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한 플랫폼 계약업체가 우리에게 전기 요구사항 90페이지와 운송 관련 한 줄, 즉 최대 적재 중량 240톤이라는 내용이 담긴 132kV 송전 장치 사양서를 보낸 적이 있다. 우리의 첫 번째 설계는 오일 충진 상태에서 262톤이었다. 우리는 탱크를 재설계하고 보존기(conservator)를 분리하여 238톤으로 출하했다. 전기 사양은 전혀 바뀌지 않았다. 설계를 결정한 숫자는 바로 크레인의 적재 한계였다.
해상 풍력은 육상 조달 팀이 아직 따라잡지 못한 기록을 계속 경신하고 있다. 2025년에 세계적으로 9.3GW의 신규 해상 풍력 용량이 계통에 연계되었다 , 이로써 세계 총 해상 풍력 용량은 92.5GW 에 달했으며, 설치된 터빈의 평균 용량이 GWEC의 『2026 글로벌 해상 풍력 보고서』에 따르면 처음으로 10MW를 넘었다. GWEC's Global Offshore Wind Report 2026 . 그 수치의 모든 메가와트는 최소 두 개의 변압기를 거친다: 터빈 또는 어레이 플랫폼에 설치된 승압 장치와 수출 변압기 이다. 이 수출 변압기는 집전 전압을 해저 케이블용으로 132 kV 또는 220 kV로 높인다.
오늘날 주문되는 대부분의 수출 장치는 중량급 도장 시스템을 갖춘 육상 전력 변압기와 유사한 사양으로 지정된다. 바로 여기서 프로젝트가 손상을 입는다. 해상 풍력 변압기와 육상 울타리 안에 설치되는 일반 변압기를 구분하는 세 가지 제약 조건은 염분, 중량, 그리고 전력 전자 장치의 고조파 특성이다. 해상 풍력 변압기 는 육상 울타리 안에 설치되는 어떤 변압기와도 다르다: 염분, 중량, 전력 전자 장치의 고조파 특성이라는 세 가지 제약 조건 때문이다.
집전용과 수출용은 동일한 작업이 아니다
집전 변압기는 33 kV 또는 66 kV에서 작동하며, 8대에서 15대까지의 터빈 출력을 통합 처리한다. 한편 수출 변압기 송전 수준 — 일반적으로 132 kV, 220 kV 또는 275 kV — 까지 전압을 높이는 단계로, 전체 풍력발전단지를 하나의 자산을 통해 송전한다. 1 GW 규모 프로젝트에서는 보통 300 MVA 등급의 두세 대를 병렬로 운전하거나, 대부분의 소유자가 정당화하기 어려운 예비 전략을 갖춘 단일 400 MVA 장치를 사용한다.
작동 조건이 설계를 변화시킨다. 육상 열발전소의 발전기 승압 장치는 수십 년간 지속적으로 85–95% 부하로 운전되지만, 해상 장치는 바람에 따라 작동한다: 평균 부하율 40%, 장기간 20% 부하, 그리고 바람이 불고 송전 케이블이 가용할 때는 수주일간 100% 부하. 이 정도 진폭의 열 순환은 기저부하용 장치가 겪지 않는 방식으로 절연재와 클램프 구조에 영향을 준다. 정확히 이러한 이유로, 우리는 연속 운전보다는 주기적 운전에 맞춰 권선 클램프 압력과 코어 볼트 토크를 설정한다.
임피던스는 조용한 결정이다. 180MVA, 220/66kV 단위에서 12.5%의 임피던스는 플랫폼 스위치기어에서의 고장 전류를 제한하지만, 부하 시 전압 강하를 증가시키고 플랫폼이 대체하기 어려운 무효 전력을 흡수한다. 따라서 임피던스는 변압기 설계를 확정하기 전에 케이블 및 스위치기어 엔지니어와 반드시 협의해야 한다. 또한 IEC/IEEE 60076-16 은 최대 72.5kV까지의 풍력 터빈용 변압기를 다루며, 수출용 단위는 일반적으로 그 범위를 벗어나 IEC 60076-1과 프로젝트 보충 사양에 따라 명세된다.
