ANALISIS KEANDALAN SISTEM 150 KV DI WILAYAH JAWA TIMUR

Ridwan

Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111, Email : ridwan_elect@yahoo.co.id

ABSTRAK

Unit-unit pembangkit bertugas menyediakan

daya dalam sistem tenaga listrik agar beban dapat

terlayani. Unit pembangkit dapat mengalami

gangguan setiap waktu. Gangguan tersebut

mengakibatkan pembangkit tidak dapat

beroperasi. Jika gangguan ini terjadi pada saat

yang bersamaan atas beberapa unit pembangkit

yang besar, maka ada kemungkinan daya tersedia

dalam sistem berkurang sedemikian besarnya

sehingga sistem tidak cukup dapat melayani

beban. Dengan demikian sistem kehilanagn beban

Beban berubah sepanjang waktu, maka

forced outage yang berlangsung pada saat-saat

beban puncak akan mempunyai pengaruh yang

berbeda terhadap cadangan daya tersedia

dibandingkan dengan forced outage yang

berlangsung pada saat-saat beban rendah. Pada

tugas akhir ini akan dibahas mengenai keandalan

sistem 150 KV di Jatim.

Kata Kunci : Force Outage dan Loss of Load

Probability.

1. PENDAHULUAN

Sistem tenaga listrik memilki unit-unit

pembangkit yang bertugas menyediakan daya agar

beban dapat terlayani. Setiap waktu unit pembangkit

dapat mengalami gangguan sehingga tidak dapat

beroperasi. Ketika beberapa unit pembangkit yang

besar mengalami gangguan dan terjadi secara

bersamaan, maka ada kemungkinan daya tersedia

dalam sistem berkurang sedemikian besarnya

sehingga sistem tidak mampu melayani beban.

Dalam hal yang demikian terpaksa dilakukan

pelepasan beban atau terpaksa sistem kehilangan

beban, terjadi pemadaman dalam sistem. Beban

berubah-ubah sepanjang waktu, maka forced outage

yang berlangsung pada saat-saat beban puncak akan

mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap

cadangan daya tersedia dibandingkan dengan forced

outage yang berlangsung pada saat-saat beban

rendah[1].

Forced outage selain bisa dihitung

kemungkinan tejadinya juga memberikan

kemungkinan timbulnya pemadaman dalam sistem,

atau sering pula disebut kehilangan beban.

Kemungkinan kehilangan beban dapat diketahui dari

nilai indeks Loss of load probablility (LOLP).

Aplikasi teknik probability untuk evaluasi

keandalan sistem tenaga listrik dikemukankan

pertama kali pada tahun 1933. Konsep dari loss of

probablity (LOLP) diperkenalkan pada tahun 1947.

LOLP didefinisikan sebagai kemungkinan dimana

kapasitas daya yang mengalami force outage

melebihi dari cadangan daya pada sistem. LOLP ini

dievaluasi untuk beberapa beban puncak atau

distribusi beban puncak [2-3].

Kemungkinan kehilangan beban ini merupakan

resiko yang dihadapi dalam mengoperasikan sistem

tenaga listrik. Metoda segmentasi adalah salah cara

perhitungan untuk mendapatkan nilai LOLP. Nilai

LOLP sebagai representasi dari keandalan suatu

sistem.

2. DASAR TEORI

2.1 Daya tersedia dalam Sistem Keandalan operasi sistem tidak hanya

bergantung pada cadangan daya tersedia dalam

sistem tetapi juga pada besar kecilnya nilai FOR per

tahun dari unit-unit pembangkit yang beroperasi.

Keandalan operasi sistem akan makin tinggi apabila

daya tersedia dalam sistem makin terjamin. Tingkat

jaminan tersedianya( availibility) dalam sistem

bergantung pada :

a) Besarnya cadangan daya tersedia b) Besarnya forced outage hours unit

pembangkit dalam satu tahun

Ukuran sering tidaknya pembangkit unit

pembangkit mengalami gangguan dinyatakan dengan

Forced Outage Rate (FOR) atau unavailabilty.

