docdownloader.com-pdf-sistem-kontrol-gas-turbine-dd 6f1a4d2db85179fbb7fe4169f3e9320d (1)

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 (sistembahan 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, sedang turbine
terdiri dari 3 tingkat, dengan 14 ruang bakar. Untuk alat start mula dari gas turbine
adalah menggunakan motor listrik (Cranking motor).
1
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
aliran udara kompresor. Pada compressor tingkat 11 terdapat 4 buah valve
ekstraksi atau biasa disebut compressor blade valve, sebelah kiri 2 buah atas-
2
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
.
Tempat pengambilan
udara pendingin 1st and
2nd stage bucket turbine
pada sudu compressor
antara tingkat 16 dan 17.
Gambar 1 Rotor Compressor
5
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
First Stage
Bucket Cooling
Holes
Gambar 3 lobang pendingin sudu
turbine tingkat 1
6
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Second Stage
Bucket
Cooling holes
Gambar 4 lobang pendingin sudu
turbine tingkat 2
Gambar 5.Ruang Dalam Turbine
7
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
2.2. PRINSIP KERJA GAS TURBINE
Combustor
Exhaust Gas
Fuel
Cranking
Motor
Torque
Converter
Accessory
Gear
Compressor
Turbine
Generator
Inlet Air
Gambar 6. Simple-cycle, single-shaft gas 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
8
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
(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
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.
9
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
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>. Masingmasing Controller <RST> adalah identik yang fungsinya melakukan “critical” turbine
control, proteksi, proses sekuensial, terhadap operasi gas turbine, dan melakukan
10
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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 sendirisendiri 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.
11
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Controller
<R>
Controller
<S>
Controller
<T>
Power Supply
Controller <R>
Power Supply
Controller <S>
Power Supply
Controller <T>
Gambar 7. Controller <RST> dan Power Supply
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.
12
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
“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.
13
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
3.3. Block Diagram Mark IV
Three Redundant Controllers
for Control & Protection
PS = Power Supply
PS
Three
Coil
Servos
Controller
<R>
Redundant
Sensor Inputs
Fuel &
IGV
Control
PS
Controller
<S>
PS
PS
PS
Relay
Output
Modules
Voted
Contact
Outputs
Controller
<T>
To Remote
Control And/Or
Data Logging
PS
Sensor
Inputs
Communicator <C>
Remote
Commands
CRT Operator
Interface
Gambar 8. Block Diagram Mark IV
14
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Pada gambar 8 menunjukkan sebuah block diagram Speedtronic Mark IV. Ada 3
Controller <R>, <S>, <T> masing-masing memiliki input dan output, dan masingmasing 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,
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
15
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
USB to Serial
Converter
Controller
<R>
Kabel UTP
Communicator
<C>
Port Parallel
DB-25 pada
card HMPK
Controller
<S>
Controller
<T>
Port USB
Gambar 9. Cara menghubungkan Laptop ke Mark IV
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
16
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
perlu menggunakan komputer atau laptop, Sebagai contoh pada gambar 10, kita akan
membuat Sequencing Function sebagai berikut :
L14HSX
L1Z
L63QA2L
L52QA1A
L4QA
L14HSZ
Gambar 10. Sequencing Function (Rung L4QA)
17
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
STO
ANS = AND Stack Variable
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.
18
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
19
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
3-Coil Torque Motor masingmasing ke Controller <R>,<S>,<T>
Gambar 11. Servo-Valve Schematic
20
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Gambar 12. Servo Positioning Loops
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
21
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
22
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Speedtronic Control loops
Fuel
FSRSU
FSRACC
FSRN
FSRT
FSR
MINIMUM FSR
FUEL
GATE
SYSTEM
FSRSD
FSRMAN
To
Turbine
5
Gambar 13. Control Algorithm “FSR”
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.
23
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Gambar 14. Control Algorithm “FSR”
24
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
25
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
lain prinsip kerjanya sama, hanya harga Control Constantnya yang berbeda.
TNK14HM1 dan TNK14HM2 adalah harga Control Constant yang telah di SET di
Mark IV.