염수 분무: 부식 방지는 도료 색상이 아니라 명세사항이다
해양 환경 대기의 부식 등급은 ISO 12944 기준에 따라 C5-M 또는 CX로 분류된다. 이 분류는 단순한 장식이 아니다: 최소 건조 도막 두께, 코팅 시스템, 그리고 일반적으로 C5-M의 경우 중성 염수 분무 테스트 1,440시간, CX의 경우 그보다 훨씬 긴 테스트 시간을 규정한다. 북해 플랫폼에서 육상용 C3 코팅 시스템으로 도장된 탱크는 2~3년 이내에 용접 이음부에서 벗겨짐 현상이 발생한다.
실용적인 C5-M 코팅 시스템은 약 80 µm 두께의 아연 함유 프라이머, 120 µm 두께의 에폭시 중간 코트, 60 µm 두께의 폴리우레탄 상부 코트로 구성되며, 총 두께는 약 260 µm이다. CX의 경우 동일한 층 구조가 320 µm 이상으로 증가하며, 모든 용접부, 볼트, 및 가장자리에는 스트라이프 코트를 추가로 적용해야 한다. 왜냐하면 바로 이러한 부위에서 부식 방지 도막 두께가 가장 먼저 감소하기 때문이다.
도장은 작업의 절반을 차지한다. 용융 아연 도금 또는 316 스테인리스 하드웨어, 스테인리스 고정부재와 알루미늄 쿨러 사이에 설치하는 절연 와셔, 염분이 포함된 공기를 보존기 내부로 유입시키지 않는 벤터, 모니터링 장비용 IP66 등급 캐비닛은 모두 동일한 조항에 포함되어야 한다. 당사 공장에서는 플랫폼 계약업체와의 논의에서 거의 언제나 권선에 대한 이견은 없으며, 명판 브래킷, 접지 부싱, 케이블 겔런드 플레이트가 도장 일정에 포함되었는지 여부를 두고 논의가 이루어진다.
중량 및 플랫폼 인터페이스
플랫폼 데크의 중량은 상부 구조물과 설치 선박의 크레인에 의해 엄격히 제한된다. 변압기는 일반적으로 해당 데크상에서 가장 무거운 단일 기기이며, 리프트 한계를 초과하는 킬로그램 단위의 중량은 설계에서 반드시 제거되어야 한다—이는 크레인 조작원과 협의할 수 없는 사항이다. 표 1은 180 MVA, 220/66 kV 수출용 단위에 대한 현실적인 중량 분포를 제시한다. 수치는 보편적이기보다는 전형적인 것이며, 비율만이 일반적으로 타당하다.
| 구성 요소 | 전형적 질량(t) |
| 코어 및 권선 | 104 |
| 탱크, 커버 및 강성재 | 42 |
| 절연유 | 58 |
| 라디에이터 및 냉각 팬 | 12 |
| 부싱 및 액세서리 | 6 |
| 베이스 프레임 및 잭킹 패드 | 4 |
| 총계, 오일 충전형 | 226 |
해당 표에서 두 가지 결정이 도출된다. 첫째, 장치가 드럼에 담긴 오일을 함께 운반하는 오일 충전형으로 이동할지, 아니면 오일을 배출한 후 운반하는 오일 배출형으로 이동할지 여부이다. 오일 배출 시 리프트 중량에서 50~60톤을 감소시킬 수 있으며, 이는 일반 크레인과 중량용 크레인 간의 차이를 만들 수 있다. 다만, 이 방식은 질소 블랭킷 처리, 운반용 보강재, 그리고 플랫폼 상에서 더 긴 시운전 절차를 필요로 한다. 둘째, 무게 중심의 위치이다. 무게 중심 표시, 리프팅 루그 위치, 잭킹 패드는 구조 엔지니어가 도면 검토 시점에 확보해야 하는 인터페이스 데이터이며, 출하 시점이 아니다.
