## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)

## Analisis Gangguan Static Frequency Converter (SFC) PLTG Gilimanuk

## Reza Adisetia Saputra, I Wayan Sugarayasa, I Nyoman Gede Adrama
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Informatika, Universitas Pendidikan Nasional E-mail : sugarayasa@undiknas.ac.id
ABSTRACT : The electricity system in Bali is supported by several generators, including PLTD / G Pesanggaran, PLTG Gilimanuk, PLTG Pemaron, Sea Cables and IPP Generators in meeting electricity needs in Bali, which can supply electricity needs at the greatest peak load of 940 MW. Along with the increasing various types of electricity consumers in Bali, the performance of each operation is demanded to be in prime condition.However, it does not rule out the disturbance will occur over time, among others, at the Gilimanuk PLTG, an SFC interruption with Card Processor Error Indication and, the Gilimanuk PLTG unit failed to start with an indication on the HMI SSD N. Alarm caused by damage to the 24VDC "traco power switching supply module". PLTG Gilimanuk Simple Cycle ABB 13E2 uses Static Frequency Converter (SFC) as the initial mover by turning the generator into a motor to rotate the turbine to 85% speed. With a disturbance in the processor module it resulted in a failure to start the GT Gilimanuk. Root Cause Analysis tool which is quite easy to do to help find the root of the problem or cause and effect in dealing with future problems. One way to do this is by using the FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) tool, Fish Bone Analysis and Fault Tree Analysis.
Keyword : Disruption of SFC, Bali Electrical System, PLTG Gilimanuk, Static Frequency Converter,RCFA

## PENDAHULUAN
PLTG  Gilimanuk dengan tipe pembangkit Simple Cycle ABB 13E2 menggunakan sistem Static Frequency Converter ( SFC ) sebagai penggerak awal dengan memfungsikan generator menjadi motor, untuk membangkitkan fluxmagne t pada stator generator menggunakan tegangan auxiliary 2.1 kV melalui GCB Breaker 2.1 kV yang disearahkan lewat diode SCR diatur frequency kontrolnya dengan menggunakan module SFC. Bersamaan dengan itu, untuk membangkitkan fluxmagnet pada rotor generator menggunakan tegangan auxiliary 400 Volt yang diatur frequency kontrolnya menggunakan module control dan trafo sebagai power supply card module SFC. Module card processor mengatur kerja SCR untuk mengatur tegangan yang dialirkan ke stator generator sehingga generator difungsikan sebagai motor untuk memutar turbin sampai putaran 85% speed . Dengan adanya gangguan  pada module processor mengakibatkan kegagalan pada start GT Gilimanuk. Tahun 2007 terjadi gangguan SFC dengan Indikasi Card Processo Error dan  Februari 2018, unit PLTG Gilimanuk mengalami gagal start dengan indikasi pada HMI SSD N.Alarm yang disebabkan kerusakan modul power switching supply 24VDC “traco”

## Tujuan Penelitian
Untuk memastikan tidak terjadi gangguan berulang pada sistem SFC sehingga tidak mengalami gagal start sebagai berikut :
1. Untuk memastikan proses berjalan sesuai dengan prosedur
2. Menganalisa gangguan operasional unit pembangkit akibat SFC
3. Mengatasi masalah kegagalan start akibat SFC
4. Menjaga keandalan dan kesiapan unit pembangkit 5. Improvement peralatan dan inovasi
6. mengukur tingkat  kebocoran gas pada flange main gas header PLTDG 200 MW Pesanggaran dengan Arduino
7. Dapat mengirim notifikasi dan data pengukuran tingkat kebocoran gas secara real time dan dapat diakses secara online 8. Dapat merealisasikan perangkat keras dan perangkat lunak pada rancang bangun alat pendeteksi kebocoran gas LNG pada main gas header PLTDG 200 MW Pesanggaran
LANDASAN TEORI 2.1 Static Frequency Converter SFC adalah suatu peralatan sejenis Variable Speed Drive (VSD) yang digunakan untuk proses start up pada generator. SFC dapat mengubah fungsi generator sinkron menjadi motor sinkron sampai

