Sistem Kontrol Gas Turbine

Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E

BAB I

PENGANTAR GAS TURBINE GE MS-9001E

Gas turbine MODEL SERIES (MS) 9001E buatan General Electric adalah jenis poros

tunggal (single shaft turbine), siklus sederhana (simple cycle), dual fuel system (sistem-

bahan bakar ganda). Single shaft turbine artinya kompresor dan turbin disambung

sehingga terbentuk satu poros yang didukung oleh tiga bantalan (bearing), sedangkan

simple cycle adalah siklus dimana udara biasa di hisap, dikompresikan oleh kompresor,

kemudian digunakan untuk udara pembakaran pada ruang bakar. Gas panas hasil

pembakaran selanjutnya untuk memutar turbin. Jadi lebih sederhana bila dibandingkan

dengan proses kerja dari instalasi tenaga uap. Gas turbine dapat beroperasi

menggunakan dua jenis bahan bakar (dual fuel system) yaitu natural gas dan minyak,

juga dapat dioperasikan dengan mode Mix (campuran gas dan minyak). Untuk bahan

bakar minyak menggunakan distillate oil (solar) atau biasa disebut HSD (high speed

diesel). Putaran operasi (putaran nominal) turbin sama dengan putaran generator yaitu

3000 rpm karena poros turbin dikopel langsung dengan poros generator. Kapasitas gas

turbine pada kondisi Base Load adalah 107,86 MW dengan bahan bakar natural gas, dan

105,76 MW dengan bahan bakar minyak (solar). Pendingin stator dan rotor generator

menggunakan gas hydrogen. Sistem kontrol gas turbine menggunakan Speedtronic

Mark IV, yaitu berbasis microprocessor dan electro-hydraulic control system.

Kompresor dari unit gas turbine ini adalah jenis Axial Flow, yang terdiri dari 17 tingkat,

1


sedang turbine terdiri dari 3 tingkat, dengan 14 ruang bakar. Untuk alat start mula dari

gas turbine adalah menggunakan motor listrik (Cranking motor).

BAB II

PENGERTIAN DASAR GAS TURBINE

2.1. BAGIAN-BAGIAN GAS TURBINE

Secara garis besar komponen-komponen Gas Turbine terdiri dari : Compressor,

Combustion Chamber (Ruang bakar) dan Turbine. Compressor dan Turbine

disambung satu poros yang didukung oleh tiga bantalan (bearing). Ujung poros

pada sisi udara masuk disambung dengan Accessory gear, yang dipakai untuk

memutar Main Liquid Fuel Pump, Main Lube Oil Pump, Main Hydraulic Oil

Supply Pump, Main Atomizing Air Compressor. Ujung poros pada sisi Exhaust

dikopel dengan poros Generator yang didukung oleh dua bantalan generator

(bearing). Jadi generator,turbin, kompresor,dan motor untuk start mula (cranking

motor) semuanya berada dalam satu poros.

Compressor :

Compressor dari unit gas turbine ini adalah jenis Axial Flow, yang terdiri dari 17

tingkat dengan pressure ratio 10:1.Sudu-sudu putar compressor umumnya disebut

Blades. Udara sebelum masuk sisi hisap compressor melalui Air Inlet Filter, dan

Inlet Guide Vane (IGV). Fungsi dari IGV atau ada yang menyebut CSGV

(Compressor Source Guide Vane) adalah untuk mengarahkan dan mengatur

aliran udara ke first stage compressor. Posisi Vanes akan mempengaruhi jumlah

2


aliran udara kompresor. Pada compressor tingkat 11 terdapat 4 buah valve

ekstraksi atau biasa disebut compressor blade valve, sebelah kiri 2 buah atas-

bawah, sebelah kanan 2 buah atas-bawah juga. Ke-empat buah compressor blade

valves tersebut kerjanya serempak karena dikomando dari satu solenoid valve

yang diparallel. Pada saat startup dan shutdown (accelerating dan decelerating

cycle) ke-empat compressor blade valve tersebut membuka sehingga udara

extraction compressor tingkat 11 dibuang ke exhaust plenum, dan pada saat full

speed no load akan menutup. Compressor blade valve digunakan untuk proteksi

denyutan atau getaran (pulsation protection) compressor selama turbine startup

dan shutdown. Jika pada saat startup dan shutdown semua valve ektraksi

(compressor bleed valve) tidak membuka maka dapat menimbulkan kerusakan

yang serius pada gas turbine. Untuk itu semua compressor blade valve dilengkapi

dengan limit switch 33CB-1,-2,-3,-4 yang berfungsi sebagai indikasi posisi valve.

Untuk startup , variable inlet guide vanes posisinya close 34 DGA (degree angle)

membatasi aliran udara ke compreesor agar tidak terjadi denyutan atau getaran

(pulsation) selama startup. Fungsi compressor adalah menghisap udara dari luar,

kemudian udara tersebut ditekan (dikompresikan) sehingga menjadi udara

bertekanan tinggi yang digunakan untuk udara pembakaran pada ruang bakar.

Udara bertekanan tinggi tersebut juga digunakan untuk udara pendingin turbine

nozzles, turbine wheels, transition pieces, first stage dan second stage bucket

turbine dll.

3


Combustion Chamber (Ruang Bakar) :

Sistem pembakaran adalah Reverse Flow Multiple Combustion System, dengan

jumlah ruang bakar ada 14 buah dan susunan ruang bakar melingkar disekeliling

compressor discharge casing. Semua 14 ruang bakar saling berhubungan melalui

cross fire tubes, agar api dari ruang bakar yang ada apinya dapat merambat atau

menyebar keruang bakar lainnya yang tidak ada apinya. Busi (spark plug) ada 2

buah dipasang pada ruang bakar nomor 12 dan 13. Didalam piston busi ada spring

(pegas) yang gunanya mendorong busi masuk kedalam ruang bakar, sehingga

loncatan api (busur api) pada electroda busi berada dalam ruang bakar. Bila

putaran turbine naik maka tekanan ruang bakar akan mendorong spring piston busi

naik sehingga electroda busi keluar dari ruang bakar. Pada saat startup gas turbine,

bila salah satu busi tidak berfungsi maka masih bisa ada penyalaan dari busi yang

satunya. Api akan merambat ke-ruang bakar lainnya melalui cross fire tube. Untuk

mendeteksi api dalam ruang bakar digunakan flame detector, jumlahnya ada 4

buah, dipasang pada ruang bakar nomor 4,5,10,11. Ruang bakar tidak

menggunakan water injection system, dan tidak dipasang combustion pressure

fluctuation monitor ( CPFM ) dan Casing Acceleration Sensor untuk memonitor

dan proteksi terhadap tekanan ruang bakar yang fluktuasi ( turun naik ) seperti

yang ada pada gas turbine Mitsubishi model M701F.

