電力技術專欄

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撰▓蕭石虎

為避免電力系統輸變電設備突發故障停

電，藉著當今電子及通訊科技的進步與監測

技術發展趨勢，各國重電廠家與電力公司合

作發展應用於輸變電設備的預防性運轉與維

護之狀態監測技術。台電公司歷年來亦陸續

導入即時之監測技術應用，已能有效掌握輸

變電設備運轉狀態，降低事故機率以穩定供

電，並同時達到合理化調整維護週期、降低

維護成本與人力。以下就輸變電設備之運維

監測應用，分別摘要說明如後。

一、交連 PE 電力電纜之狀態監測

( 一 ) 運轉溫度方面

台電公司南科及霧峰等 E/S~出口電纜

連接站間新建 345KV XLPE電力電纜 (廠牌

分別為 JPS及 LIOS)增設電力電纜狀態監測

系統（Distributed Temperature Monitoring，

簡稱 DTS），用以偵測電纜沿線、中間接續

及終端匣之表面溫度及洞道內之溫度。

DTS最大的特點是採用接觸式測溫但

又不會破壞原有電纜的絕緣性能（於電纜外

覆層佈設偵溫光纖動態偵測電纜溫度分佈狀

況），原理為利用拉曼散射效應來量測溫

度。沿著光纖傳輸的雷射脈衝，會使散射光

反射回發射端。拉曼散射之反史托克信號

（Antistokes）的強度可衡量光纖沿線的溫

度。溫度讀值的位置，可藉由量測類似於雷

達回波 (radar echo) 的回返光脈衝之到達時

間來決定。

輸變電設備之運維監測應用

圖 1. 345KV電力電纜終端及連接站外觀

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圖 2. 345KV變電所電力電纜連接站配置及路徑

圖 3. 以拉曼反史托克信號（Antistokes）量測電纜溫度

圖 4. 電力電纜狀態監測系統

控制室內電纜溫度監視系統 電纜溫度感測光纖 控制室內電纜溫度監視趨勢圖

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( 二 ) 局部放電 (PD) 監測方面

以即時監測運轉中之交連 PE電纜設備

是否有局部放電 (PD)之異常訊息，透過網路

介面傳輸至維護人員，及早診斷異常狀況與

進行設備維護，俾利減少人員巡視維護成本

等，並降低潛在危害風險因子。

台電公司試行電纜局部放電監測系統，

建置 345kV中寮 ~龍崎山海、線與 161kV彰

濱 ~鹿東紅、白線共 4回線為一套系統。

但因尚無局部放電國際標準依循、資料

判讀專業化及該監測設備造價高等因素，目

前仍處於試驗計畫階段，仍將持續運作監測，

並參考其他場站 (345kV頂湖~仙渡一、二路 )