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
turbin gas dapat berputar secara independen. Ada 2 mode pada operasi start up, dimana mode ini dilakukan oleh inverter : 1.Load Commutation mode 2.Pulse Mode
Gambar 2.1 Wiring SFC
Tegangan jaringan diturunkan menggunakan transformer step down hingga menjadi tegangan yang cocok untuk rating input converter. Converter mengkonversi tegangan AC ke DC. Dengan mengatur frekuensi trigger pada thrystor maka tegangan DC yang dihasilkan bervariasi.
DC Reactor menghilangkan riak dan Inverter mengubah tegangan DC ke AC. Karena output converter adalah DC variable , maka tegangan AC yang dihasilkan inverter adalah tegangan AC variable artinya frekuensinya dapat diubah tergantung pengaturan trigger thrystor pada converter . Generator akan bertindak sebagai motor sinkron selama start up . Perlahan dari kondisi turning sampai kecepatan sesuai set-nya (3000 rpm). Panel kontrol SFC mengontrol converte r dan inverter, dan mengawasi sinyal error dari peralatan tersebut. Kumparan rotor generator di eksitasi tegangan DC oleh eksiter dan menghasilkan medan magnet. Output SFC berupa tegangan AC dengan frekuensi variable dihubungkan ke kumparan stator dan menghasilkan medan magnet. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron). Dalam keadaan ini fungsi generator sinkron diubah jadi motor sinkron. Putaran motor sinkron ditingkatkan hingga  turbin dapat berputar secara independen. Static Frequency Converter (SFC), peralatan start yang digunakan untuk starting generator kerap kali bermasalah saat akan dijalankan. Permasalahan yang menimpa GT yang ada bermacam-macam. Mulai dari card yang rusak, putaran yang terbalik, hingga gangguan ke peralatan yang berada di dekat situ. Saat card controller dari SFC rusak maka SFC tidak dapat digunakan, atau start menggunakan SFC unit lain. Jika GT tidak start maka generator GT di Gilimanuk yang berkapasitas 130 MW tidak dapat bekerja dan dengan asumsi harga listrik Rp. 5.500,-  / kWh perusahaan akan kehilangan potensi pendapatan sekitar 130 x 1000 x 5.500 = Rp. 710.500.000,- per jam. Penyebab seringnya gangguan di SFC ini bisa bermacam-macam.    Salah satunya karena kurang
halusnya proses pembentukan gelombang. Arus yang akan disuplai ke generator/motor diolah terlebih dahulu. Proses ini terkadang menghasilkan bentuk gelombang yang terdistorsi, atau bentuk gelombang tidak sesuai yang diinginkan seperti DC yang tidak sempurna dan lain sebagainya. Bentuk gelombang ini lalu ditangkap dan digunakan oleh beberapa peralatan sensor untuk digunakan sebagai input ke beberapa relay atau controller SFC yang umumnya terdiri dari card-card yang amat sensitif sekali. Oleh karena itu distorsi yang parah digelombang bisa jadi dapat mengakibatkan card dan peralatan sensor bekerja tidak semestinya, bahkan mungkin saja distorsi ini dianggap sinyal gangguan oleh suatu relay (fake signal) . Oleh karena itu perlu dilihat dan dievaluasi apakah fungsi choke (filter) gelombang yang selama ini digunakan di DC link sudah cukup aman atau perlu dirubah.

## 2.2 Metode Analisis
Metode Analisis data berbeda dengan teknik analisis data walaupun bunyinya serupa. Metode lebih merujuk kepada pendekatan yang lebih umum dan di dalamnya terdapat teknik dari pendekatan tersebut. Metode penelitian secara garis besar dibagi dua bagian yaitu metode kuantitatif dan metode kualitatif. sedangkan dalam metode kuantitatif sendiri terdapat berbagai macam teknik analisis seperti teknik korelasional, regresi, komparasi, deskriptif dan sejenisnya. ilustrasi: analisis data  Metode analisis data kuantitatif adalah pendekatan pengolahan data melalui metode statistik atau matematik yang terkumpul dari data sekunder ataupun data sekunder. Kelebihan dari metode ini dalah kesimpulan yang lebih terukur dan komprehensif.