4


Turbine :

Sudu putar turbin disebut Buckets, jumlahnya ada 3 tingkat yaitu First,

Second, dan Third-Stage Turbine Buckets. Ukurannya bertambah besar dari

sudu tingkat pertama sampai ketiga, karena tekanan gas panas berkurang setelah

melewati setiap tingkat sudu turbin. Nozzles turbin ada 3 tingkat (three stages of

stationary nozzles) yaitu First,Second, dan Third-Stage Turbine Nozzles. Nozzles

turbine gunanya untuk mengarahkan aliran gas panas kecepatan tinggi terhadap

sudu putar turbin, sehingga rotor turbin berputar.Sudu putar turbin tingkat 1 dan 2

didinginkan dengan udara yang diambilkan dari compressor tingkat 16,

disalurkan kedalam lobang rotor turbin dan keluar melalui lobang-lobang kecil

pada pangkal-pangkal buckets turbin tingkat 1 dan 2. Untuk sudu putar turbin

tingkat 3 tidak didinginkan dengan udara.

Untuk lebih jelasnya lihat gambar 1,2,3,4 dan 5.

.

5

Lobang rotor turbine tempat masuknya udara pendingin dari sudu compressor antara tingkat 16 dan 17 menuju 1st and 2nd stage bucket turbine.

Gambar 2 Rotor Turbine


6

Tempat pengambilan udara pendingin 1st and 2nd stage bucket turbine pada sudu compressor antara tingkat 16 dan 17.

Gambar 1 Rotor Compressor

First Stage Bucket Cooling Holes

Gambar 3 lobang pendingin sudu turbine tingkat 1


7

Gambar 4 lobang pendingin sudu turbine tingkat 2

Second Stage Bucket Cooling holes

Fuel

Cranking Motor Torque Converter Accessory GearGeneratorCompressor

Combustor

Inlet Air

Exhaust Gas

Turbine

Gambar 6. Simple-cycle, single-shaft gas turbine


2.2. PRINSIP KERJA GAS TURBINE

8

Gambar 5.Ruang Dalam Turbine


Udara sebelum masuk kedalam kompresor melalui Air Inlet Filter, yang

berfungsi untuk menyaring kotoran, debu atau partikel yang terbawa dalam

udara sebelum masuk ke kompresor. Ada 1152 buah filter elements pada air

inlet filter. Metode pembersihan filternya adalah Self Cleaning Air Filter System

artinya element filternya dibersihkan secara otomatis dan berurutan

menggunakan udara dari compressor discharge pressure selama turbin operasi.

Pada air inlet filter dipasang pressure switch untuk mengetahui kekotoran

filternya, alarm pada 6 inchH2O vacuum, dan Shutdown pada 8 inch H2O

vacuum. Udara dari air inlet filter selanjutnya melewati inlet guide vane yang

fungsinya mengatur besarnya aliran udara yang masuk ke kompresor. Pada saat

startup atau shutdown , posisi inlet guide vane (IGV) harus pada posisi tertutup

(minimum position) yaitu 34 DGA, dan compressor bleed valve harus membuka

untuk mencegah compressor surge (pulsation). Udara kemudian dimampatkan

oleh kompresor sehingga tekanannya naik. Didalam ruang bakar dilakukan

proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan

bakar.Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan

sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperature. Gas

hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin melalui nozzle yang berfungsi

untuk mengarahkan aliran gas panas ke sudu-sudu putar turbin. Daya yang

dihasilkan turbin sebagian digunakan untuk menggerakkan kompresor, dan

sebagian lagi untuk menggerakkan generator. Berbeda dengan Pembangkit

Listrik Tenaga Uap (PLTU), turbinnya hanya menggerakkan generator sehingga

9


daya yang dihasilkan turbin adalah sama besarnya dengan daya generator.

Setelah melewati sudu turbin tingkat 3, gas panas tersebut dibuang keluar

melalui saluran buang (exhaust). Untuk startup awal gas turbine, diperlukan alat

penggerak awal untuk memutar kompresor dan turbine, yaitu menggunakan

motor listrik (cranking motor). Data cranking motornya adalah : 2975 rpm,

6000Volt AC. Dari cranking motor dihubungkan ke toque converter dan

selanjutnya ke Accesory gear. Setelah putaran turbin mencapai 60% speed,

cranking motor akan lepas koplingnya, ditandai dengan solenoid 20TU-1 pada

torque converter (Voith) de-enerqize, dan gas turbine sudah mampu memutar

dirinya sendiri (self sustaining speed). Kemudian bahan bakar sedikit demi

sedikit ditambah untuk menaikkan putaran hingga mencapai 100% speed, dan

generator siap sinkron kejaringan.

BAB III

PENGENALAN SPEEDTRONIC MARK IV

Sistem kontrol gas turbine menggunakan Speedtronic Mark IV , yaitu berbasis

microprocessor dan electro-hydraulic control system. Speedtronic Mark IV ini pada

dasarnya adalah merupakan Programmable Logic Controller ( PLC ) dimana

pemrograman untuk sequencing instruction atau logic instructions nya menggunakan

instruksi-instruksi bahasa level rendah (Mnemonic), seperti LD,AN,OR,ORS,STO,

dan lain sebagainya. Microprocessor melakukan perhitungan control digital

10


berdasarkan signal input dari sensor turbine dan control program. Sistem control

Speedtronic Mark IV merupakan pengembangan dari Mark I dan Mark II yang

dilakukan oleh laboratorium pengembangan Electronic Gas Turbine Department,

General Electric Company, dan hingga saat ini terus berkembang ke Speedtronic

Mark V, dan terakhir Mark VI. Untuk Gas Turbine PLTGU Muara Karang Blok I

system kontrolnya sekarang sedang dalam proses akan di Retrofit dari Mark IV

menjadi Mark VIe.

3.1. Controller <RST>

Speedtronic Mark IV menggunakan 3 buah modul Controller, yaitu Controller <R>,

Controller <S>, dan Controller <T>, dan 1 buah modul Communicator <C>. Masing-

masing Controller <RST> adalah identik yang fungsinya melakukan “critical” turbine

control, proteksi, proses sekuensial, terhadap operasi gas turbine, dan melakukan

pertukaran data dengan Communicator <C>. Jika terjadi salah satu Controller <RST>

ada yang rusak atau ada perbaikan (penggantian card modul misalnya, maka

2 Controllers yang lain akan mengambil alih dan gas turbine tetap dapat beroperasi

( fault tolerance ), jadi tingkat keandalannya lebih tinggi. Apabila kerusakan Controller

telah selesai diperbaiki maka controller dapat diaktifkan kembali tanpa shutdown

turbine. Jadi dengan menggunakan hanya 2 dari 3 Controller yang beroperasi system

masih aman dan masih dapat mengontrol. Konfigurasi Controller semacam ini disebut

triple redundant and two-out-of-three voting (2dari3 ). Controller <RST> menggunakan

Mikroprosesor Intel 8086 CPU 16 bit pada modul card HMPJ, hardware dan software

setiap Controller adalah sama. Masing-masing Controller memiliki sensor sendiri-

11

Power Supply Controller <R>

Power Supply Controller <S>

Power Supply Controller <T>

Controller <R>

Controller <S>

Controller <T>

Gambar 7. Controller <RST> dan Power Supply


sendiri sehingga apabila salah satu sensor rusak, maka 2 sensor yang lain yang akan

mengontrol gas turbine. Sebagai contoh speed sensor turbine yang dipasang jumlahnya

ada 3 buah, speed signal dari sensor pertama masuk ke Controller <R>, signal dari

sensor kedua ke Controller <S>, dan dari ketiga ke Controller<T>. Demikian juga pada

exhaust turbine dipasang 24 buah thermocouple, 8 buah signal output thermocouple ke

Controller <R>, 8 ke Controller <S>, 8 ke Controller <T>. Untuk critical analog

outputs, setiap Controller menggerakkan satu coil dari tiga coil yang terpisah pada servo

valve. Jadi “critical” input dimasukkan ke masing-masing Controller dan untuk “non

critical” input dimasukkan ke Communicator <C>. Setiap Controller <RST>

mempunyai power supply sendiri sendiri yaitu power supply <R>, <S>,dan <T>.