(1a)

(1b)

Keterangan :

Ut : jam unit terganggu

Ub : jam unit beroperasi

UtUb

UtFORlityUnavailabi )(

FORtyAvailabiliUtUb

Ub1

Konsep unavailibility (FOR) dan availability

ditunjukkan pada persamaan (1a) dan (1b)[ 4].

Apabila sebuah unit pembangkit mempunyai

FOR = 0.07 maka kemungkinan unit ini beroperasi

adalah sesuai rumus availibility atau 1- FOR yaitu

bernilai 9.93, sedangkan kemungkinan mengalami

gangguan adalah 0.07 sesuai dengan nilai FORnya.

Dengan demikian maka besarnya cadangan daya

tersedia yang bisa diandalkan bergantung juga pada

FOR unit-unit pembangkit.

2.2 Loss of Load Probability Forced outage selain bisa dihitung kemungkinan

tejadinya juga memberikan kemungkinan timbulnnya

pemadaman dalam sistem, atau sering pula disebut

kehilangan beban. Kemungkian kehilangan beban ini

merupakan resiko yang dihadapi dalam

mengoperasikan sistem tenaga listrik dan perlu

diformulasikan. Kurva beban harian terlebih dahulu

diubah menjadi kurva lama beban.

Kemungkinan kehilangan beban atau dalam

bahasa inggris disebut loss of load probability disingkat LOLP adalah perkalian antara Pt. Secara

umum persamaan LOLP adalah;

LOLP = P t (2)

Keterangan :

LOLP : Loss of load probability

P : Kemungkinan daya beroperasi

t :Waktu terjadinya daya beroperasi

pada kurva lama beban

LOLP sesungguhnya merupakan resiko dalam

opersi. LOLP biasanya dinyatakan dalam hari per

tahun. Makin kecil garis daya tersedia harus makin

kecil kemungkinan memotong kurva lama beban.

Daya terpasang harus makin tinggi dan forced outage

rate harus makin kecil berarti diperlukan investasi

yang besar dan juga kualitas pembangkit yang baik.

3. SISTEM 150 KV di JAWA TIMUR

3.1 Pembangkit Thermis di Jawa Timur

Tugas akhir ini membahas mengenai sistem 150

KV. Pembangkit yang terhubung dengan sistem 500

KV tidak diperhatikan. Namun IBT 500/150KV

sebagai penyalur daya dari sistem 500 KV ke sistem

150 KV dalam hal ini dianggap sebagai pembangkit.

Berdasarkan single line diagram yang terdapat pada

lampiran I konfigurasi sistem region jawa timur dan

bali serta berdasarkan data Rencana pekerjaan

tanggal 12 Maret 2010 PLN. Terdapat dua blok

PLTU yaitu blok PLTU Perak 3dan 4 dan blok

PLTU Gresik 1-4. Blok PLTGU terdapat dua buah

blok yaitu PLTGU Grati 2 dan PLTGU Gresik 2.

Blok PLTG terdapat dua buah yaitu PLTG

Gresik1&2 dan PLTG Gilitimur 1&2. Total terdapat

tujuh buah blok pembangkit thermis yang terhubung

dengan sistem 150 KV di jawa timur. Setiap blok

pembangkit memilki beberapa pembangkit. Total

pembangkit untuk seluruh blok pembangkit di jawa

timur terdapat 17 buah pembangkit thermis. Masing-

masing pembangkit di setiap blok akan dihitung nilai

FORnya pada subbab 3.4.

3.2 PLTA di Jawa Timur

Pembangkit yang terhubung dengan saluran

selain 150 KV dan 500 kV di Jatim adalah seluruh

PLTA kecuali PLTA Wlingi dan Sutami. Terdapat

total 12 blok PLTA di jawa timur. Untuk beberapa

blok PLTA terdiri beberapa pembangkit seperti pada

blok PLTA Sutami yang terdiri dari 3 pembangkit.