## 2.2.1 Fish Bone Analisys
Fishbone diagram akan mengidentifikasi berbagai sebab potensial dari satu efek atau  masalah, dan menganalisis masalah tersebut melalui sesi brainstorming. Masalah akan dipecah menjadi sejumlah kategori yang berkaitan, mencakup manusia, material, mesin, prosedur, kebijakan, dan sebagainya atau 5M 1E. Setiap kategori mempunyai sebab-sebab yang perlu diuraikan melalui sesi brainstorming .
2.2.2  Sequence of Event Analisa dari setiap event/sequence : peristiwa- peristiwa yang terjadi secara kronologis/berurutan pada unit pembangkit.

## 2.2.3  Fault Tree Analysis
Analisis diagram terstruktur yang mengidentifikasi elemen-elemen yang dapat menyebabkan kegagalan sistem. Teknik ini didasarkan pada logika deduktif dan dapat disesuaikan dengan identifikasi risiko untuk menganalisis bagaimana dampak risiko yang

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
muncul. Penerapan teknik ini secara efektif membutuhkan penjelasan mendetail tentang area yang sedang dibahas. Hasil yang tidak diinginkan pertama kali diidentifikasi dan kemudian semua kemungkinan kondisi/kegagalan yang mengarah pada peristiwa tersebut lalu diidentifikasi. Dalam hal ini untuk mengungkapkan unsur-unsur yang berpotensi berbahaya pada setiap fase proyek.

## METODE PENELITIAN
Lokasi yang dipilih adalah PT Indonesa Power Gilimanuk-Bali, dalam pembuatan Tugas Akhir ini penulis menggunakan metode dengan cara: Dalam metode pengumpulan data yang dilakukan adalah sebagai berikut : a. Observasi Pengumpulan data dilakukan dengan observasi, studi dokumentasi, di unit PLTG Gilimanuk. b. Wawancara Wawancara dilakukan dengan berkomunikasi langsung dengan pihak pihak terkait maupun yang ahli dalam hubungannya dengan sistem perancangan sistem.
c. Dokumentasi Dokumentasi dilakukan dengan menuliskan hasil penelitian ke dalam suatu laporan yang tersusun secara jelas berdasarkan data dan hasil pengamatan. d. Analisa Data Analisa data dilakukan dengan kualitatif menuliskan dan menganalisis operasi unit pembangkit dengan metode fish bone analisys, sequence of event, dan fault tree analysis
Gambar 3.1 Wiring SFC 1. Studi dan pengumpulan data, adalah kegiatan mengumpulkan  data-data yang dibutuhkan dalam system SFC , mulai dari mempelajari sampai dengan instalasinya, dan juga fungsi-fungsi proteksi yang dimilikinya.
2. Persiapan melakukan persiapan alat dan bahan apa saja yang dibutuhkan dalam operasional dengan metode analisis engineering
3. Setelah melakukan analisa dengan beberapa metode engineering atau Root Cause Fault Analisys dapat menemukan penyebab dan sumber utama dari gangguan tersebut yang di uraikan dari beberapa metode antara lain fish bone diagram, sequence of event dan fault tree analysis 4. Pembuatan laporan dilakukan setelah menganalisa data hasil yang kemudian akan menjadi sebuah improvement dan bahan evaluasi terhadap pembuatan maintenance strategi

## PEMBAHASAN
4.1 Histori Gangguan 1. Kronologis Kejadian Tanggal : 21 Februari 2018 Pk. 07.44.39.392 Wita : GT Auto Prog Step 55 Active All Pk. 07.44.45.392 Wita  : Enable Start Pk. 07.44.45.392 Wita : Exiter Breaker N Closed Pk. 07.44.45.392 Wita : MV Breaker SFC N Closed Pk. 07.44.45.395 Wita : SFC Alarm Indikasi yang muncul: - Alarm Electrical Control System SFC Loss Power, Error Card Processor SFC Interface .
Relay yang kerja : -  Tidak ada relay yang kerja
2.  Tindakan Awal :