Tegangan input power supply <RST> adalah 125 VDC yang diambilkan dari tegangan

battery, sedangkan tegangan outputnya adalah : +5 VDC, +15 VDC, -15 VDC.

12


3.2. Communicator <C>

Speedtronic Mark IV mempunyai satu buah modul Communicator <C>, yang fungsi

utamanya adalah:

- Melakukan “non-critical” turbine control, proteksi, dan proses sekuensial

(sequencing functions).

- Memonitor kondisi dari Controller <RST>.

- Menghubungkan ke- monitor ( CRT display ) dan printer.

- Melakukan Diagnostic Test

- Menyediakan serial data link RS422 dan RS232 untuk remote interface.

Communicator <C> menggunakan Mikroprosesor Intel 80286 CPU 16 bit pada

modul card HMPK. Gas turbine tidak akan bisa start up bila Communicator <C>

rusak (fault) karena monitor dan membrane switches yang merupakan operator

interface module tidak berfungsi. Tetapi apabila gas turbine sudah normal operasi,

maka jika Communicator <C> gangguan maka gas turbine tetap beroperasi normal

karena system kontrol dikendalikan oleh Controller <RST> . Dalam kondisi operasi

darurat tersebut layar monitor gelap dan printer tidak berfungsi, operator hanya

dibimbing dari Auxiliary Display yang tampilannya sangat terbatas ( seven digit,

hexadecimal display). Maintenance instrument harus segera memperbaiki atau

mengganti Communicator <C> yang rusak tersebut, tetapi jika tidak bisa diatasi dan

operator ingin men shut down gas turbine dapat dilakukan dari membrane switches

13

Controller <R>

Controller <S>

Controller <T>

Three Coil Servos

Relay Output Modules

Redundant Sensor Inputs

Fuel & IGV Control

Voted Contact Outputs

Three Redundant Controllers for Control & Protection

PS

PS

PS

PS

PS

PS = Power Supply


“STOP” dan jangan dilakukan dari “Emergency Stop”. Menu membrane switches

yang masih berfungsi apabila Communicator <C> rusak adalah : “STOP”, “ALARM

RESET”, “ALARM SILENCE” karena dihubungkan dari software controller <RST>.

Communicator <C> mempunyai power supply sendiri seperti pada Controller <RST>.

Power supply <RST> dan <C> adalah sama, tegangan inputnya adalah 125 VDC, dan

tegangan outputnya adalah : +5 VDC, +15 VDC, -15 VDC.

3.3. Block Diagram Mark IV

14


Pada gambar 8 menunjukkan sebuah block diagram Speedtronic Mark IV. Ada 3

Controller <R>, <S>, <T> masing-masing memiliki input dan output, dan masing-

masing memiliki power supply sendiri. Bagian keempat disebut Communicator <C>,

yang memiliki power supply sendiri juga. Communicator <C> berkomunikasi dengan

Controller <RST> melalui RS232 serial data link. Communicator <C> juga

dihubungkan dengan CRT display, dan operator interface melalui membrane switches.

Dalam hal sistem kontrol menggunakan atau dihubungkan dengan remote control

( DCS misalnya ), maka <C> dapat melakukan komunikasi dengan remote komputer

atau DCS (Distributed control system). Relay output modules memiliki power supply

dua buah yaitu Power Supply Relay 1 <PS.Rel1> dan Power Supply Relay 2

<PS.REL2>. Power supply ini inputnya adalah 125 VDC, dan outputnya 28 VDC,

15

Controller <R>

Controller <S>Communicator <C>

USB to Serial Converter

Kabel UTP


yang digunakan untuk meng-energize relay 28 VDC. Apabila salah satu “Power

supply relay” tersebut rusak pada saat gas turbine sedang operasi maka unit tetap aman

karena Power supply relay yang satu masih berfungsi (redundant power supply).

“Critical sensor” dimasukkan kesetiap Controller <RST>, sehingga setiap controller

memiliki penilaian independen terhadap kondisi turbine. Sebagai contoh, 3 sensor

speed signals dikirim ke masing-masing Controller <RST>, dan output dari Controller

<RST> menggerakkan servo valve untuk mengatur aliran bahan bakar yang masuk ke

turbine. Contoh yang lain, pada exhaust turbine dipasang 24 buah thermocouple untuk

memonitor temperature exhaust yang digunakan untuk feedback Temperature Control,

8 buah thermocouple exhaust ke Controller <R>, 8 ke Controller <S>, dan 8 ke

Controller <T>. Setiap Controller <RST> selanjutnya mengirimkan nilainya ke

Communicator <C>, dan akan dihitung nilai mediannya (median value) dan

mengirimkan bias koreksi kembali ke Controller <RST>. Apabila salah satu sensor

speed atau salah satu Controller <RST> ada yang rusak misalnya, maka system control

tetap aman karena 2 Controller masih aktif. Pada servo valve terdapat 3 buah coil yang

digunakan untuk menggerakkan mekanisme servo valve. Masing-masing coil servo

valve dihubungkan ke Controller <RST>, sehingga apabila salah satu Controller

<RST> tidak mengirim signal output ke salah satu coil, servo valve masih tetap

berfungsi karena 2 coil servo valve masih aktif (coil servo valvenya juga redundant).

3.4. Menghubungkan Komputer atau Laptop dengan Mark IV

16


Kita dapat menghubungkan komputer atau laptop dengan Mark IV untuk keperluan

modifikasi <C> dan <RST> Sequencing Function (Ladder Diagram) dengan cara,

Port Parallel DB-25 pada card HMPK kita hubungkan ke Laptop, melalui USB to

Serial Converter, bisa dilihat pada gambar 9. Untuk software Laptop bisa

menggunakan operating system Microsoft Windows 2000 atau Windows XP, dengan

cara sebagai berikut : Click Start; Programs; Accessories; Communications; Hyper

Terminal. Selanjutnya kita bisa melakukan komunikasi data dengan Communicator

<C>. Sequencing data dan Control Constants data pada Mark IV disimpan pada 2 set

memori EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) yaitu

Primary EEPROM dan Backup EEPROM. Control Constants data adalah parameter

yang diperlukan bila kita ingin “fine-tune” turbine control, protection, dan sequencing

functions, dan dapat dirubah nilainya secara langsung dari Mark IV tanpa

menggunakan Laptop. Untuk modifikasi atau menambah Sequencing Function kita

17

L14HSX L63QA2L

L1Z L14HSZ

L52QA1A L4QA

Gambar 10. Sequencing Function (Rung L4QA)


perlu menggunakan komputer atau laptop, Sebagai contoh pada gambar 10, kita akan

membuat Sequencing Function sebagai berikut :