운반 하중은 자체 설계 사례이다. 프로젝트 사양에서는 일반적으로 다음을 요구한다 수직 가속도 3g 및 종방향 가속도 2g 대부분의 유럽 지역에서의 지진 사례보다 더 심각한 해상 운송 중 상황. 코어 클램핑, 권선 클램핑 및 탱크 내부 브레이싱은 모두 이 조건에 대해 검토되어야 하며, 해당 검토는 선적 메모가 아닌 설계 보고서에 포함되어야 한다.
컨버터 고조파 및 열 여유율
현대식 해상 풍력 발전단지의 수출용 변압기는 오랜 시간 동안 깨끗한 정현파를 받기 어려운 경우가 많다. HVDC 링크, STATCOM 및 터빈 컨버터는 와전류 손실을 통해 권선을 가열하는 고조파를 주입하며, 고조파 스펙트럼은 계통 구성에 따라 달라진다. IEEE C57.110에서는 고조파 손실 계수 산정 방법을 규정하고 있으며, 실무상의 결과는 출력 감액 또는 냉각 등급 상향 조정 중 하나이다.
여기서 대부분의 구매자가 놓치는 부분입니다. 냉각 등급은 고정된 라벨이 아닙니다. 팬이 작동 중일 때 180MVA를 운반할 수 있는 ONAN/ONAF 변압기는 팬이 정지하면 단지 130MVA만 운반할 수 있습니다. 플랫폼에서 N+1 팬 중복성을 요구한다면, 변압기는 한 개의 냉각 그룹이 정지된 상태에서도 명목 용량을 입증해야 합니다. 이 요구사항은 방열기 면적, 탱크 치수, 그리고 궁극적으로 크레인이 들어 올려야 할 중량까지 바꿉니다. 냉각, 중량, 정격 용량은 세 가지가 아니라 하나의 문제입니다.
공급업체를 약속대로 이행하도록 묶는 기준은 온도 상승 값입니다. 주변 온도 40°C 조건에서 65K 상승은 여유 있어 보이지만, 음향 차폐 캐비닛 내부에 장착될 경우 지역 공기 온도가 50°C에 달하기 때문에 실질적인 여유는 줄어듭니다. 해상용 장치는 종종 60K 설계를 필요로 하거나, 보증서에 명시적인 주변 온도 보정 값을 포함해야 하는데, 이는 60K와 65K 사이의 차이가 연속 정격 용량의 약 8%에 해당하기 때문입니다. 컨버터 고조파 그 여유를 더 중요하게, 결코 덜 중요하게 만듭니다. 고조파 손실은 보증서에서 명시한 동일한 과열 지점에 집중됩니다.
해상 환경에서의 실제 생존력을 예측하는 공장 시험
일반적인 시험 인증서는 해당 장치가 설계 사양과 일치함을 입증할 뿐, 염분과 열 순환에 노출된 상태에서 25년간 작동할 수 있음을 보장하지 않는다. 해상 풍력용 변압기의 경우, 공장 인도 시험(FAT)에는 아래 항목들이 포함되어야 하며, 소유주의 엔지니어 또는 DNV, Bureau Veritas와 같은 제3자 기관이 현장에서 검증해야 한다.
• 모든 탭 위치에서의 변압비 및 극성, 그리고 상별 권선 저항
• 정격 전류의 100% 및 50% 조건에서의 임피던스 및 부하 손실, 그리고 무부하 손실 및 무부하 전류
• 정격 용량의 100% 및 110% 조건에서의 온도 상승 측정(권선 온도 구배 기록 포함)
• 1.3 Um/√3 전압에서의 부분 방전 시험(유입식 장치의 경우 100 pC 이하)
• 고전압 권선에 대한 천둥 충격 시험, 그리고 탱크 진공 및 압력 시험
• 1미터 거리에서의 음압 수준(해당 용량 기준 일반적으로 75–80 dB(A))
• 절연유 유전 강도 측정, 그리고 온도 상승 시험 후 DGA 샘플링
이 중 두 가지는 일반적으로 받는 것보다 더 많은 주의를 기울일 만하다. 부분 방전은 1년간 사이클링 후 나타나는 절연 결함을 가리키는 가장 신뢰할 수 있는 단일 지표이다. 온도 상승 후 실시하는 용해가스 분석(DGA)은 열전대가 전혀 감지하지 못한 국부 과열을 포착한다. 우리는 모든 수출용 등급 장치에 대해 이 두 테스트를 모두 수행하며, 보고서에는 합격 여부 대신 측정된 값을 기재한다.