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
- Perbaikan Module Switching 24 VDC SSD/SFC - Penggantian Card Processor PP C322AE dan Combine I/O UA C326 - Install Komunikasi Interface Processor Starting Divice (SFC). 3.  Data Operasional - Umur peralatan sudah 24 tahun (sejak commissioning ) belum pernah dilakukan penggantian Switching Power supply dan Card Processor .
- Tahun 2007 dilakukan penggantian card processor SFC dengan material bekas dengan status Pinjaman dari Unit Muara Tawar.
4.2   Pemecahan Masalah
Dalam menentukan akar penyebab permasalahan dilakukan dengan pendekatan tiga metode analisis, yaitu:
4.2.1 Fish Bone Analysis dengan metode 5M1E

## Gambar 4.1 Fish Bone Diagram
a. Kode FM2.3 Methode Maintenance
Dari sisi Meintenance bahwa tidak dapat dilakukan pemeliharaan ataupun Assesment pada Module card karena  tidak tersedianya spare card sehingga pemeliharaan dilakukan pada saat terjadi Failure . Maka dari itu performance card tidak dapat diketahui secara dini.
b. Kode FM3.3 Machine Design Wiring
Design wiring power supply module card SFC masih tergabung dengan power supply Fan pendingin, kondisi ini sangat riskan akan dapat menggagalkan fungsi module card jika terjadi gangguan pada fan pendingin module, oleh karena itu untuk menjaga keandalan power supply module card SFC power supply fan pendingin harus dipisah dengan power supply module card .

## c. Kode FM5.1 Material
Material Card SFC usianya sudah mencapaiu 24 tahun, dimana umur tersebut sudah melewati life time umur card 20 tahun.

## d. Kode FM6.2 Enviroment
Gangguan-gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain. Gangguan ini terjadi untuk sistem kelistrikan bawah tanah. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja petir. Pada gangguan surja petir dapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembus isolasi peralatan ( breakdown ).
Terjadinya kerusakan card Processor dan Card I/O gate control akibat usia card sudah 24 tahun melewati life time 20 tahun, dan tidak dapat dilakukan pemeliharaan ataupun assessment card karena tidak tersedia spare card ,  dan juga adanya gangguan yang terjadi pada sistem akibat gangguan eskternal sehingga menyebabkan tegangan ripple.
Vripple adalah 4Vpp dan Vout DC adalah +24V sehingga perhitungannya sebagai berikut : rasio ripple = Vripple(rms) / Vout DC = 0.0589 %ripple = rasio x 100% = 0.0589 x 100% = 5.89%
Tegangan ripplenya dibatasi 5% dari nilai tegangan output rectifier 24 V. Tujuan, dimana nilai tegangan ripple tidak boleh melebihi 0,58 V agar beban-beban DC tidak mengalami kerusakan sebagai akibat tingginya gelombang ripple yang timbul. Sehingga kita asumsikan adanya tegangan ripple yang terjadi melebihi batas maksimalnya

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
2.3.1 Sequence of Event Urutan kejadian saat gangguan tgl 21 Februari
2018 adalah sebagai berikut :
Gambar 4.3 Event
Terjadinya kerusakan pada switching power supply karena terjadinya ripple tegangan, mengakibatkan supply tegangan ke module SFC unstabil , kondisi tersebut mengakibatkan kerusakan card procesor dan card I/O pada module SFC . Hilangnya tegangan s upply ke module mengakibatkan interface card SFC mati total mengakibatkan kegagalan start up Unit PLTG Gilimanuk.

