從海濱到高山 架空輸電線路 高來高去愛臺灣

683期

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臺灣電力系統發展始自日治時期,初期為分區且獨立的供電系統,並無輸電網路串連,至西元1934年7月完成日月潭水力發電工程,建造154kV輸電線以及高雄、臺北兩座一次變電所分向南北送電,才開啟了臺灣的輸變電網工程。

台灣電力公司成立之後,沿用日治時期興建的輸電線路計有2,707回線公里,隨著電力需求增加,民國43年4月成立輸配電工程處,著手進行輸變電設備復舊及電源開發計畫,並於民國59年3月成立超高壓線分處,規劃並執行全臺345kV線路的興建工程。

民國63年10月,耗時二年,從板橋經天輪至高港共計三座超高壓變電所、全長330公里的第一路南北超高壓線幹線興建工程竣工,開啟了臺灣電力供應的新頁,從此之後,為滿足負載成長及電源開發需求,依序建立七個輸變電計畫。截至民國108年6月為止,台電運轉中的架空輸電線路累計已有13,353回線公里、地下電纜為4,357回線公里。

架空輸電線路的支持物主要有鐵塔、鋼管桿、鐵柱、水泥桿、木桿及角鋼桿等,臺灣早期以木桿為主,水泥桿為輔,鐵塔及鐵柱需專案向國外採購,直至民國60、70年代,台灣鐵塔公司和力鋼公司先後成立,國內才開始自行設計、製造鐵塔,輸變電工程處線路技術組李元平課長解釋:「鐵塔的機械強度高,適用於跨距較長或架設更多回線線路的狀況。」

人工對圖選址 設計能力大挑戰

鐵塔選址首重地形、地質俱佳且能與線下保持適當間距,但關鍵因素仍為地權交涉,由於從民國80年代起,越來越多輸變電設備在設置過程中遭遇民眾陳情抗議,尤以架空線路為最,因此架空線路大多規劃在山區。雖然地形平坦的位置會優先納入考慮,但若是地權取得困難,為了避免強制徵收引發陳抗或交涉耗時,通常會遷就地權容易取得之處,只要地質鑽探確認地質條件可行,就會針對環境條件提升設計預度,確保鐵塔安全無虞。

過去採用人工對圖選址,需仰賴設計人員的耐心與經驗,輸變電工程處中區施工處溝通組黃育新經理表示,台電是根據電業法、輸配電設備裝置規則及內部輸電工程作業手冊、架空輸電線路設計準則、選線準則等相關規範,搭配地形圖與航照圖來選出設置鐵塔的最佳地點,「我還是設計人員時,會用地形圖及航照圖互接,一張接一張,在會議桌上拼出很大的地圖,再請教資深學長一起討論最佳路線,接著進行現場勘查、測量、塔型選定、塔高、塔身規板配塔腳、弛度規板確認線下高度等縱斷平面設計……」黃經理懷念地說。

北區施工處第三工務段唐永豐經理表示,由於過去缺乏圖資,所以設計人員的經驗判斷至關重要,進入中心測量階段到現場踏勘時,需運用專業和經驗來判斷塔址是否合適,要避開容易遭受沖刷、地勢陡峭、地質鬆軟或位於山溝旁的土地,必要時還須在現場重新規劃。一般來說此時可確定塔址,假如現場地勢陡峭,則需經歷二、三次勘測才會確定下來。

到山區踏勘不但要有登山經驗,還需承擔一定風險,唐經理回憶民國86年規劃「東原~玉井」輸電線路時,一行人一早入山踏勘塔址,傍晚5點下山時天色已暗,才發現少了一名勘測人員,「下山的時候大家身心俱疲,不易注意到周遭的事。」一行人緊張地等到晚間7點多,已經準備要通報搜救隊時,其中一名隊員的傳呼機響了,回撥之後方得知同仁走錯路,繞了一大圈走到曾文水庫,「短短兩小時卻感覺像是爬了一生的山……」足見輸電線路建置前期作業的不易。

另一次則是90年在龍崎踏勘,路徑規劃通過有「月世界」之稱的高雄田寮地區,該地區大部分為泥岩地質。當地每逢雨後,地質如黏滯的軟沙下沉,乾燥時又成硬塊,因此作物生長不易,為一片貧瘠之地。設計、勘測、地權人員在中心測量階段一同沿著牛寮溪前行,卻發現塔址位於容易崩滑的山丘上,不但地形陡峭又是泥淹地質,且線下高度不足(編按:345kV輸電線的線下高度需15公尺以上),設計人員當下判斷此處不適合建置鐵塔,因此另尋路徑,卻在竹林和芒草中迷路多時,花了比原本預計的勘測時間更久才下山。

善用創新科技及溝通能力 加速規劃進程

唐經理也表示設計人員尚未到現場之前,不易得知包括線路經過的作物、地形和建物等線下高度,尤其容易忽略山區鐵塔導線擺動時和邊坡之間的安全距離。過往為了確定線下的情形,勘測人員必須沿著線路探勘,現在多了科技輔助工具,較不需土法煉鋼實地勘測一遍。