18


Kita tulis Sequencing Instructions nya pada Laptop sebagai berikut :

LD L14HSX LD = Load Logic Variable

ANF L63QA2L ANF= AND Logic Variable False

OR L1Z OR = OR Logic Variable

LDF L52QA1A LDF = Load Logic Variable False

ORF L14HSZ ORF = OR Logic Variable False

ANS ANS = AND Stack Variable

STO L4QA STO = Store Logic Variable

Setelah kita buat Sequencing Instructionnya pada Laptop, dan kita download ke

Primary EEPROM pada Communicator <C> maka sequencing function yang kita

buat telah tersimpan di Primary EEPROM <C>. Selanjutnya kita lakukan download

sequencing function dari Communicator <C> ke Controller <RST>, dengan cara

mematikan, kemudian menghidupkan Controller <R><S><T>. Setelah selesai

melakukan modifikasi atau penambahan sequencing function, maka akan muncul

alarm : “Primary EEPROM changed, not Backed up”, artinya kita perlu meng-update

perubahan sequencing function pada Primary EEPROM agar sama dengan pada

Backup EEPROM melalui Mark IV panel pada menu : EEPROM Maintenance

Display.

19


BAB IV

PRINSIP KERJA SISTEM KONTROL MARK IV

Gas Turbine dikendalikan atau dikontrol dengan cara mengatur aliran bahan bakar ke

ruang bakar turbine (combustion chambers). Sebuah signal control, yang dinamakan

“Fuel Stroke Reference” atau disingkat FSR, menentukan aliran bahan bakar.

FSR yang rangenya 0 sampai 100 % adalah signal perintah untuk pembukaan valve

bahan bakar. FSR secara independen dihitung di masing masing 3 Controllers <R>,

<S>, <T>. 3 FSR dari masing masing Controllers ini adalah “hardware-voted”,

artinya setiap FSR menggerakkan 1 coil dari 3 coil servo valve. Jumlah arus dari 3

coils menginduksi medan magnet di torque motor servo valve. Posisi servo valve akan

menentukan pembukaan valve bahan bakar yang akan mengontrol aliran bahan bakar

keruang pembakaran. Dua arus dalam coil servo akan mengkompensasi arus ketiga

yang rusak (fault). Ini adalah konsep sistem kontrol Mark IV two-out-of-three

“voting”. Untuk lebih jelasnya mengenai servo valve dapat dilihat pada gambar 11

dan gambar 12.

20

3-Coil Torque Motor masing-masing ke Controller <R>,<S>,<T>

Gambar 11. Servo-Valve Schematic


21


Keterangan gambar 12.

LVDT = Linear Variable Differential Transformer, adalah sensor posisi pembukaan

untuk control valve bahan bakar, atau untuk Inlet Guide Vane dan sebagainya. Signal

output LVDT adalah tegangan AC, yang sebanding dengan posisi pembukaan

valvenya. Aktual yang terpasang LVDT nya hanya ada 2 buah, sedangkan

Controllernya ada 3 yaitu <R>,<S>,<T>. LVDT nya dihubungkan ke Card HSAA

22

Gambar 12. Servo Positioning Loops


pada Controller <RST> seperti terlihat pada gambar, sehingga apabila 1 buah LVDT

rusak tidak akan men shutdown gas turbine. Akan lebih handal kalau sensor LVDT

nya ada 3 buah sehingga masing masing masuk ke Controller <R>,<S>,<T>.

REF = adalah Reference atau signal perintah aliran bahan bakar ( FSR )

4.1. FSR Minimum Value Gate

Sistem kontrol gas turbine dibagi menjadi beberapa fungsi yaitu : Start Up Control,

Acceleration Control, Speed Control, Temperature Control, Shut down Control, dan

Manual Control. Tetapi control loop utamanya hanya 3 yaitu : Start UP Control,

Speed Control, dan Temperature Control. Gas turbine GE mengendalikan atau

mengontrol aliran bahan bakar ke ruang bakar menggunakan metode “FSR

Minimum Value Gate”. Input dari FSR Minimum Value Gate adalah signal FSR dari

masing-masing fungsi kontrol yaitu : FSRSU, FSRACC, FSRN, FSRST, FSRSD,

FSRMAN, seperti terlihat pada gambar 13, dan gambar 14.

23


FSRSU = FSR Startup Control

FSRACC = FSR Acceleration Control

FSRN = FSR Speed Control

FSRT = FSR Temperature Control

FSRSD = Shutdown FSR Signal

FSRMAN = FSR Manual Control

Output dari Minimum Value Gate adalah harga FSR dari 6 loop control yang

terendah, yang digunakan untuk mengatur jumlah aliran bahan bakar.

24

Gambar 13. Control Algorithm “FSR”


25Gambar 14. Control Algorithm “FSR”


Sebagai contoh dapat kami tampilkan data dari Gas Turbine GT1.2 yang kami ambil

pada tgl 16 Februari 2010 : Unit beroperasi pada mode Base Load Combined Cycle

dengan bahan bakar 100% Oil, IGV Full Open 85 DGA. Harga FSRSU=100%,

FSRACC=75,2%, FSRMAN=100%, FSRSD=100%, FSRN=74,6%, FSRT=68,4%,

maka output Minimum Value Gate yang terendah adalah FSRT =68,4%. Jadi sistem

kontrol gas turbine pada saat Base Load dikendalikan oleh FSRT

(FSR=FSRT=68,4%). Hanya satu fungsi kontrol yang dapat mengontrol aliran bahan

bakar ke gas turbine pada suatu waktu.

4.2. Speed Signal & Speed Relay

Bagian penting dari proses start-up / shutdown sequence control gas turbine adalah

penggunaan Speed Relay, dimana speed relay tersebut bukan berbentuk hardware

melainkan speed relay software. Speed sensor atau magnetic pickup yang dipasang

pada gas turbine jumlahnya ada 3 buah, masing masing masuk ke Controller <R>,

<S>, dan <T>. Signal output dari speed sensor adalah frequency (Hertz) yang identik

dengan putaran turbine (rpm) , selanjutnya oleh Controller <RST> dirubah menjadi

signal speed yang dinamakan TNH, yang digunakan sebagai “signal feedback” untuk

Speed Control selama turbine normal operasi, dan mengetrip turbine pada keadaan

overspeed. Signal speed TNH juga dirubah melalui software comparator pada

Controller <RST> menjadi Speed Relay, yang akan digunakan untuk proses

start-up / shutdown sequence gas turbine. Ada 7 Speed Relay yang digunakan untuk

proses start-up / shutdown sequence gas turbine. Sebagai contoh dapat dilihat pada

gambar 15, software comparator untuk Speed Relay 14 HM, untuk Speed Relay yang

26

<R><S><T> SOFTWARE

SAMPLING RATE : 0,25 SEC

SPEED LEVEL DETECTORS

A>BB

A<B

A

B

A

TNH

SET AND LATCH

RESET

L14HM

LOGIC “1” ABOVE SETPOINT

10% SPEED

9,5% SPEED

TNK14HM1

TNK14HM2

Gambar 15. SPEED RELAY L14HM


lain prinsip kerjanya sama, hanya harga Control Constantnya yang berbeda.

