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撰▓劉亦強
星葳公司「超高壓架空輸電線路鐵塔
基礎結構安全監測計畫」介紹
一、背景與目的
國內 69KV、161KV特高壓及 345KV超
高壓電力輸送均使用大量的輸電鐵塔,而這
些輸電鐵塔經常位於偏遠或坡地邊緣,人工
檢測不易,故需耗費許多編制上的巡檢員做
巡檢,費力費時且危險。而且無預警之鐵塔
崩塌會造成電力之中斷,以及經濟,民生等
之重大損失。如:729事件、921大地震,
都造成國家社會巨大的影響,所以如果能夠
對這些輸電塔結構以及其基礎之穩定進行即
時自動化監測,對於電力供給穩定性之維持
將有極大之意義。但是許多位於偏遠地區或
山區輸電塔也通常是最需要做安全監測之鐵
塔,由於缺乏監測所需電源供應,長時間自
動化安全監測如果使用電子式方法將極為複
雜且昂貴。而光纖光柵感測器是屬於被動元
件,穩定耐用而且可以做分佈式之現地佈設。
同一組光源與光訊號解讀系統可以提供 20km
範圍以內光纖光柵感測器使用。在監測鐵塔
現場只需安裝耗電量約 50w之光纖切換器一
具。此低功率電源可以使用類似電塔警示燈
所用太陽電池與蓄電系統供應。利用光纖切
換器來輪流切換所需監測之電塔,做光源與
量測光訊號之傳輸。使用同一光訊號解讀系
統掌控,前後 20km範圍(總共 40km)以
內之光纖光柵感測系統使用電力公司既有架
設之 OPGW(光纖複合架空地線 ) 如 Fig-1所
示,內之光纖做光纖切換器控制與光訊號傳
輸。只需要將光訊號解讀系統安置在有穩定
電源與網路系統之位置,即可做長期自動化
之監測。
何謂 OPGW (Optic Fiber Composite
Overhead Ground Wire) 光纖複合架空地
線 (OPGW),係以傳統架空地線與光纖電
纜兩者搭配而成,由於傳統通信方式不足以
應付電力系統資訊及訊號之傳輸需求,遂利
用電力系統中之架空輸配電系統進行通訊之
聯結,以建構成一完整資訊及訊號網路系
統。而光纖所具有之低損失 (Low loss)、寬
頻帶 (Wide bandwidth)、無電磁感應 (No-
electromagnetic induction)、質輕 (Light-
weight) 外徑小 (Small size) 等…特質,均
為最好之通訊介質,且已被全世界各國電
力公司廣泛採用,故運用兩者之搭配既為
OPGW,如 Fig-2 OPGW系統架構。
Fig-1. OPGW
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本計畫之目的是選擇一處位於有地質變
動因素之坡地邊緣的輸電鐵塔作為標的,該
塔並已架設了 OPGW及有接續點 (Joint Box)
引下,如 Fig-3所示,在輸電鐵塔上安裝光
纖光柵傾斜感測器,鐵塔基礎部位之邊坡內
安裝光纖光柵地層位移與地下水壓感測器。
全部系統依照上述使用兩條光纖做切換與光
訊號傳遞,並做長期自動監測與基礎 /結構
早期破壞預警。計畫之預期效果為示範本光
纖光柵監測技術在高壓輸電塔安全監測之應
用,並評估其實用性與經濟性。
光纖光柵之量測原理,計畫將使用之光
纖光柵傾斜儀(FBG-SI)與光纖光柵水壓計
之基本量測原理以及相關技術部分之使用案
例詳述於附錄 A。以下就本計畫之工作規劃
做一敘述。
Fig-2. OPGW系統架構
Fig-3. OPGW接續點 (Joint Box)
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二、監測內容規劃
監測地點之選擇須與電力公司共同決
定,為充分展示相關技術之特色最好(但非