<R><S><T> SOFTWARE
SPEED LEVEL DETECTORS
TNH
10% SPEED
TNK14HM1
9,5% SPEED
TNK14HM2
A
B
SET
AND
LATCH
A
RESET
A>B
L14HM
LOGIC “1”
ABOVE
SETPOINT
A<B
B
SAMPLING RATE : 0,25 SEC
Gambar 15. SPEED RELAY L14HM
26
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Daftar setting Speed Relay ( Speed Level Detectors )
Pickup (ON)
Dropout(OFF)
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
27
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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 20TU1 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
di set = 60 second ). Pada proses “Warm-UP” aliran bahan bakar FSR diturunkan dari
28
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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 dishutdown. 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.
29
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Full Speed no Load (3000 rpm)
Dari Start-up sampai Full Speed no Load ± 15 menit
Starting Clutch Disengaged
FSR Firing 21%
FSR Warm up 12%
L14HC on = 60% Speed
Gambar 16. Mark IV Start-up Curve
30
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
31
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
Speed Droop. Untuk Gas turbine MS9001E Muara Karang, TNR pada kondisi Base
32
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
33
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
DROOP SPEED CONTROL CURVE
HIGH SPEED STOP
TNR = TNH + MW
104
102
FSNL
TNR MIN 95
57,5 MW
MAX FSR (100%)
LOW SPEED STOP
RATED FSR (73,8%)
FSNL FSR (19,1%)
100
MINIMUM FSR (10,6%)
SPEED REFERENCE % (TNR)
107
TNR MAX
115 MW
FSR ( LOAD )
11
Gambar 17. Droop Speed Control Curve
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
34
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
35
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
Zero Load / FSNL
= ----------------- ( Full Speed No Load)
Daerah kerja Speed Control
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
36
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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).
37
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
V.4. Software Speed Control
100%
Max Limit
FSR Max
FSR Min
Min Limit
FSRN
17%
MEDIAN
SELECT
Full Speed No Load
FSKRN1
15.05% / %N
Speed
FSR
Droop Gain
FSKRN2
TNR
Error
Signal
Reference
+
-
X
+
+
+
Feed Back
TNH
L83ISOK
L83ISOK
FSRNI
Gambar 18. Control Algorithm FSRN
FSR Max = Fuel Stroke Reference Maximum, settingnya = 100%
FSR Min
= Fuel Stroke Reference minimum
FSKRN1 = Full Speed No Load FSR Constant, settingnya = 17%
38
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
39
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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).
40
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
41
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Exhaust temperature sensornya menggunakan thermocouple type K, jumlahnya ada
24 buah dipasang pada exhaust plenum.
Gambar 19. Exhaust Temperature Control Curve.
42
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
Control constant TTKn_C (CPD bias corner) dan TTKn_S (CPD bias slope) dengan
data CPD menentukan setpoint CPD bias exhaust temperature ( TTRXP ).
43
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
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 :
44
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
“n” adalah 0 sampai 3 dengan harga setting nya sebagai berikut :
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
“n” adalah 0 sampai 3 dengan harga setting nya sebagai berikut :
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.
TTRXP = Turbine Temperature Reference Exhaust Primary
TTRXS = Turbine Temperature Reference Exhaust Secondary
45
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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.
46
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
EXHAUST TEMPERATURE CONTROL CURVE
BASE LOAD SIMPLE CYCLE
10.05 bar
549 deg C
TTK0_I
TTRX
TTK0_C
14.9 deg C/bar
(TTXM)
Deg C
TTK0_S
CPD ( BAR )
Primary Exhaust Temperature Control
76,6 %
549 deg C
TTK0_I
TTRX
TTK0_K
(TTXM)
1,62 deg C/%
Deg C
TTK0_M
FSR %
Back Up Exhaust Temperature Control
47
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
EXHAUST TEMPERATURE CONTROL CURVE
BASE LOAD COMBINED CYCLE
10.17 bar
554 deg C
TTK2_I
TTRX
TTK2_C
(TTXM)
16,2 deg C/bar
Deg C
TTK2_S
CPD ( BAR )
Primary Exhaust Temperature Control
79,4 %
554 deg C
TTK2_I
TTRX
TTK2_K
(TTXM)
1,77 deg C/%
Deg C
TTK2_M
FSR %
Back Up Exhaust Temperature Control
48
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
Gambar 20, Software Temperature Control Reference
49
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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).
FSR TEMPERATURE CONTROL
100%
MIN
MEDIAN SELECT
0%
MAX
GAIN
0.360
X
TTRXB
TTXM
3.3 sec
FSR
A
FSRT
TIME CONST
OUT
B
RESET
OUT = B
6
Gambar 21 FSR Temperature Control
50
Sistem Kontrol Gas Turbine GE MS9001E
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
51