Total kemampuan daya PLTA di Jawa timur sebesar

278.60

PLTA dalam perhitungan nanti dianggap

sebagai satu kesatuan pembangkit dengan besar daya

adalah daya total seluruh PLTA. Hal ini dilakukan

karena FOR dari seluruh PLTA Jawa Timur

berdasarkan data catatan pembangkit PLN selama

satu tahun sejak tanggal 20 Maret 2009- 21 Maret

2010 tidak mengalami outage sama sekali atau

bernilai nol. Serta faktor transmisi dalam tugas akhir

ini dianggap tidak pernah terjadi gangguan atau

diabaikan.

Maka seluruh PLTA di Jatim termasuk PLTA

wlingi dan sutami dianggap sebagai satu kesatuan

pembangkit dengan kapasitas daya sama dengan

kapasitas daya total seluruh PLTA dijatim yaitu

278.60 MW. Nilai FOR gabungan seluruh PLTA di

jatim sama juga dengan nol. Penggabungan seluruh

PLTA di jatim bertujuan untuk efisiensi waktu saat

simulasi menggunakan program .

3.3 Inter Bus Transformer(IBT) 500/150 KV di

Jawa Timur

IBT 500/150kV dalam konfigurasi sistem 150

KV region 4 jawa timur dianggap sebagai suatu

sumber generator yang menyuplai sistem 150 KV.

Terdapat 5 IBT 500/150kV yaitu;

Tabel 3.3.1 IBT 500/150 KV [5]

LOKASI MVA

GITET GRESIK IBT 1 500

GITET GRATI IBT 1 500

GITET KEDIRI IBT 1 500

GITET KEDIRI IBT 2 500

GITET SURABAYA BARAT IBT 1 500

GITET SURABAYA BARAT IBT 2 500

GITET PAITON IBT 1 500

GITET PAITON IBT 2 500

Berdasarkan data pada Laporan Singkat Inter

Bus transformer(IBT) Transfer selama 2 bulan mulai

tanggal 12 februari sampai 11 mei bahwa

kemampuan maksimum suplai IBT 500/150 kV

sebesar 2500 MW. IBT 500/150 kV memiliki FOR =

0 karena dianggap tidak pernah terjadi gangguan.

3.4 Forced Outage Rate Pembangkit

Sesuai dengan metoda segmentasi akan dicari

semua kombinasi pembangkit yang sesuai dengan

beban sistem. Maka masing masing pembangkit yang ada harus dicari nilai FOR. Susunan

pembangkit beserta masing-masing nilai forced

outage rate untuk sistem 150 kV terdapat pada tabel

dibawah.

Tabel 3.4.1 Pembangkit yang terhubung langsung dengan

sistem 150 KV [6-7] NO PEMBANGKIT K.Daya

(MW)

FOR 1-FOR

1 PLTA+IBT

500/150kv

2778.6 0 1

2 PLTU GRSIK 3 189.00 0.035024734 0.964975266

3 PLTU GRSIK 4 189.00 0.064912481 0.935087519

4 PLTGU GRBRU

1 .0

165.00 0.100456621 0.899543379

5 PLTGU GRATI 2 .1

99.00 0.000825723 0.999174277

6 PLTGU GRATI

2 .2

99.00 0.009216134 0.990783866

7 PLTGU GRATI 2 .3

99.00 0.02777968 0.97222032

8 PLTGU GRBRU

1 .1

95.00 0.06321347 0.93678653

9 PLTGU GRBRU 1 .2

95.00 0.021582953 0.978417047

10 PLTGU GRBRU

1 .3

95.00 0.017496195 0.982503805

11 PLTU GRSIK 1 92.00 0.149335997 0.850664003

12 PLTU GRSIK 2 92.00 0.043544521 0.956455479

13 PLTU PERAK 3 41.00 0.140563166 0.859436834

14 PLTU PERAK 4 41.00 0.18180175 0.81819825

15 PLTG GRSIK 1 16.00 0.065612633 0.934387367

16 PLTG GRSIK 2 16.00 0.027165145 0.972834855

17 PLTG GILITIMUR 1

16.00 0.034906773 0.965093227

18 PLTG

GILITIMUR 2

16.00 0.200989346 0.799010654

TOTAL 4233.6

3.5 Beban Sistem

Beban sistem ditunjukkan oleh kurva lama beban

pada gambar 3.5. Kurva beban yang akan digunakan

adalah kurva beban pada hari senin sampai hari

minggu mulai tanggal 8 Maret 2010 sampai 14 Maret

2010.

