Penggantian Inverter Tegangan Tinggi di Pembangkit Listrik

1 Struktur Dasar dan Mekanisme Kerja Inverter Tegangan Tinggi

1.1 Komposisi Modul

• Modul Rectifier: Modul ini mengubah daya AC masukan dengan tegangan tinggi menjadi daya DC. Bagian rektifikasi terutama terdiri dari tirod, dioda, atau perangkat semikonduktor daya lainnya untuk mencapai konversi dari AC ke DC. Selain itu, melalui unit kontrol, pengaturan tegangan dan kompensasi daya dalam rentang tertentu dapat direalisasikan.

• Modul Filter DC: Daya DC yang telah direktifikasi diproses oleh sirkuit filter untuk meratakan fluktuasi tegangan, membentuk tegangan bus DC yang stabil. Tegangan ini tidak hanya memberikan dukungan energi untuk tahap inverter berikutnya, tetapi juga memainkan peran penting dalam menjamin stabilitas tegangan output dan kemampuan respons dinamis.

• Modul Inverter: Daya DC yang telah difilter dikonversi kembali menjadi daya AC di modul inverter menggunakan perangkat semikonduktor daya seperti IGBT dan teknologi modulasi lebar pulsa (PWM). Dengan menyesuaikan siklus kerja dan frekuensi switching sinyal PWM, inverter dapat mengontrol dengan tepat amplitudo dan frekuensi daya AC output, memenuhi persyaratan berbagai beban seperti motor, kipas, dan pompa. Teknologi ini memungkinkan inverter menyediakan fungsi seperti start lembut, kontrol kecepatan tanpa tahapan, kondisi operasi yang dioptimalkan, dan penghematan energi.

1.2 Mekanisme Kerja

Inverter tegangan tinggi menggunakan topologi multilevel bertingkat, menghasilkan gelombang output yang sangat mendekati gelombang sinus. Mereka dapat langsung mengeluarkan daya AC dengan tegangan tinggi untuk menggerakkan motor. Konfigurasi ini menghilangkan kebutuhan akan filter tambahan atau transformator peningkat dan menawarkan keuntungan konten harmonik rendah. Kecepatan motor $n$ memenuhi persamaan berikut:

Di mana: $P$ adalah jumlah pasang kutub motor; $f$ adalah frekuensi operasi motor; $s$ adalah rasio slip. Karena rasio slip biasanya kecil (biasanya dalam rentang 0–0,05), menyesuaikan frekuensi suplai motor $f$ memungkinkan pengaturan sebanding kecepatan aktualnya $n$. Rasio slip motor $s$ berkorelasi positif dengan intensitas beban—semakin tinggi beban, semakin besar rasio slip, yang mengakibatkan penurunan kecepatan aktual motor.

1.3 Faktor-Faktor Kunci dalam Pemilihan Teknis

• Kesesuaian Tegangan: Pilih skema sesuai yang tepat seperti "Tinggi-Tinggi" atau "Tinggi-Rendah-Tinggi" berdasarkan tegangan nominal motor. Untuk motor dengan daya lebih dari 1.000 kW, skema "Tinggi-Tinggi" direkomendasikan. Untuk motor di bawah 500 kW, skema "Tinggi-Rendah-Tinggi" mungkin diprioritaskan.

• Pengurangan Harmonisa: Harmonisa mudah terbentuk pada terminal input dan output inverter tegangan tinggi. Untuk mengurangi dampaknya, teknik multiplexing atau filter tambahan dapat digunakan. Dengan mengkonfigurasikan filter dengan benar, distorsi harmonisa dapat dikontrol dalam 5%, mencapai pengurangan harmonisa yang efektif.

• Ketahanan Lingkungan: Inverter tegangan tinggi memerlukan sistem pendingin udara atau air untuk memastikan suhu internal kabinet kontrol tetap di bawah 40°C. Dehumidifier dan unit AC biasanya dipasang di lokasi inverter. Di area khusus tanpa AC, rating suhu komponen harus dipertimbangkan selama desain, dan kapasitas ventilasi sistem pendingin harus ditingkatkan untuk memastikan operasi stabil.

