan alarm dan trips

Sistim eksitasi. Pada waktu alarm dan trip sinyal informasi dikirim ke kontrol level 1, 2 ,dan 3. Pada waktu sistim eksitasi trip maka Field CB eksitasi dengan cepat membuka dan menginformasikan sistim eksitasi trip.

Hal – hal yang menyebabkan sistim eksitasi alatm sebagai berikut :

1. Transformer eksitasi overheating
2. Sensor tegangan generator ( VT ) mengalami gangguan
3. Supply AC mengalami gangguan
4. Proteksi Overvoltagebekerja
5. Rotor Overvoltage
6. MCB trip
7. Thyristor fuse putus
8. Thyrisitor fan mengalami kegagalan
9. Limiter AVR tercapai
10. Sequence menuju kondisi siap sinkron overtime
11. AVR mengalami gangguan
12. Field Breaker mengalami gangguan

Hal – hal yang menyebabkan sistim eksitasi trip sebagai berikut :

1. Transformer eksitasi overheating melampaui maksimum
2. Rotor Over Voltage
3. Sistim Thyristor dan AVR mengalami gangguan
4. Sequence menuju kondisi siap sinkron overtime
5. Field Breaker mengalami gangguan

Untuk selanjutnya apabila unit trip dari sistim eksitasi maka peralatan unit yang bekerja adalah :

Field Breaker dan CB 11 KV trip seketika

Turbin emergency stop

Stop sequence unit

Mekanikal brake aktif

V. GANGGUAN YANG TIMBUL DALAM PENGOPERASIAN SISTIM EKSITASI DAN PENANGGULANGANNYA

Sinyal –sinyal alarm trip terekam oleh sistim ASCE dan tercetak pada

Event recorder ( Th 1999 s/d tidak berfungsi ), selain itu pada lokal terdapat indikasi. Apabial terjadi gangguan maka hal – hal yang perlu diperiksa dan direset adalah sebagai berikut :

1. Control sequence Overtime

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol peralatan +JD1.A1 – A13

Penyebab : sistim eksitasi bekerja overtime akibat dari start atau

stop Sequence overtime yang diakibatkan oleh :

- power field flashing missing

- malfungsi relay dannkontaktor

- malfungsi relay kontrol

Reseting : periksa indikator alarm dan reset

2. Kegagalan funsi generator PT

Pengaruhnya : terjadi transfer operasi dari otomatis kemanual

Detektor : - peralatan kontrol + JD 01A1 –A1

- MCB generator PT di panel

Penyebab : - kegagalan fungsi generator PT

- sensor tegangan mengalami gangguan

Reseting : - periksa potensial transformer 1 YH dan jalur sensor

Tegangan

- masukkan MCB

3. Kegagalan supply AC

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : selektor switch JD01 – A09 / S1 tidak pada posisi

OPERASI

Penyebab : - short circuit atau Overload

- trip pada supply breaker

Reseting : kembalikan selktor switch ke posisi operation, chek

Kembali fuse dan breake

4. Proteksi AC Overvoltage bekerja

Pengaruhnya : alarm suara

Detektor : gangguan pada fuse + JD02 – F01 & JD03

G01 / F71

Penyebab : nilai overvoltage dilampaui, kerusakan dioda

atau kapasitor dipanel F71

Reseting : periksa kondisi eksitasi dan ganti fuse

5. PSS aktif

Pengaruhnya : alarm bekerja

Detektor : panel lokal +JD01. A1 – A13

Penyebab : gangguan pada sistim 150 KV diluar unit

Generator sehingga power sytstim stabilizer

bekerja

Reseting : reset dilokal

6. Field Breaker mengalami kegagalan kerja

Pengarunya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol equepment JD01.A1 – A13