「以往都是靠前輩經驗傳承,現在我們除了持續保留核心技術,也藉由科技提升設計人員工作的效率和精準度。」黃經理也表示為了配合通霄發電廠更新擴建計畫,台電從民國94年起就著手規劃苗栗「通霄~峨眉」超高壓線路,後續為加速工程推動,時任課長的他與同仁共同提案變更路線,改為就近引接既設超三路之「通霄~義和」超高壓線路,獲王勝傑經理及古璧松處長(時任副處長)支持,引進一套結合航空測量(LIDAR)之「3D分析圖台」軟體,能同時分析地籍、礦區、地質敏感區、即時縱斷面及塔基地形剖析等資訊,成功加速了「通霄~義和」線變更路徑後之規畫、設計及用地取得等時程。

科技進步,設計人員藉由航空測量、3D分析圖台與地質鑽探技術,可以挑出最合適的鐵塔位置,但每次用地交涉後,路線多少都會產生變更,黃經理也坦言每次更動都象徵著風險,如何在安全性、急迫性及符合利害關係人需求三方面取得平衡,是建置鐵塔最困難的地方。

唐經理表示隨著時代變遷,設計人員溝通協調能力和專業技術一樣重要,以「林口~頂湖」輸電線為例,台電長期面對地主們不斷地抗爭,後來經過設計人員勘查發現,其中一位參與抗爭的地主土地範圍之邊緣有軍事火砲碉堡,因此透過地權人員與軍方多次交涉,終獲軍方同意由台電協助整建碉堡並變更鐵塔設定角度,以不影響碉堡射角為原則,採用基礎和碉堡共構的形式設置鐵塔才解套。

除此之外,黃經理強調鐵塔選址除了遵守法規、保有基本地質條件及地權取得外,也必須顧及風俗民情與居民反應,要避免正對房子與墓地,也不能影響水源。其轉任溝通組後,經常上前線與陳情抗議的民眾互動,更懂得考量對方立場。「多站在居民的角度設想,做好溝通協調,就能在規畫階段降低後續陳抗的機率及強度,避免延宕工程進度。」熱愛線路設計的他更表示,現在遭遇的困難都是未來寶貴的資產,因為有了這些經驗,才能讓往後的線路規畫更為嚴謹周詳。

輸電線路設計需因地制宜

不同地形、地貌、地質與氣象條件對架空輸電線路的設計和建置也會帶來不同挑戰,輸變電工程處歷年所完成的345kV超高壓輸電線路中,最特別的應是必須考量耐「冰雪」氣候的新東西線。

從南投縣大觀及明潭水力發電廠,橫越中央山脈,往花蓮縣鳳林超高壓變電所的新東西線,線路長達約73公里,橫越中央山脈,最高鐵塔標高2,925.5公尺,主要是配合當時政府產業東移政策,供應臺灣東部用電而興建,「輸電線路設計的主要重點需考量在各種天候狀況下電線的絕緣間距及鐵塔的強度是否足夠。」負責臺灣第一、也是目前唯一一條345kV耐冰雪輸電線路設計的輸變電工程處北區施工處溝通組陳玉川課長表示。

原來電線和鐵塔之間要用礙子絕緣隔離,設計時要考慮如何保持足夠的安全距離,讓鐵塔與導線及導線彼此間不會互相感電,而絕緣效果又會受到環境、污染和海拔高度影響。「比如說原本架空線路就是靠空氣絕緣,但是新東西線經過空氣稀薄的高山地區,絕緣強度也因此降低,另外還要考慮冰雪荷重,避免積雪將鐵塔壓垮,所以必須導入與低海拔地區不同的設計觀念,重新訂定包括絕緣設計標準和鐵塔支持物強度。」也因此台電開發了耐冰雪的鐵塔。

陳課長印象最深刻的是當時在東部萬榮林道勘測時,親眼目睹山林隨著早期森林運材鐵道開發而消失的震撼,幸好還有一片人煙罕至的原始森林完整保留,「當時為了避開那片上千年的珍貴林木,我們一行踏勘人員及當地原住民,在那片林地的陡峭邊坡間來回奔波測量,取得林地和山邊陡坡的地形資料,在樹林間就地進行設計,奮鬥了一、兩天,經多次調移塔址與修正路徑,才讓輸電線路成功避開那片原始林,巨木得以被保留,在環境與開發中取得平衡。」他也表示,設計人員需要獨當一面,主導踏勘現場,並且在有限時間內決定鐵塔位置以及輸電線路路徑,責任重大,因此豐富的經驗和事前準備工作十分重要。

北區施工處張涵曦副處長也說,「經驗是輸工體系的核心技術,現在的工程都可以結合設計與施工統包,唯獨架空輸電線路無法委外,因為若無幾十年的經驗督導,執行過程無法非常周延。」

除了冰雪地區的特殊設計,建置在濱海地區的鐵塔,則需選用耐腐蝕的塗料,抵抗鹽霧侵害,延長鐵塔的壽命。而新建的河中鐵塔基礎建置,需考慮河流沖刷力道,建置完成後也須定期進行安全評估檢測。