2 Contoh Aplikasi Inverter Tegangan Tinggi di Pembangkit Listrik

Sistem tenaga listrik pembangkit listrik biasanya mencakup peralatan dari turbin generator, boiler, pengolahan air, pengangkutan batubara, dan sistem desulfurisasi. Bagian turbin menyediakan daya untuk pompa feedwater dan pompa sirkulasi air, bagian boiler menyediakan kipas paksa (kipas primer), kipas sekunder, dan kipas induksi, sementara bagian pengangkutan batubara mengoperasikan conveyor sabuk. Dengan menggunakan inverter tegangan tinggi untuk kontrol kecepatan variabel perangkat-perangkat ini berdasarkan variasi beban, konsumsi energi dapat dikurangi, konsumsi daya bantu diturunkan, dan ekonomi operasional ditingkatkan.

Proyek produksi nikel-besi di Morowali, Indonesia, yang terletak di Pulau Sumatra, membangun delapan unit generator 135 MW antara 2019 dan 2023. Untuk lebih mengoptimalkan operasi internal dan mengurangi biaya produksi, pembaruan teknis yang melibatkan pemasangan inverter tegangan tinggi dilakukan antara 2023 dan 2024 untuk pompa kondensat Unit 1, 2, 3, 4, dan 7, serta pompa feedwater Unit 2 dan 5.

2.1 Status Perangkat

Proyek ini menggunakan proses nikel-besi pirometalurgi dengan 25 jalur produksi, dilengkapi dengan delapan boiler fluidized bed sirkulasi Dongfang Electric DG440/13.8-II1 dan delapan set generator turbin uap intermediet reheat 135 MW. Setiap unit dikonfigurasi dengan dua pompa kondensat frekuensi tetap, dua pompa yang diatur oleh kopel hidrolik, dan enam kipas yang diatur oleh kopel hidrolik.

Pompa feedwater dan kipas dirancang dengan redundansi, menyediakan cadangan kapasitas 10%–20%. Unit 5 dan 6 beroperasi dalam mode pulau dengan tingkat beban sekitar 70%. Dengan mengoptimalkan kecepatan motor untuk sesuai dengan permintaan beban aktual dan mengintegrasikan umpan balik energi pengereman regeneratif ke jaringan, konsumsi energi yang tidak perlu dari kipas, pompa, dan peralatan lainnya dapat dikurangi, lebih lanjut meminimalkan kerugian energi sistem.

2.2 Skema Pembaruan

Berdasarkan kondisi operasional perangkat yang sebenarnya, pembaruan inverter tegangan tinggi diterapkan untuk pompa feedwater dan pompa kondensat set generator 135 MW.

• Pembaruan Pompa Feedwater: Konfigurasi "Satu ke Satu Otomatis" diadopsi, di mana setiap pompa feedwater dilengkapi dengan inverter tegangan tinggi khusus, termasuk kabinet bypass untuk memastikan keandalan sistem.

• Pembaruan Pompa Kondensat: Konfigurasi "Satu ke Dua" diterapkan, di mana dua pompa kondensat berbagi satu inverter tegangan tinggi, menyeimbangkan efisiensi dan efektivitas biaya.

Mengingat rentang suhu maksimum historis lokal 23–32°C, komponen dipilih untuk beroperasi pada suhu lingkungan 40°C. Selain itu, desain exhaust paksa kabinet inverter disesuaikan berdasarkan suhu ruangan 40°C untuk memastikan disipasi panas yang efektif, menghilangkan kebutuhan akan ruang inverter khusus atau sistem AC.

2.3 Evaluasi Manfaat Ekonomi

Investasi total untuk proyek pembaruan ini sekitar 6 juta RMB, termasuk 5 juta RMB untuk peralatan, 400.000 RMB untuk konstruksi, dan 600.000 RMB untuk bahan bantu yang disediakan oleh klien. Perhitungan menunjukkan manfaat penghematan energi tahunan sebesar 6,58 juta RMB, memungkinkan investasi untuk kembali dalam kurang dari satu tahun, berhasil mencapai tujuan ekonomi yang diharapkan.

3 Kesimpulan

Dengan perkembangan cepat teknologi inverter tegangan tinggi, aplikasinya telah berkembang pesat di berbagai industri. Dalam sistem produksi pembangkit listrik, teknologi inverter tegangan tinggi harus dipromosikan secara aktif. Prioritas harus diberikan kepada pembaruan unit dengan jam operasi yang lama atau yang sangat membutuhkan pembaruan, karena langkah-langkah tersebut menawarkan nilai ekonomi dan penting strategis yang signifikan.