開創鐵塔科技健檢2.0時代 自動監測+智慧巡檢上線 Go!Go!Go!

683期

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全臺近2萬座鐵塔分布在平地、山區、海邊甚至河中央,如同電網中的接力賽,一棒傳一棒,支撐全臺供電系統的運作,台電為了肩負起穩定供電的責任,藉助最新通訊科技技術,針對鐵塔進行縝密的運維管理,規劃導入如無人機等自動化監測及智慧巡檢系統,以因應極端氣候帶來的嚴峻挑戰。

對高度動輒20公尺以上,甚至高達100公尺的鐵塔來說,頭號敵人不是強風,而是鹽霧的腐蝕污染!台電供電處林世孺組長指出,「鐵塔、導線、礙子等設備怕的是鹽霧污染,因為鐵塔生鏽與鹽霧有很大的關係,離海越近鹽霧越嚴重,離海越遠、越山區的鐵塔通常壽命越長,臨海鐵塔壽命周期多為20年,山區則平均可達40年以上。」

台電以與海岸線距離來區分鹽霧害等級,由輕至重將鹽霧害等級劃分為A、B、C、D、E等5個級距,位處不同鹽霧害等級的鐵塔各有對應的壽命周期、定期點檢頻率、礙子清潔維護周期與油漆頻率等要求。

鐵塔定時上漆 防鹽霧殺手

以防止鐵構件鏽蝕的鐵塔油漆為例,B區鐵塔原則五至十年上一次漆,C區鐵塔五年、D及E區重腐蝕區的鐵塔則每二年重漆一次,林組長解釋:「這是大原則,實際油漆周期需搭配點檢結果提早或延後施作。」為因應鹽霧害,鐵塔有專屬油漆,主要可分成底漆、中塗漆、面漆,油漆的材質及厚度也會因鹽霧害等級而有不同規範。

至於大家常見的紅白相間塗漆,乃是為了飛航警示,林組長說:「因應交通部民航局的規定,鐵塔若在特種目視航路及目視走廊附近必須漆上紅白漆,提醒飛機駕駛注意,保持航道安全。」

鐵塔設備的定期點檢也不能馬虎,各供電區營運處在新鐵塔點交後一年內必須進行接管複查,並依據鐵塔所處鹽霧害等級實施不同等級的運維標準。一般地區鐵塔的點檢頻率為三到五年,腐蝕地區為二年,重腐蝕地區為一年;如果是重要線路,如科學園區電源線路、核能發電廠及其備用電源線路、161kV與345kV等線路,即便位在一般地區,也需要二年點檢一次。點檢目的在確認如支持物、礙子、架空線等鐵塔構材外觀是否變形及其生鏽程度等。

滾動式顏色管理 為塔基把脈

鐵塔基礎如同房子的地基,直接影響鐵塔的使用壽命,林組長指出,鐵塔地面上的構件相對容易替換,但鐵塔基礎的形式、施工方法選定後就決定鐵塔的後續永久性及耐久度,屬於高度土木專業的領域,也因為如此,供電單位都借重擁有土木技師證照同仁負責設計及監造的簽證工作。

供電處鄭忠國組長指出,塔基維護採滾動式顏色管理模式,以「環境因素安全評估」及「定期監測安全評估」兩個面向交叉分色。環境因素依據地質、邊坡、崖高、水文、植被及線路重要性等評定分成4級,定期監測為鐵塔基礎四腳邊距、對角距及各角相對沉陷值的定期量測等,依差異比例值分成4級,這兩個面向交叉後將鐵塔分成「紅、橙、黃、綠」等4色進行管理。

根據「輸電線路維護準則」,紅、橙色塔基被列為重點巡視標的,每月需巡視一次以上,黃、綠色等級塔基則為普通巡視,每兩個月一次以上;巡視範圍原則以鐵塔為中心向外擴散50公尺,觀察記錄周遭地形有無變化、崩塌、下雨天擋土牆排水孔是否正常排水,只要現場發現問題,土木人員就會到現場判識該補強或改建。另外,若達異常雨量標準或地震震度級別時,亦需前往臨時巡視以確保供電安全。