線上監測資料培育專業能力，後續再進一步

評估發展之可行性。

二、輸電線路故障點測距

早期輸電線保護電驛 (電磁式 )僅能判定

故障之區間，而無法指出切確之故障地點，

仍需藉由大批巡視人員全線段特別巡視，才

能發現故障地點並加以修復。

但新型數位保護電驛俱備內部微處理機

演算邏輯，即可發展出多種保護功能，功能

更為強大除取代了先前需多數傳統式電驛組

合方能達成之保護要求，並且動作更為快速，

也俱事故地點標定距離之功能。因此台電公

司發展一套兩端點輸電線路故障測距系統，

當事故時透過兩端電驛偵測得故障點距離數

據，經計算修正求得事故發生點位置並通知

線路維修人員前往特別巡視。

三、電力變壓器監測裝置

( 一 ) 油中氣體總量 (TCG) 監測

台電系統 161kV級以上電力變壓器安裝

油中氣體總量 (TCG)監測裝置，並透過網路

管理 TCG裝置取樣之油中可燃性氣體資料，

以利資產運轉安全。

TCG是將溶解於緣油的油中氣體（CO

、H2、C2H2等）由滲透膜過濾出來，並以

上述油中氣體的濃度產生一定比率的電子信

號。

TCG監測系統，採用的機型為 Hydran

201Ti其精確度 (±10% of reading；±25 ppm

for H2)雖較實驗室內之氣體分量監測診斷系

圖 5. 輸電線路故障點測距圖例

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統低，但因造價較低，適合大量用於長期監

測及早期警報運用。

( 二 ) 突入電流監測

特別針對運轉中具潛在風險電力變壓

器（變壓器資產管理平台事故機率指標偏高

者），運用智慧電子裝置強化運轉動態監測，

供查詢變壓器運轉歷史之暫態波形資訊。例

如：(1)一次側開關投入時記錄變壓器突入電

流、(2)一次側開關啟斷時記錄變壓器開啟電

流、(3)所內示波器啟動時記錄流經變壓器之

圖 6. 輸電線路故障測距系統

圖 7. 油中氣體線上監測系統

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圖 8. 遠端存取突入電流暫態波形資訊

圖 9. 避雷器之洩漏電流監測裝置外觀

故障電流、(4)線路故障時記錄流經變壓器過

載電流等等，以掌握突入電流或故障電流對

變壓器所造成之衝擊。

四、避雷器之洩漏電流監測裝置

輸電線路終端裝設的避雷器，多設置在

戶外環境中長時間運轉，不同運轉條件下，

受到電氣、熱能、機械及環境影響等作用，

部分避雷器絕緣特性可能因此加速劣化，而

產生絕緣電阻降低或介質損失 (Power Loss)

增加等徵兆，若未能及早檢知並防範，突發

故障將對供電系統影響甚深。

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以往對避雷器維護採用定期基準維護

(TBM)模式，透過停電作業量測取得維護數

據，比對歷年維護紀錄，例如絕緣電阻、介

質功率因數、紅外線測溫、三次諧波電流、

洩漏電流有效值等值後，再進而評估該具避

雷器是否須檢修或更換。

台電公司中寮超高壓變電 (E/S)所發展

避雷器之洩漏電流監測技術應用，歷經多年

現場實測與比對及陸續回饋原廠改善偵測性

能，再推廣至其他變電所及電纜連接站；依

據 IEC 60099-5標準，以避雷器之電阻性洩

漏電流變化趨勢作為該設備劣化評估指標。

該避雷器監測系統之應用成果，已於

2010～ 2013年間早期預知三具 288KV級避

雷器劣化，並將避雷器維護模式，從過去的

定期基準維護轉型為狀態基準維護，降低維

護成本與人力，並有效防止避雷器設備故障。

五、斷路器狀態監測應用

( 一 ) 系統架構

變電所裝設智慧型電子裝置（IED）原

為電驛保護等及運轉資訊的收集單元功能，

但可更進一步運用該 IED提供之狀態監測

(Condition Monitor)功能，並透過企業內部網

路聯結，供維護人員掌握相關斷路器運轉狀

態資訊。

( 二 ) 應用案例

台電公司週美及過埤配電變電所斷路器

狀態監測係採用 ABB公司 REF-541（配電

級）及 REF-545（輸電級）IED所提供之狀

態監視功能應用案例，摘述說明如下：

1.斷路器之主接觸子損耗監視功能

針對斷路器遮斷故障電流產生弧光時主

接觸子損耗進行評估，其損耗值與遮斷電流

之累計值對應關聯，可以設定 16段累計值啟

斷電流量對應接觸子電氣損耗量設定，相鄰

兩段的接觸子電氣損耗量以線性關係為準，

並依據開關設備廠商所提供的維護建議值，

設定主接觸子損耗量的警告值，當主接觸子

損耗值達設定值時，IED將會發出訊息警報，

以提醒設備維護人員安排斷路器內部點檢。

圖 10. 避雷器之狀態監測與趨勢分析流程

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圖 11. 斷路器狀態監測系統架構

2.斷路器動作時程監測功能

以輔助接點 (52a及 52b)的訊號轉換變

化作為斷路器動作時間的取樣與分析判讀，

分別依投入或啟斷的動作時間自動紀錄。時

程紀錄時間的解析度以微秒計，設定標置值

的區間為 0~1000。當斷路器動作時間變長

時，可能源自於操作機構潤滑不足或其他問

題，該斷路器未能迅速正確啟斷所衍生之後

果，將波及輸電網路上下游間保護電驛時間

協調失靈，進而擴大停電區域。

故藉由智慧型電子裝置（IED）初期測知

斷路器動作時間變長時，可及時發出警報訊

息通知維護人員檢修，以提升供電穩定安全

可靠。

六、結語

電力網係由發電、輸電、配電等組成之

完整結構，本篇報告係以輸變電設備運維監

測觀點來提升輸變電效能。至於電力網廣域

監測或電壓品質監控調整等與電網運轉安全

監控相關，則是另一個議題，但也值得大家

關心以確保供電穩定安全可靠。

( 作者服務於台電公司供電處 )

圖 12. 斷路器主接觸子損耗區線

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