TNK14HM1 dan TNK14HM2 adalah harga Control Constant yang telah di SET di

Mark IV.

27


Daftar setting Speed Relay ( Speed Level Detectors )

L14HR HP Zero Speed Signal 0,06 % 0,31 %

L14HT Cooldown Slow Roll Start Speed Relay 8,4 % 2,8 %

L14HM Minimum Speed Signal 10 % 9,5%

L14HA Accelerating Full Speed Signal 50 % 40 %

L14HC Auxiliary Cranking Speed Relay 60 % 50 %

L14HF Field Flashing Speed Relay 85 % 84,5 %

L14HS HP Operating Speed Signal 95 % 94,5 %

4.3. Start Up Control - FSRSU

Start Up control fungsinya memutar gas turbine dari putaran nol sampai putaran

operasi dengan aman dan membatasi jumlah aliran bahan bakar yang dibutuhkan agar

diperoleh penyalaan atau pengapian yang optimal dan untuk mencegah “Excessive

Thermal Shock” atau “Low Cycle Fatique” pada komponen Hot Gas Path Turbine.

System controlnya adalah “open loop control”, artinya tidak membutuhkan signal

feed back, hanya berdasarkan sequence dan harga batasan FSR yang telah di-SET

atau yang telah ditetapkan. Harga batasan FSR yang telah di SET untuk startup adalah

untuk : “FIRE”, “WARM-UP”, dan “ACCELERATE LIMIT”. Harga batasan FSR

tersebut disimpan pada Control Constant dan kita tidak diijinkan untuk merubah

28

Pickup (ON) Dropout(OFF)


karena akan berpengaruh pada karakteristik start-up / shutdown gas turbine.

Jadi pada waktu Fire FSR di-SET = 21%, WARM-UP di-SET = 12%,

ACCELERATE LIMIT di-SET = 25,2%. Signal FSR startup control (FSRSU)

beroperasi melalui Minimum Value Gate (lihat gambar 13 dan 14), untuk

memastikan bahwa Speed Control dan Temperature Control dapat membatasi FSR

jika diperlukan. Selama proses startup, tingkat kenaikan putaran turbine dan

temperature exhaust dibatasi untuk melindungi bagian-bagian turbine dari “excessive

mechanical” dan “thermal stresses”. Untuk proses start-upnya dimulai dengan

Cranking motor running, 2 second kemudian starting clutch engaged (solenoid 20TU-

1 Torque converter energize), putaran turbine 0 rpm naik sampai 10% speed ditandai

dengan L14HM on, dan akan mengaktifkan system purging. Purging digunakan untuk

membersihkan ruang bakar dan exhaust duct agar tidak ada campuran gas yang

mudah terbakar. Setting Purge Timer atau Turbine Vent Timer L2TV adalah 60

second. Setelah purge timer selesai, putaran turbine menjadi ± 24% Speed, starting

clutch disengaged (solenoid 20TU-1 Torque converter de-energize) dan putaran

menuju turun (coasting down). Pada putaran 9,5% Speed L14HM off, starting clutch

engaged kembali, putaran menuju naik, dan pada 10% Speed L14HM on, dimulai

firing dengan menetapkan FSR Firing = 21% (Control Constant FSKSU_FI=21%).

Apabila dalam 60 second tidak terjadi penyalaan dalam ruang bakar (Flame detector

tidak mendeteksi api) maka gas turbine akan trip, dan muncul alarm Failure to Ignite

(Firing timer L2F=60 second). Tetapi jika terjadi penyalaan dalam ruang bakar maka

akan dilanjutkan dengan proses “Warm-UP” selama 60 second ( warm-up timer L2W

29


di set = 60 second ). Pada proses “Warm-UP” aliran bahan bakar FSR diturunkan dari

21% menjadi 12% (Control Constant FSKSU_WU Warm-up FSR di SET= 12%).

Dilakukan proses “warm-up time” atau waktu pemanasan untuk meminimalkan

thermal stresses selama proses awal start-up. Setelah menyelesaikan periode

pemanasan (warm-up periode), torque converter akan keposisi maksimum torsi dan

startup control akan menaikkan harga FSR, untuk dimulai fase “Acceleration” dari

proses startup. Speed Relay L14HA akan on dan menunjukkan turbine sedang proses

akselerasi atau percepatan.Setelah putaran naik menjadi 60% speed, Speed Relay

L14HC akan on, yang mengakibatkan solenoid 20TU-1 deenegize ( starting clutch

disengaged ), dan pada posisi ini turbine sudah dianggap mampu memutar dirinya

sendiri dan tidak dibantu lagi dari Cranking motor (self sustaining speed). Setelah

putaran naik sampai 95%, Speed Relay L14HS on, fase startup berakhir, dan FSR

dikendalikan oleh SPEED CONTROL. Pada fase ini semua peralatan bantu telah di-

shutdown. Misalnya Auxiliary lube oil Pump akan shutdown dan diambil alih oleh

Main lube oil Pump, Auxiliary Hydraulic oil Pump akan shutdown dan diambil alih

Main Hydraulic Oil Pump dan lain sebagainya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat

pada gambar 16, Mark IV Start-up Curve. Dari pengamatan dilapangan, proses dari

start-up sampai Full speed no load ( 3000 rpm ) gas turbine membutuhkan

waktu ± 15 menit.

30

FSR Firing 21% FSR Warm up 12%

Gambar 16. Mark IV Start-up Curve

Starting Clutch DisengagedL14HC on = 60% Speed

Dari Start-up sampai Full Speed no Load ± 15 menit

Full Speed no Load (3000 rpm)


31


BAB V

SPEED CONTROL

Speed Control atau Speed Governors digunakan untuk mengatur putaran dan beban

(load) gas turbine generator agar frekuensi generator tetap stabil terhadap adanya

variasi beban atau gangguan pada system. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal

harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Speed Control merupakan

system control closed loop, dimana signal feedback aktual putaran turbine (TNH)

dibandingkan dengan set point putaran (TNR). Selisih antara TNR dan TNH ini,

menghasilkan sebuah error, yang digunakan untuk mengontrol putaran turbine. TNH

singkatan dari Turbine Speed High Pressure, sedangkan TNR adalah Turbine Speed

Reference. TNR pada display Mark IV dinamakan “TNH SET”. Ada dua jenis sistem

Speed Control turbine yaitu, Droop Speed Control dan Isochronous Control.