紅色塔基雖以遷、改建為原則,但不排除為一次颱風或地震所致,「因此部分會鑽孔進行傾斜管監測約一年半,並分析數值,若確認地盤無滑移趨勢,再持續進行監測約一年半無異狀後則改列為橙色,最高可提升至黃色等級,若需改建,完成後就會提升為綠色,這就是滾動式管理。」鄭組長說。

極端氣候挑戰運維管理

無論對鐵塔本體或基礎而言,林組長認為最大的運維挑戰來自於近年來益發明顯的極端氣候現象,他說:「以前梅雨季是每天下綿綿細雨,現在則集中在一、兩天,這些密集、短時間降下的超大暴雨,有時還會夾帶雷擊,直接擊中導線、礙子等輸電設備,進而造成線路跳脫」,他進一步指出, 「線路事故約有45∼50%為雷害事故,過去落雷大多集中於夏季,分布也較平均,但近三年卻集中在某月或某幾天,亦曾有一小時遭雷擊十幾次的情況發生。」

防止雷害最有效的做法是在線路安裝避雷器,但是線路安裝避雷器成本高達上百萬至千萬元,因此過去的安裝原則是該線路發生過雷擊,且需達到一定頻率。而民國106年後,為了因應密集的雷擊及穩供使命,台電主動在重要線路裝設避雷器,從成本考量轉為安全導向。

除了雷擊外,短時間降下的暴雨也考驗著塔基,鄭組長說,暴雨會造成淹水及坡地災害,鐵塔夠高不怕淹,但坡地災害就影響甚鉅,「暴雨會讓土壤含水飽和度太高而造成邊坡沖刷,導致土石流失,使鐵塔基礎裸露,這時台電會先進行搶修,在鐵塔基礎範圍進行包含覆蓋防水帆布、增設截排水溝、設置擋土設施、坡面植生等保護工程。然而若是邊坡災害範圍太大又非台電自有土地時,台電為了穩定供電會設計直接將鐵塔遷走,避開地質不安全區域。

鐵塔遷、改建工程 穿衣改衣大不易

關於既設鐵塔的遷、改建,鄭組長說:「比新設鐵塔更困難,既設鐵塔要『穿衣改衣』,無論尋找新地點或工法都有許多限制,也需要較長的施工時間。」

鐵塔遷、改建第一件事情就是選址,因為需考慮與前、後鐵塔的距離及減少線路路徑變更,所以地權人員往往就近在原鐵塔附近尋找適合的地點;選定地點後需跟地主交涉,先鑽探了解地質並埋入地中傾斜管監測一年,確定都沒問題後才能購買土地。接下來由台電自辦塔基土木工程與鐵塔設計,約一至二個月後就可以發包施工,或直接交由年度開口合約廠商施工。

鄭組長強調,既設鐵塔遷、改建施作時需維持穩供,故常於送電狀況下施工,「因此遷、改建鐵塔的吊高、挖深都有更多安全顧慮,為考量與導線保持安全距離,本來可用大型機具只能改以小型機具或人工處理,最高工時差距可達半年,所以一般山區鐵塔遷改建施工期約需一到一年半。」

林組長補充說明,「為了施工安全及避免與既有設施牴觸,施工前會有完整評估方案,做好安全預防機制。」如在原鐵塔標示高度警示帶、施工現場張貼限高與安全提醒的告示牌。

紅外線測線溫 插管測地下世界

供電處透過對地面上的線路測溫及地面下的鐵塔基礎長期監測和追蹤,達到全面掌握鐵塔狀態之目的。林組長表示,導線相互連接的接點有螺絲及壓接點,若螺絲鬆動,阻抗會變大,就容易發熱,而溫度太高將造成導線斷裂,因此需要用紅外線定期監測接點是否發熱,若與旁邊線路相較溫差過高就需規劃檢修,「紅外線測溫是預防性檢測導線接頭是否正常運轉,一般線路以三年測溫一次為原則,重要線路則每年都需要測溫。」

