Offshore Wind Turbine Nacelle Oil Transformer Durability Analysis

Abstract

본 연구에서는 해상풍력발전기 나셀(Nacelle) 내부에 설치되는 9.2 MVA 유입식 변압기를 대상으로 구조적 무결성 및 동적 성능에 대한 종합적인 평가를 수행하였다. 지속적인 진동과 기계적 충격이 발생하는 해상 지형의 극한 환경 조건을 고려하여, IEC 60721-3-3(3M12) 표준에 따라 일련의 수치 시뮬레이션을 실시하였다. 분석 프레임워크는 동적 특성을 파악하기 위한 모달 분석(Modal analysis), 정상 상태 랜덤 진동 분석(Stationary random vibration analysis), 그리고 충격 응답 해석을 포함하였다. 또한, 인양(Lifting) 작업 시 및 나셀 구조물 지지 조건(후면 지지대 및 하부 브래킷) 하에서의 구조적 안정성을 평가하기 위해 선형 정적 분석을 수행하였다. 모달 분석 결과, 누적 질량 참여율이 97.29%로 나타나 시뮬레이션 모델의 타당성을 확인하였다. 이어진 응력 분석 결과, 인양 중 발생한 최대 응력 205.9 MPa를 포함하여 모든 하중 케이스에서의 최대 Von-Mises 응력이 SS275 구조용 강재의 항복강도(275MPa) 이내인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 제안된 변압기 설계가 해상 운영 및 운송 과정에서 충분한 내구성과 신뢰성을 확보했음을 입증하며, 향후 나셀 탑재형 전기 부품의 설계 최적화를 위한 중요한 기술적 근거를 제공한다.