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研究生: 劉俊廷
Jyun-Ting Liou
論文名稱: 輸電鐵塔結構健康狀態監測之嵌入式系統研發
Development of an Embedded System for Structural Health Monitoring of Transmission Towers
指導教授: 張宏展
Hong-Chan Chang
口試委員: 吳瑞南
Ruay-Nan Wu
郭政謙
Cheng-Chien Kuo
陳建富
Jiann-Fuh Chen
蕭勝任
Sheng-jen Hsiao
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 輸電鐵塔輸電鐵塔結構健康狀態監測嵌入式系統
外文關鍵詞: Transmission tower, Transmission tower structural health monitoring, Embedded system
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高壓輸電線路為電能傳輸之重要部分,其中輸電鐵塔於高壓輸電線路中扮演不可或缺的角色,然而輸電鐵塔長期運作之下,主體結構易受到地質坍塌、氣象災害及土層鬆動影響。若發生異常時,持續運行而未將故障排除,將加重損壞程度,導致無法預期的供電異常、嚴重的經濟損失,甚至對現場人員造成危害以及設備運作異常。一般輸電鐵塔維護係採定期保養方式,雖能減少無預警異常發生,但卻消耗大量的人力及時間,且無法即時發現潛在的危機。若能持續監控輸電鐵塔運轉健康狀態,將有助於提升整體電力系統供電可靠度。
一般而言,輸電鐵塔監測系統可分成結構健康狀態監測與電氣健康狀態監測兩部分,本研究將聚焦於161kV輸電鐵塔結構健康狀態監測之嵌入式系統研發。本系統主要目的係在監測鐵塔塔基、鐵塔本體以及鐵塔周圍三部份之健康狀態;其中,鐵塔塔基監測項目為塔基沉降與傾斜,鐵塔本體監測項目為鐵塔本體變形以及鐵塔本體傾斜,鐵塔周圍監測項目為周遭坡度變位預警。為達此監測目的,此嵌入式系統係基於先進ARM Cortex-M4 LPC4088核心之微控制器,有效整合三軸加速規感測器、伸縮電子尺感測器、GPS全球定位裝置、風速風向感測器及台電公司目前採用之應變計所量到的數據,經由訊號轉換及運算後,儲存於SD卡並傳送至後端伺服器監測分析模組,並與現行標準比較,以顯示目前之運轉健康狀態。最後,將研製一套芻型輸電鐵塔結構健康監測嵌入式系統,經實驗性功能測試,初步驗證本系統之可行性。


High-Voltage transmission lines are important components of power transmission since transmission towers as an essential role for high-voltage transmission lines. However, the structure of transmission towers after years of operation is susceptible to nature disasters. The continuing operation under abnormal situations, without troubleshooting, can cause deterioration and result in crises. In general, transmission towers adopt regular maintenance. The reliability of a power system can be improved if we constantly monitor the status of transmission towers.
A transmission tower monitoring system can be divided into two parts which include the structural health monitoring and electrical health monitoring. This study will focus on the development of an embedded system for the monitoring of transmission towers. The main purpose of the system is to monitor the health status of towers bases, towers bodies and the surroundings. For the monitoring of towers bases, the potential sinking and inclination are to be detected. For the main body of a tower, structural deformation and inclination are to be detected. As for the surroundings, the movement of slope is to be warned. In order to reach the goal, the embedded system with a microcontroller is used. It effectively integrates the data from sensors. The data go through transmission and computation and then are saved onto a SD card and sent to a backend server and analysis module. They are also compared with the existing standards to show the health status. Finally, an embedded system prototype for the transmission tower health monitoring is developed and tested for its functional performance in order to verify the system feasibility.

中文摘要 I Abstract II 誌謝 II 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 1.1 研究背景與動機 1.2 鐵塔健康狀態監測技術的國內外研究情況 1.2.1 國外研究情況 1.2.2 國內研究情況 1.3 研究範疇與流程 1.3.1 輸電鐵塔簡介 1.3.2 輸電鐵塔結構與電氣狀態監測系統應用 1.3.3 研究範疇 1.3.4 研究流程 1.4 章節概要 第二章 輸電鐵塔結構健康狀態監測系統監測項目 2.1 輸電鐵塔塔基沉降與傾斜 2.2 輸電鐵塔本體 2.2.1 輸電鐵塔本體變形 2.2.2 輸電鐵塔本體傾斜 2.3 輸電鐵塔周遭坡度 2.4 輸電鐵塔氣象資訊 第三章 輸電鐵塔前端嵌入式系統之硬體規劃 3.1 微控制器及周邊裝置應用 3.1.1 嵌入式系統 3.1.2 記憶卡裝置 3.2 輸電鐵塔結構狀態監測之感測器模組 3.2.1 輸電鐵塔塔基沉降與傾斜之模組 3.2.2 輸電鐵塔本體變形之模組 3.2.3 輸電鐵塔本體傾斜之模組 3.2.4 輸電鐵塔周遭坡度預警之模組 3.2.5 輸電鐵塔氣象資訊之模組 3.3 3G無線通訊模組 3.4 電源管理規劃 第四章 輸電鐵塔結構健康狀態監測系統之軟體規劃 4.1 輸電鐵塔前端嵌入式系統之資料擷取流程 4.2 輸電鐵塔結構監測系統之雲端伺服架構與分析流程 4.2.1 輸電鐵塔塔基沉降與傾斜之分析流程 4.2.2 輸電鐵塔本體傾斜之分析流程 4.2.3 輸電鐵塔本體變形之分析流程 4.2.4 輸電鐵塔周遭坡度預警之分析流程 4.2.5 輸電鐵塔氣象資訊之分析流程 4.2.6 資料庫監測項目規劃 4.2.7 後端監測網頁畫面規劃 第五章 實驗性功能測試與案例分析 5.1 實驗測試平台簡介 5.2 測試案例規劃 5.2.1 塔基沉降與傾斜(案例一) 5.2.2 塔基沉降與傾斜(案例二) 5.2.3 鐵塔本體傾斜(案例一) 5.2.4 鐵塔本體傾斜(案例二) 5.2.5 鐵塔本體變形 5.2.6 鐵塔周遭坡度變位 5.2.7 鐵塔氣象資訊 5.3 本章小結 第六章 結論與未來展望 6.1 結論 6.2 未來展望 參考文獻