V.1 Droop Speed Control

Untuk menerangkan mengenai Droop speed Control dan Isochronous Control di

banyak buku-buku referensi speed control memang masih agak membingungkan,

untuk itu akan kami coba menerangkan dari gas turbine generator sebelum dan

sesudah masuk jaringan. Dimisalkan turbine sudah mencapai rated speed (3000 rpm)

dan generator breaker masih open, putaran turbine (TNH) dapat diubah naik atau

turun dengan mengubah set point putaran (TNR). Menaikkan TNR dapat dilakukan

dari “Governor Control Switch Raise/Lower” pada panel generator. Apabila TNR kita

32


set = 104% (3120 rpm), maka putaran turbine (TNH) akan menyamakan

104% (3120 rpm). Jadi Set point putaran turbine (TNR) mengatur putaran turbine

bila unit belum parallel dengan jaringan. Ketika generator breaker closed, berarti

generator sudah terhubung ke jaringan maka akan terjadi Load Sharing (berbagi

beban) dengan generator lain, sehingga putaran turbine generator ditentukan oleh

frekuensi system (frekuensi jaringan). Putaran turbine (TNH) tidak dapat lagi diubah

dengan mengubah set point putaran turbine (TNR), karena mereka semua terhubung

bersama dalam jaringan dan rotor generator mereka terkunci (terikat) pada

sinkronisme atau synchronous speed. Sekarang frekuensi generator ditentukan oleh

frekuensi jaringan, sehingga tidak ada generator dapat berputar lebih cepat atau lebih

lambat dibandingkan dengan generator lainnya. Jadi TNR berfungsi untuk mengatur

beban bila unit sudah paralel ( masuk jaringan ), dan Speed Control loop berpindah

sebagai Load Control loop. TNR bisa dinaikkan atau diturunkan secara manual

menggunakan Governor Switch Raise / Lower pada Generator control panel, atau

secara Auto melalui Speedtronic Mark IV. Pada kondisi ideal (ambient temperature

sesuai desain ) rated load (base load) gas turbine MS9001E adalah 107,86 MW bila

beroperasi menggunakan natural gas, dan 105,76 MW bila menggunakan Distillate

oil. Ketika mode operasi Base Load tersebut, TNR akan berada pada = 104%, dan

TNH akan tetap pada 100% bila frekuensi jaringan stabil. Jadi pada kondisi generator

sudah masuk jaringan atau sudah berbeban, TNH tidak bisa menyamakan dengan

TNR. Error signal yang merupakan selisih antara TNR dikurangi TNH pada rated

load (base load), itulah yang dinamakan “Droop Speed Control” atau biasa disebut

33


Speed Droop. Untuk Gas turbine MS9001E Muara Karang, TNR pada kondisi Base

Load =104%, TNH = 100%, jadi Speed Droopnya = 104% - 100% = 4%. Jika Speed

Droop diSet 4%, maka perubahan 1% Speed akan menghasilkan perubahan dalam

aliran bahan bakar yang setara dengan 25% rated load. Gas turbine dengan speed

droop lebih kecil akan merespon perubahan beban lebih cepat dibandingkan dengann

speed droop yang lebih besar, tetapi bila speed droopnya terlalu kecil bisa

mengakibatkan frekuensi generator berosilasi. Speed Droop adalah Proportional

Control, yang tidak memiliki integral control, outputnya adalah proportional /

sebanding dengan besarnya error yang terjadi. Berikut definisi Speed Droop yang

kami himpun dari berbagai sumber :

Speed Droop adalah karakteristik governor yaitu besarnya perubahan putaran

turbin terhadap putaran nominal untuk perubahan beban 100%. Speed Droop

4% artinya putaran turbine akan turun 4% dari putaran nominal, bila turbine

dari beban 0% langsung dibebani 100%, atau sebaliknya putaran turbine akan

naik 4% jika beban turbine dilepas (dihilangkan dari 100% menjadi 0%).

Speed Droop adalah sensifitas unit terhadap perubahan frekuensi jaringan,

yang memiliki speed droop kecil akan menanggung prosentase perubahan

beban lebih banyak.

Speed Droop = ( frekuensi beban kosong ) – ( frekuensi beban penuh )

frekuensi beban penuh

34


Pada gambar 17, Droop Speed Control Curve dapat dilihat bahwa pada garis tegak

lurus menunjukkan harga TNR yang rangenya dari 95% sampai 107%. TNR ini

berfungsi sebagai load changer, karena bila TNR berubah naik atau turun maka beban

(load) generator juga berubah naik / turun juga. Garis mendatar menunjukan

harga FSR yang identik dengan beban (load) generator. Pada gambar tertulis rated

35

Gambar 17. Droop Speed Control Curve


FSR = 73,8%, FSNL FSR = 19,1% , FSR Min = 10,6% adalah data dari gas turbine

control specification.

TNR = TNH + MW

100% TNH = 3000 RPM

104% TNR = 100% TNH + 115 MW ( dimisalkan Base Loadnya = 115 MW )

103% TNR = 100% TNH + 86,25 MW

102% TNR = 100% TNH + 57,5 MW

101% TNR = 100% TNH +28,75 MW

1% Droop = 25% Base Load

V.2 Isochronous Control

Ketika gas turbine digunakan dalam system dimana putaran atau frekuensi generator

tidak ditentukan oleh System, maka digunakan Isochronous Speed Control. Dalam

mode operasi ini, speed signal dibandingkan dengan speed reference dan errornya

dimasukkan melalui integrator. System control ini akan merubah FSR bila

diperlukan, untuk menyamakan actual turbine speed signal dengan set point signal

pada summing junction. Selama perbedaan antara signal TNR dan TNH ada,

integrator akan terus menaikkan atau menurunkan FSR sampai tidak ada error signal.

Ini adalah system yang bekerja cepat yang akan mempertahankan putaran turbine

36


stabil atau konstan meskipun terjadi perubahan beban. Isochronous control adalah

Proportional Integral Control. Untuk gas turbine MS9001E di Muara Karang tidak

menggunakan Isochronous Control.

V.3 Daerah kerja Speed Control

Speed Control mulai bekerja setelah putaran turbine mencapai rated speed atau Full

Speed No Load (3000 rpm), sampai mendekati Base Load atau beban maximum.

Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada gambar dibawah :

Base Load = Exhaust Temp Control

Part Load = Speed Control Daerah kerja Speed Control

Zero Load / FSNL = ----------------- ( Full Speed No Load)

Dengan Zero Load atau Full Speed no Load pada bagian bawah dan Base Load pada

bagian atas, Part Load (partial load) adalah beban diantara Zero Load dan Base Load

(mendekati Base Load). Jika Gas Turbine beroperasi pada Part Load maka system

37


control yang bekerja adalah Speed Control. Ketika unit beroperasi pada Base Load

maka system control yang bekerja adalah Exhaust Temperature Control.

Pre-Selected Load adalah pembebanan unit dengan beban yang besarnya sesuai

dengan harga setpoint yang telah ditentukan pada Speedtronic turbine control system .

Untuk Gas Turbine Generator Muara Karang, di set pada harga 25 MW

(Control Constant LK90PSEL). Pre-Select Load Control secara otomatis mengatur

turbine speed reference (TNR) untuk mempertahankan load setpoint. Spinning

Reserve adalah pembebanan unit pada saat generator baru masuk jaringan

( Generator Breaker Close ) dengan beban yang besarnya sesuai dengan harga setpoint

yang telah ditentukan pada Speedtronic turbine control system.Untuk Gas Turbine

Generator Muara Karang diset pada harga 5MW (Control Constant LK90SPIN).