Gambar 3.5 kurva lama beban[8]

4. SIMULASI DAN ANALISIS

4.1. Kombinasi Pembangkit Dalam subbab ini, akan ditunjukkan hasil

simulasi menggunakan running program tiap

kombinasi pembangkit menggunakan software

MATLAB R2008a. Terdapat 18 pembangkit yang

harus dikombinasikan. Dalam program ini hanya 17

pembangkit yang dikombinasikan. Pembangkit IBT

500/150KV + PLTA tidak disertakan dalam proses

program agar mempercepat hasil simulasi

menggunakan running program. Nilai FOR IBT

500/150KV + PLTA = 0 sehingga pembangkit IBT

500/150KV + PLTA akan dikombinasikan dengan 17

pembangkit lainnya menggunakan teori penambahan

unit pembangkit karena cara ini lebih mudah dan

efektif mengurangi waktu running program.

Hasil simulasi program:

Hasil dari program menghasilkan tabel a yang

yang berisi matriks kombinasi 13107217. Terdapat

131072 kombinasi seperti pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Matriks kombinasi

4.2. Perhitungan Daya yang Beroperasi Setiap kombinasi menghasilkan daya yang

dioperasikan atau dibangkitkan. Setiap daya

dioperasikan diurutkan dan nantinya dibuat segmen-

segmen yang sesuai dengan kurva beban.

Hasil simulasi program:

Hasil dari program I pada subbab 4.1

menghasilkan tabel jum yang yang berisi hasil

perkalian antara matriks Gen dan matriks a. hasil

perkaliannya adalah matriks daya 131072 1 seperti

pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Matriks daya

4.3. Perhitungan Probability Subbab ini akan membahas mengenai

perhitungan probability yang telah dihasilkan oleh

131072 macam hasil kombinasi dari subbab 4.1

kombinasi pembangkit. Subbab 4.1 kombinasi

pembangkit didapatkan matriks a. Matriks a

merupakan matriks hasil kombinasi 17 pembangkit.

Nilai probability didapatkan dari matriks a dikalikan

dengan matriks FOR 17 1 jika kolom bernilai 0

atau matriks R 17 1 jika bernilai 1. Matriks FOR

dan matriks R tercantum pada program I pada subbab

4.1.

Hasil simulasi menggunakan running program

dalam tabel prob. Tabel prob berisi matriks

probability 131072 1 yang menggambarkan nilai

kemungkinan untuk setiap daya beroperasi dari setiap

kombinasi pembangkit. Matriks probability terdapat

pada gambar 4.3 matriks probability.

Gambar 4.3 Matriks probability

4.4. Sorting dan Penggabungan Data Data hasil simulasi pada subbab 4.1, subbab 4.2

dan subbab 4.3 digabungkan dan diurutkan

berdasarkan besar daya mulai dari yang terendah

menggunkaan metoda sorting yang ada pada matlab.

Sorting data ini dilakukan untuk mempermudah saat

perhitungan probability kumulatif pada subbab 4.5.

Hasil penggabungan dan sorting dari ketiga data

seperti pada gambar 4.4.1 dibawah ini:

Gambar 4.4.1 Hasil penggabungan data daya, kombinasi

dan probability

4.5. Perhitungan Probability Kumulatif Setelah didapatkan hasil sorting berdasarkan

urutan daya maka langkah selanjutnya menghitung

probability kumulatif. Dari kombinasi yang terjadi

terdapat beberapa kombinasi yang menghasilkan

daya beroperasi yang sama. Kombinasi yang

memiliki daya beroperasi yang sama maka nilai

probability dari kombinasi tersebut dijumlah

sehingga didapatkan nilai probability kumulatif.