Penyebab : manual trip dari field breaker , kerusakan field

Field breaker dan kerusakan switch on / off

Pada panel lokal

Reseting : periksa kondisi field breaker dan sistim

Kontrol card

7. Rotor Overvoltage

Pengaruhnya : eksitasi trip

Detektor : Relay overvoltage

Penyebab : terjadi overvoltage > 1200 V pada busbar DC,

Terjadi kerusakan pada tyristor atau trigger

Reseting : cek lokal panel

8. MCB supply trip

Pengaruhnya : alarm suara

Detector : - mcb + JD01 – F731 untuk lighting

panel

- mcb + JD01 – F732 untuk heating panel

- mcb + JD01 – F711 untuk 110 V DC

control

V1

- mcb + JD01 – F712 untuk 110 V DC control

V2

- mcb + JD01 – F721 untuk 110 V DC supply

- mcb + JD01 – F722 untuk 110 V DC supply 2

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor penggerak main CB supply

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor untuk tyristor fan saat line charging

- mcb + JD01- F911 untuk proteksi motor

tyristor fan 1 saat kondisi normal

- mcb + JD01 – F911 untuk proteksi motor untuk tyristor fan 2 saat kondisi normal

Penyebab : kerusakan mcb , short circuit

Reseting : switch on mcb atau ganti fuse

9. Thyristor fan alarm & trip

Pengarunya : alarm bunyi , start fan back up

Detektor : Pressure switch JD02.F31 dan kontrol elemen JDO1.A1-A13

Penyebab : filter udara kotor , short circuit pada motor

Fan, mcb JD02 – F12 dan F22 trip

Reseting : bersihkan filter dan on kembali mcb

10. Fuse tyristor alarm

Pengaruhnya : alarm suara dan LED pada panel lokal

Detektor : mikro switch pada dekat fuse

Penyebab : short circuit , kerusakan tyristor , kerusakan

RC elemen

Reseting : cek tyristor , cek RC elemen , reset

mikroswitch

11. Regulator fault

Pengaruhnya : sistim eksitasi trip

Detektor : kontrol panel JD01 – A1 – A13

Penyebab : regulator hardware fault , regulator power

Fault, software failure

Reseting : cek power supply , cek regulator

12. Speed <>

Pengaruhnya : Eksitasi trip

Detektor : 90 % speed signal dari governor dan kontrol

Panel JD01 – A113

Penyebab : isolated operation dibawah 90 % speed

Reseting :

13. Transformer eksitasi temperatur winding over heating

Pengaruhnya : unit trip

Detektor : winding detektor JT – TI dan supervision

Relay JD01 – A0112

Penyebab : overload dan pendinginan kurang, unbalance

Load saat gangguan tyristor dan gate kontrol

Reseting : turunkan beban reaktif, tingkatkan sistim

Pendingin, cek tyristor dan gate kontrol

14. DC supply failure

Pengaruhnya : alarm bunyi

Detektor : MCB JD01 - F721 – F722

Penyebab : gangguan pada DC konventer JD01 – A721

A722

VI. PEMELIHARAAN SISTIM EKSITASI

Guna menjaga kelangsungan kerja dari sistim operasi unit maka harus

dilaksanakan pemeliharaan sistim eksitasi generator. Hal ini perlu dilakukan agar menjaga life time sistim dari pembengkit.

Dalam sistim eksitasi generator, perawatan yang perlu dilakukan antara lain :

1. Posisi mcb yang terdapat didalam panel eksitasi perlu dicek posisinya apakah

normaly open atau normaly off pada saat operasi.

2. Polarity Reversing Link merupakan kontaktor DC yang harus dipindahkan

Setiap 6 bulan sekali. Diharapkan dari perpindahan kontaktor ini akan menjaga keausan salah satu polarity DB ( + / - ) menjadi sama. Sehingga life time brush eksitasi menjadi lebih lama.

3. Menjaga kebersihan pressure – pressure switch didalam panel dan saringan

Udara pada panel.

4. Membersihkan kotoran atau arang tipis yang timbul dalam Field breaker.

Arang tipis yang menempel ini timbul karena bunga api pembukaan Field breaker. Pada saat pembersihan ini kondisi unit harus shunt down dan peralatan yang bertegangan harus sudah digrounding.