38

Full Speed No Load

Error Signal

L83ISOKL83ISOK

FSRNI

X

FSKRN2

MEDIAN SELECT

FSR Max

FSKRN1

Max Limit

Min LimitFSR Min

Droop Gain

FSRN

Speed FSR

100%

17%

15.05% / %N

Reference

Feed Back

TNR

TNH

- +

+ +

+

Gambar 18. Control Algorithm FSRN


V.4. Software Speed Control

FSR Max = Fuel Stroke Reference Maximum, settingnya = 100%

FSR Min = Fuel Stroke Reference minimum

FSKRN1 = Full Speed No Load FSR Constant, settingnya = 17%

39


FSKRN2 = Droop Speed Control Proportional Gain,settingnya = 15.05% / %N

TNR = Turbine Speed Reference ( Set Point putaran turbine ) %

TNH = Turbine Speed High Pressure (Actual putaran turbine) %

FSRN = Fuel Stroke Reference Speed Control (%)

FSRNI = Isochronous FSR Speed Control

L83ISOK = Isochronous Speed Control Selected, karena tidak menggunakan

mode Isochronous maka L83ISOK logicnya = 0, sehingga FSRNI tidak ikut

dijumlahkan.

Control Algorithm FSRN pada gambar 18 menghitung harga FSRN. Ketika turbine

sudah mencapai Full Speed No Load ( 3000 rpm ) dan generator breaker masih open,

putaran turbine (TNH) dapat diubah dengan mengubah Turbine Speed Reference

(TNR). Idealnya, TNH akan selalu sama dengan TNR, sehingga error signal

dari summing junction akan nol dan FSRN akan sama dengan FSKRN1.

FSKRN1 adalah control constant yang settingnya disesuaikan sehingga ketika TNR

100% maka TNH akan sama 100%. FSKRN1 menetapkan besarnya Full Speed No

Load FSRN. Pengertian Full Speed No Load artinya turbine pada putaran rated speed

(3000 rpm) tanpa beban eksternal dari generator, namun turbine memiliki beban dari

axial flow compressor. Pada kenyataanya pada saat turbine mulai distart sampai

dengan steady state (Full Speed No Load) TNR diset pada harga 100.3% lebih tinggi

sedikit untuk persiapan sinkron ke jaringan. Alasan TNR dibuat 100,3% pada waktu

40


Full Speed no Load adalah agar putaran turbine generator naik 0,3% diatas frekuensi

sinkron (frekuensi jaringan), sehingga proses sinkron generator dengan jaringan bisa

lebih cepat.

Persamaan linear untuk FSRN adalah sebagai berikut :

FSRN = ((TNR - TNH) * FSKRN2) + FSKRN1

Atau dapat kita rubah persamaan linear tsb sebagai berikut :

FSRN = (FSKRN2 * (TNR – TNH)) + FSKRN1

Sekarang, lebih seperti f(x) = mx + b, yaitu ‘m’ (FSKRN2) adalah “gain” dan ‘b’

(FSKRN1) adalah “offset”. Dan “variable” dari ‘x’ (TNR – TNH) adalah dua variable

yaitu : Turbine Speed Reference (TNR) dan Actual Turbine Speed (TNH). Jadi error

signal dapat berubah untuk salah satu dari dua alasan : perubahan dalam speed

reference (TNR) atau perubahan pada actual speed (TNH). Ketika frekuensi jaringan

berubah, putaran turbine generator (TNH) akan ikut berubah, maka speed control

secara otomatis bereaksi dengan adanya perubahan error signal (TNR – TNH) dan

akan mengatur bahan bakar untuk mengimbangi perubahan actual putaran turbine

terhadap speed reference (set point putaran).

41


BAB VI

TEMPERATURE CONTROL

Temperature control pada gas turbine bekerja pada beban maximum atau base load,

dan digunakan untuk mengontrol atau membatasi aliran bahan bakar agar turbine

firing temperature tidak melebihi design temperature yang diijinkan sehingga tidak

akan merusak atau memperpendek umur dari komponen hot gas path turbine.

Komponen hot gas path turbine tersebut adalah combustion liner, transition piece,

turbine nozzle, buckets turbine, stator shrouds, dan lain sebagainya. Firing

temperature adalah temperature gas panas pada first stage nozzle turbine, yang

temperaturenya sangat tinggi yaitu mencapai 1124 deg C. Karena temperaturenya

sangat tinggi maka sulit untuk mengukur secara langsung menggunakan temperature

sensor seperti thermocouple. Dari hubungan thermodinamika dan gas turbine

performance calculations, maka firing temperature Tf dapat dihitung secara empiris

menggunakan fungsi dari exhaust temperature dan compressor discharge pressure

(CPD). Firing temperature juga dapat ditentukan sebagai fungsi dari exhaust

temperature dan konsumsi bahan bakar atau perintah aliran bahan bakar (FSR).

Hubungan ini diperlihatkan pada gambar 19. Lines “Constant Firing Temperature”

digunakan untuk membatasi exhaust temperature gas turbine. Dipilihnya exhaust

temperature untuk menentukan firing temperature karena temperaturnya lebih rendah

sehingga memungkinkan untuk memasang temperature sensor seperti thermocouple.

Exhaust temperature tersebut temperaturenya ± 549 deg C untuk operasi base load

simple cycle, dan ± 554 deg C untuk operasi base load combined cycle.

42


Exhaust temperature sensornya menggunakan thermocouple type K, jumlahnya ada

24 buah dipasang pada exhaust plenum.

43

EXH

AUST

TE

MPE

RATU

RE (T

x) ISOTHERMAL

COMPRESSOR DISCHARGE PRESSURE (CPD)

EXH

AUST

TE

MPE

RATU

RE (T

x)

ISOTHERMAL

FUEL STROKE REFERENCE (FSR)


Gambar 19. Exhaust Temperature Control Curve.

VI.1. Temperature Control Bias Program

Exhaust temperature control dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Primary exhaust temperature control atau biasa disebut CPD bias exhaust

temperature control, yaitu perhitungan firing temperaturenya ditentukan oleh

parameter exhaust temperature dan compressor discharge pressure ( CPD ).

2. Secondary exhaust temperature control atau biasa disebut FSR bias exhaust

temperature control, perhitungan firing temperaturenya ditentukan oleh parameter

exhaust temperature dan fuel consumption (FSR).

Pada Speedtronic Mark IV, firing temperature dibatasi oleh fungsi linear exhaust

temperature dan compressor discharge pressure (CPD), dan di-back up oleh fungsi

linear exhaust temperature dan FSR (lihat gambar 19). Pada kondisi normal unit

didesign beroperasi menggunakan primary exhaust temperature control. Secondary

exhaust temperature control hanya digunakan apabila compressor discharge pressure

(CPD) tidak tersedia sebagai bias (misalnya karena transmitter CPD rusak).