Matriks daya yang telah dihasilkan pada subbab 4.2

menjadi input pada program probability kumulatif

Tabel yang dihasilkan seperti pada gambar dibawah:

Gambar 4.5.5 Matriks kumultif

4.6. Penambahan Pembangkit IBT 500/150 KV Hasil akhir akan dihitung namun terlebih dahulu

matriks kumulif sebagai hasil akhir ditambahkan

dengan pembangkit IBT 500/150 KV dan PLTA

menggunakan metode penambahan pembangkit .

Perhitugan secara manual menggunakan persamaan

PN (x ) = PN-1( x) (1-FORN) + PN-1( x-CN) FORN (3)

Perhitungan mengunakan software

MATLAB didapatkan hasil yang sesuai dengan

perhitungan manual. Dengan cara menambahkan

kolom pertama dengan kapasitas IBT

150/500KV+PLTA sebesar 3078.6 hasilnya sepeti

pada gambar berikut:

Gambar 4.6 Hasil penambahan IBT 150/500KV+PLTA

4.7. Segmentasi Sistem pada Kurva Beban Pada subbab 4.6 akan menghitung nilai LOLP

jika sistem dihadapkan pada kurva beban

menggunakan metoda segmentasi. Berdasarkan data

tanggal 8-14 maret 2010 mulai dari hari senin sampai

hari minggu. Asumsi bahwa dalam satu tahun

karakteristik beban selama satu tahun berulang

seperti tanggal 8-14 maret 2010. Hasil dari program

secara urut mulai dari kolom satu sampai tujuh

seperti pada gambar dibawah nilai LOLP untuk

masing-masing daya beroperasi.

Gambar 4.7.1 nilai LOLP tiap daya beroperasi

Hasil akhir perhitungan nilai LOLP didapatkan nilai

0.3007 hari/tahun. Berarti dalam waktu satu tahun

kemungkinan kehilangan beban adalah 0.3007 hari.

Gambar 4.7.2 nilai LOLP

Standart internasional untuk nilai LOLP adalah

0.25 hari/tahun. Secara internasional sistem 150 KV

masih belum memenuhi. PLN memiliki standart

LOLP=1 hari/tahun untuk wilayah jawa bali, sistem

150 KV masih memenuhi standart tersebut.

4.8. Cara meningkatkan Keandalan Sistem Berdasarkan bab II bahwa keandalan sistem

dipengaruhi nilai FOR dari masing-masing

pembangkit dan ketersediaan cadangan daya dalam

sistem. Maka untuk meningktakan keandalan sistem

sebagai berikut;

4.8.1. Memperkecil nilai FOR pembangkit Pada sistem 150 KV di jatim pembangkit yang

memiliki nilai FOR yang paling tinggi adalah PLTG

GILITIMUR 2 dengan kemampuan daya 16.00 MW

dan nilai FOR sebesar 0.200989346.

Hal yang menyebabkan nilai FOR PLTG

GILITIMUR 2 tinggi adalah sebagai berikut [7] ;

1. Status : FO1( forced outage )

Waktu : 23/01/2010 pukul 20:24 -

09/02/2010 pukul 21:14

Total waktu : 408 jam 50 menit

Level : Balance of plant electrical

Alasan : Trip, indikasi gangguan pada

MTR tap. no.5 coilnya ngepong

2. Status : PO (planed outage)

Waktu : 24/10/2009 pukul 00:00 -

14/12/2009 pukul 14:00

Total waktu : 1238 jam

Alasan : Major inspection

PLTU PERAK 4

Penyebab outage:

Status : FO1( forced outage )

Waktu : 06/01/2010 00:46 - 13/02/2010

21:51 0.00

Total waktu : 933 jam 5 menit

Alasan : dikeluarkan, boiler bocor

PLTU PERAK 3

Penyebab outage:

Status : FO1( forced outage )

Waktu : 18/12/2009 00:28 - 06/01/2010

20:59 0.00

Total waktu : 476 jam 31 menit

Alasan : Dikeluarkan, boiler bocor

Dari dua penyebab diatas dapat disimpulkan

bahwa faktor yang paling mempengaruhi adalah

waktu maintenance yang panjang selama 1238 jam

dan terjadi force outage selama 408 jam sehingga

membuat PLTG GILITIMUR 2 mempunyai nilai

FOR yang tinggi. PLTU 3 &4 PERAK mengalami

waktu outage akibat boiler bocor yang lama sehingga

nilai FOR dari kedua pembangkit tersebut tinggi.