邀民眾一起玩創意 造型鐵塔吸睛

「採用標準設計的鐵塔,成本低、效率高、設計難度較低,但容易給人冰冷、缺乏美感的印象。」張副處長表示為增加鐵塔的可親性,與國際脈動接軌,同時配合蘇花改試運轉及通車後的電力需要,台電於民國104年首度舉辦「輸電鐵塔創意造型設計競賽」,邀請各界人士設計座落在花蓮、宜蘭交界和平溪出海口位置的鐵塔,考量到鐵塔的創意性、可實現性及與當地景觀、風土人情的連結性,最後選用以古漢字「生」為意象設計的創意造型鐵塔,於今(108)年正式建置完成送電。

傳統鐵塔通常以角鋼搭接再用螺栓固定,為了遷就特殊設計,這座創意電塔必須先在桃園的工廠將裁切後的鋼板,一片片焊接起來,之後再運到東部現場組裝,「台電目前有多座造型鐵塔,都是將傳統電塔結構加以美化,但是這座鐵塔顛覆傳統,從結構設計、施工到組裝都是台電創新之舉。」然而,張副處長也表示幾乎純手工打造的創意鐵塔造價昂貴且無法大量複製,較難普及於各地,但這些獲獎作品,的確也為台電在鐵塔設計上帶來新的創意及思維模式。

現地改造鐵塔 翻轉民眾既定印象

考量到成本及鐵塔用地取得困難,讓設計人員發揮創意,將現有的鐵塔重新改造成為造型鐵塔,是比較可行之路,像是位在屏東縣潮州鎮林後四林平地森林園區的兩座造型鐵塔就是最好的例子,而這要歸功於台電高屏供電區營運處(以下簡稱高屏供電區處)與行政院農業委員會林務局屏東林區管理處(簡稱屏東林管處)的合作無間。

林後四林平地森林園區為政府愛臺12建設─綠色造林計畫中的一環,並由屏東林管處自99年開始著手規劃,不巧台電「大鵬~屏東」區段的69kV特高壓鐵塔群中,48至51號鐵塔就位於園區預定地上,屏東林管處擔心園區景觀受到影響,要求台電將特高壓電線下地或遷移鐵塔,然而高額的遷、改建經費,對雙方都是一筆沉重的負擔。

經台電評估過後,向屏東林管處提出彩繪造型鐵塔的替代方案,不僅能改變鐵塔冰冷的形象,也為園區景觀帶來新風貌,但如此顛覆傳統的創新想法,仍需獲得屏東林管處認同,才有實現的機會,台電透過不斷前去拜訪溝通、說明設計理念,花了一年時間才拍板定案,期間雙方集思廣益,考量地景及當地人文風情,構思、打造出第一座〈快樂農夫〉的造型鐵塔。

民國105年建置完成的〈快樂農夫〉,將鐵塔變身為一位穿著蓑衣、配戴斗笠及腰帶的農夫,搭配天空藍、香蕉黃、紅藜紅、稻田綠等大自然的色彩,加上設計成航空障礙燈的一對眼睛,入夜後藉著太陽能發電點亮潮州的夜空,成為在地居民自豪的新地標。隔兩年完工的〈臺灣真英熊〉則以保育類的臺灣黑熊為主角,分別設計成農、林、漁、牧等特色小熊圖樣,最上方的小熊還俏皮地戴上了台電工程帽,活潑可愛的造型,徹底翻轉民眾對於高壓鐵塔的刻板印象。

克服挑戰 打造雙贏

高屏供電區處陳武昌副處長表示,「以往民眾對鐵塔避之唯恐不及,但色彩繽紛的造型鐵塔落成後,許多媒體爭相報導、提升森林園區的知名度,鐵塔本身也成為打卡熱點,更是當地著名的婚紗拍攝場景,也趁機教育民眾身處高壓鐵塔的下方其實並不危險,豐富大眾的電力知識。」

黃俊文專員表示,由於造型鐵塔的設計必須考量飾板與帶電導線安全間距、鐵塔結構強度及後續維修保養等面向,最重要的是維持鐵塔穩定供電能力,陳副處長也嘉許高屏供電區處相關負責同仁:「好在台電人才濟濟,順利規劃兼具機能與美觀需求的造型鐵塔」。而改造後的鐵塔,為了與園區內的樹林保持安全間距,同時將線路提高了五、六公尺,連帶免除每年線下修剪樹木工作及補償費用。

在台電與屏東林管處雙方努力不懈下,高壓鐵塔翻身成為討喜的觀光景點,省下龐大的遷改工程費用,成就雙贏的最佳局面,然而造型鐵塔爆紅,卻也引發出乎意料的連鎖效應,人人搶著要台電幫忙建置造型鐵塔,不論是人來人往的大馬路旁或是風切強勁的河道口,都有單位提出合作請求,許文經理表示,基於安全考量,台電只能予以婉拒,他笑著說這也算是造型鐵塔帶來的另類困擾。

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