## 2.3.2 Fault Tree Analysis
Gambar 4.3 Analisis FTA Berdasarkan analisis menggunakan fault tree analisis terjadi gangguan pada Switching power supply 24 VDC yang menyebabkan terganggunya power supply untuk module Card SFC sehingga berdampak mengakibatkan kerusakan pada card Processor dan
Card I/O gate control, serta interface SFC mati total. Dengan kondisi tersebut mengakibatkan kegagalan Start pada sistem SFC.
Berdasarkan analisis menggunakan fault tree analisis terjadi gangguan pada switching power supply 24 VDC yang menyebabkan terganggunya power supply untuk module Card SFC sehingga berdampak mengakibatkan kerusakan  pada card Processor dan Card I/O gate control, serta interface SFC mati total. Dengan kondisi tersebut mengakibatkan kegagalan start pada system
SFC . Dari design wiring, Switching power supply (G83) mensupply tegangan untuk : -  A1 : module Rack card -  M83 : Fan Pendingin -  K1444, K145 : Relay Kontaktor -  H01 : Control Panel Display -  U01 : Module Measuring device
Gambar 4.4 Wiring supply Dengan koneksi wiring seperti diatas maka akan sangat riskan terjadinya gangguan berulang jika terjadi gangguan pada fan pendingin, dimana gangguan fan pendingin akan mengakibatkan terganggunya power supply ke Module card SFC . Untuk menghindari kejadian tersebut maka power supply motor fan pendingin dipindah dengan menggunakan switching power supply tambahan Disisi lain kita perlu ada reseting pada SFC TRIP HP
LINE, Rendahnya tegangan pada sistem 150 kV, tetapi jika melihat pada Aturan Jaringan sesuai Peraturan Menteri ESDM no. 03/2007 tentang Aturan Jaringan Energi Listrik, batasan minimal tegangan nominal transmisi sebesar 10% (pada sistem 150 kV sebesar 135 kV) & batasan maksimal 5% (pada sistem 150 kV sebesar 157.5 kV), maka tegangan sistem 150 kV pada GI Gilimanuk memenuhi ketentuan. Regulation voltage akibat pembebanan pada Main Trafo ditambah regulation voltage pada Aux Trafo , dimana Regulation Voltage adalah Penurunan Tegangan pada sekunder trafo saat dibebani, akibat adanya resistansi belitan dan fluks bocor antar belitan yang dinyatakan dengan rumusan sebagai berikut :
% 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝑐𝑐𝑅𝑅𝑅𝑅𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑙𝑙𝑙𝑙 × 100 + ( 𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐𝑐𝑐𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑐𝑐𝑅𝑅𝑅𝑅𝑐𝑐𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑐𝑐𝑅𝑅 )
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑐𝑐𝑅𝑅𝑅𝑅

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
Gambar 4.5 Grafik tegangan SFC saat operasi Perubahan setting parameter Undervoltage pada SFC dapat dilakukan melalui koneksi dengan kabel RS485- RS232 antara PC dengan Card Processor SFC dengan Software FUPLA PSR Rel.4.0 1.  Merubah nilai HYS pada blok 9 dari nilai awal 5%
menjadi lebih besar, untuk trip dan alarm
2.  Merubah ParamGrp_un<-lim1 menjadi lebih rendah dari 84.997568%, untuk trip dan alarm
3.  Merubah ParamGrp_del-U-SRN<T menjadi lebih besar dari 1000 ms, untuk trip
Dari analisa yang dilakukan, maka diambil tindakan penanganan gangguan static frequency converter sebagai berikut:
1. Setting Sfc saat undervoltage
2. Penggantian switching power supply , card processor dan card I/O gate control
3. Perubahan design wiring dengan dilakukan pemisahan power supply fan pendingin dengan power supply module card melalui penambahan switching power supply