必須)選擇位於邊坡之輸電鐵塔。規劃在鐵
塔結構底部與中間部位於四個主要支柱上各
安裝一組相互垂直,雙向光纖光柵傾斜儀
(FBG-SI),共八組,十六個感測器,在鐵
塔基礎邊坡做垂直鑽孔安裝 30m測傾管,於
測傾管底安裝一個光纖光柵水壓計。除光纖
光柵感測器外,裝有一個使用光纖 Ethernet
控制之光纖切換器(optical switch)。現場
感測系統佈設之示意圖如 Fig-4所示。將一系
列 FBG-SI串接同時放入 30m深測傾管內每
m安裝一個FBG-SI,現場安裝如Fig-5所示,
可監測坡地表面下 30m深度內低至 1mm以
下之移動。另外於傾斜管底部位置安裝光纖
光柵(FBG)水壓計一個 ,如 Fig-6所示,
提供地下水位深度資訊。由於高壓鐵塔內有
電力公司專屬之 OPGW光纜佈設,所以將使
用其中兩芯光纖做為光纖感測器切換與訊號
傳輸之用。位處 20km範圍以內光纖光柵解
讀系使用其中一芯光纖作為光纖切換控制之
用,另外一芯則與 FBG解讀系統連接做訊號
解讀與資料擷取 /傳輸,即可達到全自動資
料收集與網路傳輸之功能。綜合評估地層移
動與水壓分佈變化,決定監測標的結構與穩
定狀態,其監控系統架構如 Fig-7所示。
Fig-4. 鐵塔監測現場感測器安裝示意圖
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Fig-5. FBG-SI現場安裝 Fig-6. FBG水壓計
Fig-7. 監控系統架構
水壓計 Sensor
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三、器材明細及數量
全部安裝之器材細項列於表 1。施工所
需時間約 60天。
四、預期成果
本計畫之預期成果包括:
▓ 電力公司可展示全球獨步高科技之鐵塔安
全光纖監測系統。
▓ 做為輸電電塔長久耐用之安全監測技術依
據。
▓ 擴大 OPGW通訊以外之加值運用。
▓ 未來若在光纖光柵解讀系統前後 20km內
安裝光纖光柵監測系統,無需重複購置
FBG解讀儀與電腦設備,其經濟性將更為
明顯。
▓ 提供數據作為未來是否大量使用之決策依
據。
五、作者簡介
曾任職於華新麗華股份有限公司及其關
係企業長達 10年,歷任課長、副理、經理,
並曾任職於星力股份有限公司副總經理,現
服務於正崴集團 星崴股份有限公司副總經
理,專長為電力輸配電、通信及光纖電纜製
造、通信系統工程整合,並曾參與大型通信
及電力工程如:台鐵及中油骨幹網路建設、
IDC機房、台北捷運 ATIM工程、民營固網
建設、台電 OPGW工程、台電南北 345KV
第三輸配電線路工程及 921電力搶修等…,
於製造及系統工程方面資歷完整。
專業證照有 PMP國際專案管理師、交通
部電信工程人員、公共工程品管師、勞工安
全衛生乙級技術士等…。並曾主編電機月刊,
目前仍為 2014電機月刊之專輯主編。
表 1
項 目 說 明 數 量
FBG 解讀儀 FBG訊號解讀 1具
工業電腦 資料擷取,訊號無線(3.5G)網路 1具 傳輸
不斷電供電系統 電腦,FBG解讀儀緊急供電 1具(電池與控制系統)
光纖光柵傾斜儀 地層移動與鐵塔傾斜監測 46個
光纖光柵水壓計 地下水壓分佈監測 1個
鑽孔與現場儀器安裝 鑽孔,傾斜管與水壓計安裝封層
光纖切換器(16x1)+ FBG訊號線切換控制 1具Ethernet控制器
光纖切換器用 50w電源 太陽電池與蓄電裝置 1具系統
光纖光纜材料,集線盒 將感測系統與通訊光纜連接 一式
與現場安裝
耗材費用 交通費用包括租車汽油等,保險, 一式
郵電費用
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