導入生命周期管理概念 強化鐵塔安全規範

中華民國地震工程學會 許丁友秘書長

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整理 陳怡 圖 許丁友、集思創意編採團隊

隨著時代變遷,社會因素愈趨複雜,台電欲取得鐵塔用地變得更加困難,中華民國地震工程學會秘書長暨臺灣科技大學營建工程系許丁友助理教授表示,在用地受限的情況下,如何補強既有的鐵塔結構或汰舊換新,將成為重點之一。

民國66年賽洛瑪颱風造成許多鐵塔倒塌,事故原因之一便是結構受到破壞,因此台電邀集學者專家,根據當時的技術大幅調整鐵塔的設計規範,長年以來幾乎未聞鐵塔結構出問題,台電在這方面的努力值得肯定。

然而隨著時代改變,如今專業技術進步、相關知識及觀測資料更充足,因此鐵塔結構的設計標準必須針對需求面進行檢討,例如受氣候變遷導致短時間降雨量提高,所以現在鐵塔基礎邊坡也需要考量到較長迴歸周期的降雨量。除此之外,雖然鐵塔主要受到風力影響,但是現在對於斷層的研究更加深入,也讓我們回頭檢視,斷層附近的鐵塔結構耐震能力是否足夠?

更近一步來說,以往鐵塔做耐震設計時,僅考慮一般狀況(距離斷層較遠的震波特性),但是現在的調查資訊已經可知斷層通過哪些地方,位於斷層附近的鐵塔耐震需求將需要提高,或者鐵塔沿線處於跨斷層地帶,則斷層破裂時可能造成基地數公尺的相對位移,必須檢討此類鐵塔的耐震安全。所以台電下階段的挑戰,將是如何在新知的資訊之上,回應外界對於既有或新建鐵塔的安全疑慮。

圓形斷面新構材 加強抗風能力

目前國際上針對鐵塔的結構設計,也有新的技術發展,以日本為例,一般鐵塔都是採用角鋼形式,而日本的電力公司開始改用圓型斷面的構材,由於鐵塔結構主要受到風力影響,因此斷面從角鋼變圓型構件,將可使其減少受風的影響,是一種可行的作法。不過使用新的鋼結構系統時需特別謹慎,雖然圓形構材的抗風能力較佳,但其最大問題在於部分的接合細部必須採用焊接,所以要考量到殘餘應力以及如何防腐防鏽。假如焊接時未經周全考量,初期完成時不成問題,經過幾十年後狀況就會慢慢浮現,成為結構損壞的關鍵點,所以鐵塔採用圓形構材須有充分的考量。

鐵塔監測參數多 需注意交互影響

鐵塔結構強度的監測,主要目的在於維護和延壽,需留意坡地滑移可能破壞鐵塔,以及因為地形造成局部風力特別大,還有沿海區域容易遭受鹽分腐蝕等。另一個值得注意的問題是,由於沿海地區風力大且鹽分多,所以鐵塔除須考量基本頻率的震動,還要留意受強風時結構局部可能產生高頻振動而易造成疲勞,再加上鹽分腐蝕,交互作用的因素可能讓鐵塔構件容易產生疲勞破壞,這是監測時可能需要留心之處。

另外,據了解目前台電部分輸電線路,如風力發電重鎮彰濱工業區,將採用寬型鐵塔,由於當地將有離岸風場的發電輸入,而且又是臨海容易受到腐蝕的地區,所以新建的鐵塔基礎將多預埋一組鐵塔之基礎角鋼,以作為未來鐵塔汰換組裝之用,如此就可以在維持單回線送電下順利地更換鐵塔。

而目前世界上已將無人機應用於橋梁維護,相關研究也蓬勃發展,未來鐵塔也可能使用類似的技術,甚至是攀爬機器人,再配合人工智慧及影像辨識、微型檢測儀器,以了解螺栓或者構件的安全性,可減少運維人力的負荷。

鐵塔總體檢 導入生命周期管理

目前台電公司進行總體檢的重點,將會是導入鐵塔結構的生命周期管理的概念,亦即鐵塔到底還能使用多久?這可以從兩個角度來審視,一是檢查鐵塔本身的健康狀態,了解鐵塔本身的性能還剩多少;二是了解外在環境的需求,例如環境是否產生變化,或者留意過往沒注意到的資訊,透過這些資訊決定進行結構補強或汰舊換新,以及檢查維護的周期是否需要縮短或延長,在確保安全的前提下降低維運成本。

舉例來說,即使是40多年的鐵塔,假如結構狀況良好,外在環境也沒有特別改變,那麼使其延壽即可,但檢查頻率可能需要比平常更高;假如某座鐵塔的狀態良好,但是當初設計時,因為環境資訊不充分,以致考量得不夠周延,就需要討論是否改建或補強。幾十年過去,台電的鐵塔逐漸老舊,維護工作也益發重要;如果平常做好檢查和維護,即可避免發生不可預期的結果,因此期許台電未來除了導入生命周期的概念對鐵塔進行總體驗之外,也應正視未來鐵塔維護工作的重要性,並提出相應的策略。

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