## KESIMPULAN DAN SARAN
Untuk melakukan Plant Start Up , PLTG Gilimanuk menggunakan Static Frequency Converter ABB Megadrive LCI 3.8MW . SFC ini berfungsi merubah frekuensi &  tegangan line untuk memutar generator (beroperasi sebagai motor sinkron) secara soft starting. Converter mengkonversi tegangan AC ke DC. Dengan mengatur frekuensi trigger pada thrystor maka tegangan DC yang dihasilkan bervariasi. Namun, tegangan DC ini memiliki riak. DC Reactor menghilangkan riak tersebut. Inverter mengubah tegangan DC ke AC. Karena output converter adalah DC variable , maka tegangan AC yang dihasilkan inverter adalah tegangan AC variable artinya frekuensinya dapat diubah tergantung pengaturan trigger thrystor pada converter. Generator akan bertindak sebagai motor sinkron selama start up . Perlahan dari kondisi turning (3rpm) sampai kecepatan sesuai set -nya (3000 rpm). Panel kontrol SFC mengontrol converter dan inverter , dan mengawasi sinyal error 1. Tahun 2007 terjadi gangguan SFC dengan Indikasi Card Processor Error dan Pada bulan
Februari 2018, unit PLTG Gilimanuk mengalami gagal start dengan indikasi pada HMI SSD N.Alarm yang disebabkan kerusakan modul power switching supply 24VDC “traco”
2. Dari  hasil Root Cause Failure Analysis dapat diidentifikasi penyebab terjadinya kegagalan di Module SFC PLTG Gilimanuk yaitu : a. Fish bone diagram : Terjadinya kejadian Interface Card SFC padam karena kerusakan Switching Power supply untuk module SFC akibat ada kejutan di sistem yang mengakibatkan ripple tegangan (%ripple = rasio x 100% = 0.0589 x 100% = 5.89%) juga umur peralatan sudah 24 tahun melewati life time 20 tahun dan tidak memiliki spare part
b. Squence Of  Event :
Kerusakan switching power supply mengakibatkan terjadinya ripple tegangan supply ke module SFC yang mengakibatkan kerusakan pada card processor dan card I/O gate kontrol, dimana usia card sudah 24 tahun tidak pernah diganti ataupun assesment karena tidak tersedia spare Card . c. Tree Fault Analisys : Dari design wiring, supply module card dan module fan masih menggunakan satu switching power supply dimana kerusakan fan pendingin akan mengakibatkan gangguan pada interface card yang dapat mengakibatkan kegagalan start
3.  Dari analisa yang dilakukan, maka diambil tindakan penanganan gangguan static frequency converter sebagai berikut:
a. Setting Sfc saat undervoltage b.  Penggantian switching power supply, card processor dan card I/O gate control
c.  Perubahan design wiring dengan dilakukan pemisahan power supply fan pendingin dengan power supply module card melalui penambahan switching power supply karena tidak tersedia spare Card.

## 5.2 Saran Failure Defense Task (FDT)
Untuk menghindari terjadinya gangguan serupa dan dari analisa penyebab utama yang didapatkan, maka ada beberapa failure defence task/ rekomendasi yang dapat  dilakukan antara lain:

## TELSINAS
Volume 3, No.2 Desember2020 e-ISSN 2621-5276 (online)
DAFTAR PUSTAKA 1. ABB GT13E2. 1992. Manual Book PLTG Gilimanuk. Operation and Maintenance Manuals
ABB Zurich.
2. Marsudi, D. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Penerbit Graha Ilmu.
3. https://catatanwsn.wordpress.com/2017/11/11/m engenal-sistem-tenaga-listrik/ Di akses pada 8 Juni 2020 4. http://repository.uma.ac.id/handle/123456789/26 49  Di akses pada 10 Juni 2020 5. https://www.wikiwand.com/id/Pembangkit_Listri k_Tenaga_Gas_dan_Uap  Di akses pada 10 Juni 2020 6. https://www.slideshare.net/NovanGhaseza/peran cangan-pltg Di akses pada 12 Juni 2020 7. http://repository.uma.ac.id/bitstream/123456789 /2649/2/078120019_file2.pdf  Di akses pada 12 Juni 2020 8. https://dokumen.tips/documents/peralatan- pendukung.html  Di akses pada 18 Juli 2020
9. https://industri3601.wordpress.com/elektronika_ daya/  Di akses pada 20 Juli 2020