塔基的監測主要在了解塔基是否變形及地盤是否滑動,將結果併入塔基顏色管理。鄭組長指出,每月需對紅色塔基使用全測儀測量鐵塔邊距、對角距,確認鐵塔基礎是否變位,若變形差異超過一定標準就會分類到對應塔基顏色管理。921地震後,已對有安全疑慮之塔基持續進行地中傾斜管監測,若發現線形數據每月呈偏離趨勢,就意謂著土地有滑動問題,需判斷如何補救,鄭組長強調:「這個做法能即時反應現場狀況及改善塔基,也是鄰近國家如日本對鐵塔的監測做法。」

無人機出動 監測再升級

近年來科技、物聯網及無線技術進步,台電規劃將鐵塔監測自動化、智慧化,當交通中斷或天候不佳時,仍能即時掌握鐵塔現場狀況,也避免同仁在颱風天或災害發生時仍須趕赴現場的危險。

基於無人載具日益普及,台電計劃導入無人機協助監測導線溫度及智慧巡檢。林組長表示,現在紅外線測溫做法是人走到線下,手持設備,以照相的方式對線測溫,將結果記錄在內建的記憶卡中,再帶回辦公室判讀,「現在國外已開發用無人機搭載紅外線測溫的方法,一來減少運維人員往返奔波的時間,並解決交通不便的問題,二是無人機可取得較好的測量角度,對測溫的質與量都有所提升, 今(108)年已提研究計畫請綜合研究所朝這個方向規劃研擬。」

目前台電已將無人機運用在交通不易到達地區如河口或湖中間的鐵塔,進行巡檢及事故查找;另線路事故發生時,因為輸電線處於送電狀態,人若爬上鐵塔檢查相當危險,現在這些狀況可利用無人機協助,「雖然無人機無法像人做得這麼全面,但若能安全、快速地拿到第一手資料,就可以縮短掌握設備現況的時間。」

臺灣許多鐵塔座落在山區,山區信號太弱成為鐵塔監測資料傳輸自動化的障礙,鄭組長透露現正嘗試不同的通訊技術,如電力通信處在鐵塔架設兼具地線功能與通信傳輸的複合光纖架空地線OPGW,再加上無線通訊後,可望比4G更穩定,在這個基礎上,今年於花蓮地區測試一些自動化監測設備,如鐵塔及塔基傾斜計、山崩地滑警示計、定置型傾斜計等,將鐵塔及地層監測數據即時匯整在同一個平台,並以燈號顯示異常狀態,「紅燈代表危險,綠燈是安全,這也是一種防呆設計;將來如果發生豪大雨或事故,進入平台就可以掌握全部鐵塔狀態。」

對於監測自動化,鄭組長坦承還有許多挑戰待克服,首先需要依賴太陽能板及儲能的鋰電池夠電,作為鐵塔電源依靠、啟動監控設備;另一方面即時監測及回傳資料相當耗電,若將頻率從一小時一次改為三小時一次,又會影響資料的可用性,目前正在研究,思考如何將配置精簡與合理化。

長期挹注經費 預防監控勝日韓

另一方面,台電身為國營事業,有穩定供電的責任,長期投入經費主動發展鐵塔自動化監控,鄰近國家如日、韓電廠因採民營化經營模式,會站在成本考量的基準點上,削減預防性作為的投入,例如通常僅針對風險程度高且即將辦理遷、改建的塔基安裝地中傾斜管進行監測。

台電供電處有個鐵塔維護管理系統,持續更新、記錄鐵塔維修歷程,並與氣象局、國家災害防救中心介接落雷、雨量等外在環境資訊,將來塔基的自動化監測、智慧巡檢等數據也將匯入這個平台,屆時這不只是全臺鐵塔的生命歷程展示平台,更是一個管理及預警平台,林組長說:「以地震為例,只要知道地震範圍,透過平台就可以即時了解震區鐵塔的狀況,把人力運用在最需要緊急處理的據點。」

林組長相信透過監測可以充分掌握、監控危險,他說:「我們沒辦法預測颱風會不會造成設備損壞,但一旦發生了,台電有能力即時掌握故障點、縮短搶修時間,不造成公眾影響;如同對於雷擊,我們不能控制老天什麼時候打雷,但可以透過努力,防止雷害!」

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