[1]朱瑞墉,「台電公司遍布全台的輸電線路系統」,台電專刊,2008年。
[2]高詩琴,「尼伯特17級強風來襲,台東鐵塔被吹倒」,聯合新聞網,2016年。
[3]李柏昱,「企業防災(一):電網防災,台灣土地亮起來」,泛科學,2014年。
[4]Jose Antonio Vergara, “Optimal Sensor Placement for Structural Health Monitoring of Power Transmission Tower-Line Systems,” Topics in Dynamics of Civil Structures, Vol. 4, pp. 415-422, 2013.
[5]G. T. Heydt and W. M. Grady, “Rapid methods for transmission tower analysis and design,” IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol. 94, No. 4, pp. 1223-1231, 1975.
[6]Jing-bo Yang, Jing Wu, Mao-hua Li, and Jun-ke Han, “Structural Optimization for the China UHV Transmission Steel Tower,” 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, pp. 1-4, 2010.
[7]Keqin Ding, Shenfang Yuan, and Zhishen Wu, “Structural Health Monitoring and Integrity Management,” ICSHMIM, NANJING, 2014.
[8]占陸軍,「鐵塔監測系統」,中華人民共和國國家知識產權局,2013年。
[9]裘偉敏,「基於物聯網技術的無線鐵塔狀態監測系統研究」,碩士論文,杭州電子科技大學電子信息學系,2015年。
[10]深圳市安泰宇盛有限公司,鐵路通訊鐵塔安全監測預警系統,http://www.iotbay.com/index.php?homepage=ydlp7786&file=sell&itemid=30661,2014年。
[11]楊榮祥,「鐵路通信塔安全監測系統」,鐵道通信信號第49卷第3期,2013年。
[12]Kang,「兼具環保和能源利用最大化的新技術-智慧電網」,遠見雜誌,2016年。
[13]國立高雄應用科技大學、台電綜合研究所,「輸電線路氣候與鹽霧害污染遙測監控技術之研究與系統建立」,完成報告,2012年。
[14]高大晉,「架構導向輸變電工程管理模型之研究」,碩士論文,中山大學資訊管理學系,2009年。
[15]台灣電力公司,台電系統介紹,2016年。
[16]許柏毅,「345kV架空輸電系統雷擊特性受鐵塔接地電阻及線路避雷器的影響研究」,碩士論文,中原大學電機工程學系,2005年。
[17]台電公司輸電工程作業手冊,1971年。
[18]蕭宇能,「輸電鐵塔自動化安全監測及預防維護技術與應用」,台灣電力公司供電處,2015年。
[19]莊敏賢、何國謙、林俐玲,「高壓鐵塔塔基安全評估之研究」,坡地防災學報,2006年。
[20]蕭宇能,「以345kV深美~冬山線#80為案例說明供電系統對於塔基安全監測即時預報系統之研發及應用」,台電工程月刊,2016年。
[21]黃政雄,「台電輸電鐵塔抗風設計標準檢討分析」,碩士論文,海洋大學河海工程學系,2005年。
[22]許又文,「345kV深美~冬山一、二路#80輸電鐵塔及塔基安全監測及時預報系統」,台北供電區營運處,2016年。
[23]謝志龍,傾斜儀量測設備介紹,三聯科技。
[24]徐裕翔,「高壓輸電線路絕緣礙子特性分析」,碩士論文,高雄應用科技大學電機工程系,2011年。
[25]許家榮、洪能發、林俊宏、謝鋒勳、李群,「台灣輸電線路之鹽霧害防範措施」,台灣電力公司供電處,2010年。
[26]Md. Abdus Salam, Hemen Goswami, and Zia Nadir, “Determination of equivalent salt deposit density using wind velocity for a contaminated insulator,” Journal of Electrostatics, Vol. 63, No. 1, pp. 37-44, 2005.
[27]NXP Semiconductors,“LPC408X_7X-Datasheet,“ April 2016,
http://cache.nxp.com/documents/data_sheet/LPC408X_7X.pdf?pspll=1
[28]Rob Toulson,ARM快速嵌入式系統原型設計:基於開源硬件mbed,大陸:機械工業出版社,2014年3月。
[29]WIKIPEDIA, microSD, January 2017,
https://simple.wikipedia.org/wiki/MicroSD
[30]NXP, “±2g/±4g/±8g Three Axis Low-g Digital Output Accelerometer,“ Dec 2009,
http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/data-sheets/MMA7455L.pdf
[31]TEXAS INSTRUMENTS, “MAX232x Dual EIA-232 Drivers/Receivers,“ Nov 2014,
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf
[32]IMT-2000, “Harmonised Standards for IMT-2000,“ EU, 2014.
[33]WIKIPEDIA, 3G, May 2017,
https://en.wikipedia.org/wiki/3G
[34]WIKIPEDIA, Netbeans, May 2017,
https://en.wikipedia.org/wiki/NetBeans
[35]WIKIPEDIA, HTML, May 2017,
https://en.wikipedia.org/wiki/HTML

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