Temperature control bias program menghitung setpoint exhaust temperature control

berdasarkan CPD dan control constant dari tabel referensi temperature yang dipilih.

Program juga menghitung setpoint exhaust temperature yang lain berdasarkan FSR

dan control constant dari tabel referensi temperature yang diplih.

44


Control constant TTKn_C (CPD bias corner) dan TTKn_S (CPD bias slope) dengan

data CPD menentukan setpoint CPD bias exhaust temperature ( TTRXP ).

Control constant TTKn_K (FSR bias corner) dan TTKn_M (FSR bias slope) dengan

data FSR menentukan setpoint FSR bias exhaust temperature ( TTRXS ). Besarnya

nilai control constant telah di “SET” pada Mark IV. Temperature control bias

program juga memilih setpoint isothermal TTKn_I. Selanjutnya program akan

memilih harga minimum dari 3 setpoint melalui “Min Sel”, yaitu setpoint CPD bias,

setpoint FSR bias, dan setpoint isothermal. Output dari “Min Sel” akan digunakan

sebagai setpoint exhaust temperature control (TTRXB). Selama normal operasi

dengan bahan bakar gas atau minyak, yang dipilih adalah CPD bias control dengan

isothermal limit.

Untuk lebih jelasnya lihat gambar 20, Software Temperature Control Reference.

Logic sequence L83JTn (Temperature Control Curve Select), dimana “n” adalah 0

sampai 3 yaitu :

L83JT0 = Simple Cycle Base Temperature Control Curve

L83JT1 = Simple Cycle Peak Temperature Control Curve

L83JT2 = Combined Cycle Base Temperature Control Curve

L83JT3 = Combined Cycle Peak Temperature Control Curve

Untuk Gas turbine MS9001E di Muara Karang tidak ada mode operasi Peak Load,

yang ada hanya Base Load, sehingga yang digunakan hanya L83JT0 dan L83JT2.

45


TTKn_K (FSR bias corner) adalah harga control constant yang telah di”SET”, dimana

“n” adalah 0 sampai 3 dengan harga setting nya sebagai berikut :

TTK0_K = 76,6%, TTK1_K = 76,6%, TTK2_K = 79,4%, TTK3_K = 79,4%.

TTKn_M (FSR bias slope) adalah harga control constant yang telah di “SET”, dimana


TTK0_M =1,62 C/%,TTK1_M =1,62 C/%,TTK2_M =1,77 C/%,TTK3_M =1,77 C/%

TTKn_I (Isothermal setpoint), adalah harga control constant yang telah di “SET”,

dimana “n” adalah 0 sampai 3 dengan harga setting nya sebagai berikut :

TTK0_I = 549 deg C,TTK1_I = 549 deg C,TTK2_I = 554 deg C,TTK3_I = 554 deg C

TTKn_C (CPD bias corner), adalah harga control constant yang telah di “SET”,

dimana “n” adalah 0 sampai 3 dengan harga setting nya sebagai berikut :

TTK0_C =10,05 bar, TTK1_C =10,05 bar, TTK2_C =10,17 bar, TTK3_C =10,17 bar

TTKn_S (CPD bias slope), adalah harga control constant yang telah di “SET”, dimana


TTK0_S=14,9C/bar,TTK1_S=14,9C/bar,TTK2_S =16,2 C/bar,TTK3_S = 16,2 C/bar

Sebagai contoh unit beroperasi dengan mode Base Load Combined Cycle, maka logic

sequence L83JTn yang aktif atau logic “1” adalah L83JT2, dan Control Constant yang

digunakan dalam perhitungan adalah : TTK2_K, TTK2_M, TTK2_I, TTK2_C,

TTK2_S.

46


TTRXP = Turbine Temperature Reference Exhaust Primary

TTRXS = Turbine Temperature Reference Exhaust Secondary

Apabila TTRXP lebih kecil dari TTRXS maka Temperature Control yang bekerja

adalah CPD bias, dan bila TTRXP lebih besar dari TTRXS maka Temperature

Control yang bekerja adalah FSR bias ( TTRXP dan TTRXS melewati “Min Sel” ).

Rumusnya adalah sbb:

TTRXP = TTKn_I – (( CPD - TTKn_C ) * TTKn_S )

TTRXS = TTKn_I – (( FSR - TTKn_K ) * TTKn_M )

Kita tidak boleh merubah harga Control Constant Temperature Control karena akan

merubah bentuk curvenya yang dapat menimbulkan kerusakan atau memperpendek

umur dari komponen Hot Gas Path Turbine.

47

TTK0_S

TTK0_I

TTK0_C

CPD ( BAR )Primary Exhaust Temperature Control

10.05 bar

14.9 deg C/bar

549 deg C

TTRX(TTXM)Deg C

TTK0_I

TTK0_M

TTK0_K

FSR %Back Up Exhaust Temperature Control

76,6 %

1,62 deg C/%

549 deg C

TTRX(TTXM)Deg C


48

EXHAUST TEMPERATURE CONTROL CURVE

BASE LOAD SIMPLE CYCLE

TTK2_I

TTK2_S

TTK2_C

CPD ( BAR )Primary Exhaust Temperature Control

10.17 bar

16,2 deg C/bar

554 deg C

TTRX(TTXM)Deg C

TTK2_I

TTK2_M

TTK2_K

FSR %Back Up Exhaust Temperature Control

79,4 %

1,77 deg C/%

554 deg C

TTRX(TTXM)Deg C


49

EXHAUST TEMPERATURE CONTROL CURVE

BASE LOAD COMBINED CYCLE


50

Gambar 20, Software Temperature Control Reference


VI.2. Temperature Control Command Program

Temperature control command program membandingkan setpoint exhaust

temperature control (TTRXB) dengan exhaust temperature yang diperoleh dari

thermocouple yang terpasang di exhaust plenum (TTXM). Output dari “Median

Select” adalah FSRT yang akan digunakan untuk mengatur aliran bahan bakar pada

kondisi Base Load. (lihat gambar 21).

Gambar 21 FSR Temperature Control

51


DAFTAR PUSTAKA

1. MS9001E GAS TURBINE-GENERATOR FUNDAMENTALS TRAINING,

GENERAL ELECTRIC, USA

2. SPEEDTRONIC MARK IV CONTROL-DESCRIPTION AND

APPLICATION VOLUME I DAN II, GENERAL ELECTRIC, USA

3. SPEEDTRONIC MARK IV CONTROL-SPECIFICATION AND

ELEMENTARY DRAWINGS VOLUME I DAN II, GENERAL ELECTRIC,

USA

4. GENERAL ELECTRIC GAS TURBINE DESIGN PHILOSOPHY : D.E

BRANDT

5. OPERASI SISTEM TENAGA LISTRIK : Ir.DJITENG MARSUDI

6. http://www.control.com/thread/1026217689

7. http://www.control.com/thread/1253097292

8. WECC TUTORIAL ON SPEED GOVERNORS : HOA D.VU & J.C.AGEE

52

http://www.control.com/thread/1253097292

http://www.control.com/thread/1026217689

Sistem Kontrol Gas Turbine

Documents

Transcript of Sistem Kontrol Gas Turbine