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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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