Solusinya adalah penyebab-penyebab dari

pemabngkit tersebut diminimalsisr yaitu dengan

memperpendek waktu maintenance untuk PLTG

GiLITIMUR dan penanganan lebih cepat akibat

forced ourage sehingga nilai FOR pembangkit lebih

rendah.

4.8.2. Memperbesar Cadangan Daya Kapasitas maksimum total pembangkit untuk

sistem 150 KV adalah 4,233.60 MW sedangkan

beban sistem tertinggi adalah 3708.3 MW. Cadangan

daya sebesar terendah 533.6 MW untuk sistem 150

KV dijatim. Cadangan daya sangat yang besar akan

meningkatkan keandalan atau dengan kata lain nilai

LOLP semakin kecil. Namun untuk menambah

cadangan daya dengan meambah pembangkit

memerlukan investasi yang besar dan perencanaan

yang tepat.

5. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil yang didapatkan dari simulasi

dalam penulisan tugas akhir ini, dapat diambil

beberapa kesimpulan yaitu :

1. Faktor yang paling mempengaruhi nilai keandalan sistem 150 KV dari sisi pembangkit PLTG

GILITIMUR 2 yang memiliki nilai FOR yang

tinggi dikarenakan pada tahun 2009 mengalami

waktu maintenance yang panjang dan pada

periode tahun 2009 sampai 2010 mengalami

waktu force outage yang lama.

2. Perhitungan LOLP menggunakan metoda segmentasi pada sistem 150 KV ketika

dihadapkan pada beban sistem bernilai 0.3007

hari/tahun memenuhi standart PLN yaitu 1

hari/tahun.

3. Keandalan sistem 150 KV di jawa timur lebih dari 0.25 hari/tahun hal ini berarti keandalan sistem

belum memenuhi standart internasional.

4. Cara meningkatkan keandalan sistem 150 KV di jatim terdapat dua pilihan yaitu:

Memperkecil nilai FOR dari pembangkit yang memiliki nilai FOR paling besar dalam hal

ini adalah pembangkit GILITIMUR 2.

Menambah kapasitas daya terpasang namun harus memperhatikan nilai investasi yang

diperlukan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga LIstrik, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006.

[2] J. Endrenyi, Reliability Modeling in Electric Power Systems John Wiley Sons, New York,1973

[3] R. Billinton, Power System Reliability Evaluation, Gordon and Breach Science Publisher, New York, 1970

[4] Allan, R.N & Billinton, R, Reliability Evaluation of Power System, New York,1996

[5] Laporan Singkat IBT Transfer PT PLN(Persero) Penyaluran dan Pusat

Pengaturan Beban Jawa bali tanggal 12

Februari 2010 11 Mei 2010

[6] Rencana Pekerjaan PT PLN PLN(Persero) Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Jawa

bali tanggal 12 Maret 2010

[7] Catatan Pembangkit PT PLN PLN(Persero) Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Jawa

bali tanggal 21 Maret 2009 20 Maret 2010

[8] Laporan Harian Pelaksana Operasi Region 4 PT PLN PLN(Persero) Penyaluran dan Pusat

Pengaturan Beban Jawa bali tanggal 8 maret

2010 14 maret 2010

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Penulis bernama lengkap

Ridwan dilahirkan pada

tanggal 22 Maret 1988 di

Probolinggo, Tahun 2006

penulis masuk ke Jurusan

Teknik Elektro ITS melalui

jalur SPMB dengan NRP

2206100091.