해상 풍력용 변압기 사양서에 포함해야 할 항목
변압기 사양서를 작성 중이라면 해상 풍력 변압기 이 다섯 가지 조항이 일반 요구사항 한 페이지보다 훨씬 더 많은 기능을 수행한다.
• 운송 중 최대 허용 중량과 크레인 리프트 반경을 명시하되, 구체적인 수치로 제시하고, 이때 오일 상태를 정의해야 한다.
• ISO 12944 분류에 따른 도장 시스템으로, 총 건조막두께(DFT), 스트라이프 코트 적용 요구사항, 염수 분무 내구 시간을 명시해야 한다.
• 냉각 예비성은 플랫폼 실제 주변 온도에서 하나의 냉각 그룹이 정지된 상태에서의 정격 용량으로 표현해야 한다.
• 컨버터 및 HVDC 공급업체가 제공하는 고조파 스펙트럼과 입찰 시 필수로 제출해야 하는 손실 계수 산정 방법을 명시해야 한다.
• FAT 증인 권한, PD 한계, 온도 상승 시험 후 DGA 채취 지점.
라이언 일렉트릭의 적용 분야
저희는 2007년부터 장쑤성에서 유침식 및 건식 변압기를 제조해 왔으며, 12만 m² 규모의 공장 부지에 180세트 이상의 생산 및 시험 설비와 권선 및 냉각 설계 분야에서 확보한 37건의 특허를 보유하고 있습니다. 2023년부터 이튼(Eaton)의 공식 조인트벤처 파트너로 운영되면서, 문서 및 공정 관리가 고객 감사 체제가 아닌 파트너 감사 체제 하에 수행되고 있습니다.
해안 및 해양 프로젝트의 경우 코팅을 자체 공장에서 시행하므로, C5-M 코팅 시스템과 스트라이프 코팅 모두 자사의 통제 하에 유지되며, 모든 수출용 기기에는 출하 전 부분방전 측정 및 온도 상승 후 DGA 검사를 실시합니다. 당사 엔지니어는 탱크 설계가 확정되기 전에 귀사의 구조 및 케이블 팀과 플랫폼 인터페이스 도면 세트를 검토합니다. 해당 논의가 더 조기에 이루어질수록 중량 절감 비용은 더욱 저렴해집니다.
유틸리티, 광업 또는 산업 프로젝트를 위해 해상 풍력 변압기 또는 해안 지역 수출용 유닛의 경우, 등급, 플랫폼 중량 한계, 주변 온도 및 고조파 스펙트럼을 보내 주세요. 저희가 중량 분해표, 코팅 일정표, 시험 계획서 — 이 세 가지 문서를 제공해 드립니다. 이 문서들이 가격 논의 전에 유닛이 플랫폼에 적합한지 여부를 결정합니다. 팀에 연락하려면 ryan-transformers.com 또는 [email protected]로 문의하세요.
저자 소개: 이 기사는 라이언 일렉트릭(장쑤 라이언 트랜스포머)의 변압기 엔지니어링 팀이 작성했습니다. 라이언 일렉트릭은 이턴(Eaton)과의 조인트 벤처 파트너이자 UL/CSA 인증을 받은 제조사로, 북미, 유럽, 중동, 동남아시아 지역의 유틸리티, 재생에너지, 산업 프로젝트에 사용되는 오일 임머스드, 드라이타입, 패드마운티드 변압기를 생산합니다.