從空中守護電網　無人機提升智慧電網安全與韌性

在大多數國家中，電網基礎設施已相當老舊；其中的變壓器、輸電線與變電站往往已有超過40年的歷史。這些老舊的設備不僅在技術層面上早已落後，也因長期運轉而更容易發生故障。當電網出現大規模失效時，將會對於營運商與用戶造成嚴重影響，同時也使政府在維護與修復上承擔龐大成本。

隨著越來越多的傳統電網升級為智慧電網，無人機的應用將成為電網監測、維護與運行管理中不可或缺的核心技術之一。

從傳統電網邁向智慧電網

目前全球正掀起一股將老舊基礎設施升級為智慧電網(smart grid)的浪潮。這項轉型不僅包括新設智慧電表等現代化設施，還透過物聯網(IoT)技術改裝既有的傳統設備，使新舊基礎設施皆能以數位方式進行即時監測與維護。

智慧電網結合先進的感測器、監控與通訊硬體，搭配高階數位演算法與分散式資料網路，使電網的維護與管理更為高效。這些技術能快速偵測故障、縮短維修延遲，甚至可透過預測性維護，在問題發生前預先發現潛在風險。智慧電網運用多種進階演算法來預測能源消耗、分析電力流動、偵測突發功率尖峰，並評估分散式能源資源(DER)——如太陽能電池與風力渦輪機——與電網之間的整合程度。

儘管智慧電網的多數應用著重於能源效率與負載最佳化，但故障偵測與維護同樣是其關鍵要素。這項技術有助於確保電網穩定運作，無論是因多輛電動車(EV)同時充電造成的區域性電力抽取、輸電瓶頸導致的能量壅塞，或是自然災害引發的大規模停電，皆能提升整體韌性與可靠性。

雖然許多電力波動可由演算法自動調節，但輸電線因氣候、動物或人為因素造成的物理損壞，仍需輔助技術介入進行主動偵測。近年來，全球多個智慧電網營運單位已導入無人機技術，以強化電網監測與維護能力。

為何智慧電網需要無人機

無人機能有效提升電網的韌性、安全性與運行可靠度。當系統偵測到潛在異常時，無人機可立即出動進行檢查。其可搭載多樣化的感測、監控與地理測繪(mapping)模組，為營運人員提供即時的空中視角，協助迅速判斷並處理問題。無人機的應用方式多元，部分用於例行巡檢，部份則在演算法警示異常後啟動任務。

配備高解析度攝影機與熱感測器的無人機，能巡檢大範圍輸電線路，精準辨識腐蝕、過熱或異常元件。相較於傳統人工檢測，無人機能以更高頻率、較低成本完成任務，提升檢測效率。

此外，無人機還可搭載即時影像傳輸系統，將現場畫面回傳至控制中心，使決策流程更迅速，進而縮短停電時間。這項功能在日常維護中相當實用，尤其在自然災害發生後，能即刻協助評估受損範圍與優先修復區域。

無論配備何種技術模組，無人機的部署都比派遣人力或人員更便捷且具成本效益，同時避免維修人員必須攀爬高壓電塔進行危險作業，大幅提升安全性。目前，無人機除用於日常監測外，也逐步應用於智慧電網硬體的空中安裝與即時電網測繪。

無人機在DLR的應用

無人機的另一項重要用途是協助安裝「動態輸電線容量」(Dynamic Line Rating，DLR)感測器。DLR是一種即時電網增強技術(Grid Enhancing Technology，GET)，

可最佳化輸電線的運行容量。DLR系統會持續監測導體溫度、線纜下垂(sag)、振動與電流，評估特定時間內可安全輸送的電力量。藉由即時資料，營運人員可動態調整線路容量，提升能源傳輸效率。DLR技術同時能在停電事件後快速恢復輸電，並藉由平衡能源供應，減少因局部發電過剩而導致的限電(curtailed power)問題。

例如，專注於DLR解決方案的Ampacimon，現正與Drone Volt合作，使用無人機為220kV輸電線安裝DLR感測器。雖然無人機不直接執行監測任務，但可協助將先進的感測硬體精確安裝於高壓電纜上，實現預測性維護與電網最佳化，同時免除工人攀高與電網停運的安全風險。目前，Drone Volt的LineDrone機型已在歐洲成功為Ampacimon Sense X感測器完成多次安裝，每次僅需約90秒。此計畫的成功預期將推動無人機在更多輸電線上的DLR感測器安裝應用。

無人機在智慧電網測繪中的應用

無人機在智慧電網的另一項核心應用，是進行電網測繪與可視化監控。透過空中監測，可提早發現潛在風險，提升電網安全性與運行穩定度。美國已有多家企業與研究機構積極採用無人機技術進行電網測繪。

其中一項典型案例是Central Maine Power (CMP)——Avangrid與Iberdrola的子公司。該公司運用無人機巡檢所有公共道路上的配電線，能提前辨識潛在問題，協助優化基礎設施，並在問題擴大前強化電網韌性與安全性。

CMP使用的無人機整合人工智慧(AI)，可巡檢超過38,000公里(約24,000英哩)的配電線與相關電力設備。無人機擔任第一線檢查者，當AI偵測潛在故障時，再派遣工人進行後續確認。

由於巡檢過程中產生大量影像資料，AI在此扮演關鍵角色，加速資料分析並促進即時回應。無人機建立的即時視覺地圖能捕捉豐富資訊，使CMP能全面掌握電網狀況，進行預防性維護而不影響供電。

另一項案例來自美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)。該實驗室運用搭載紫外線(UV)攝影機、高解析度相機與熱感測器的無人機，偵測輸電線上出現腐蝕、過熱或受損的區域。除了進行熱影像檢測外，ORNL的無人機還能偵測電暈放電(corona discharge)，這種現象可能損害沿線電力設備。ORNL正在開發可即時監測輸電線的無人機系統，將影像資料串流至電網控制中心，協助操作人員即時決策與基礎設施防護。

無人機在電網維護中的應用

除了測繪與監控外，無人機也逐漸被應用於電網維護階段。在香港，香港生產力促進局(HKPC)開發出一款能同時進行監測與維修的無人機。

這款名為「Power-Hawk Inspector」的無人機，能執行例行監測任務以尋找缺陷，並在發現問題時進行專業維修。目前主要用於檢查與修復電網中的鬆動連接點。這類缺陷雖不會立即導致嚴重問題，但若長期未處理，可能惡化為故障或過熱現象，造成電壓驟降(sag)與上升(swell)。因此，這類無人機被視為預防性維護工具，能在小問題擴大前即時介入。

香港生產力促進局開發一款能同時進行監測與維修的無人機。

此外，這些無人機整合AI功能，能偵測輸電線上的微裂紋(microcracks)。微裂紋會提升局部電阻並產生熱點(hot spots)，最終導致線路失效。測試顯示，這些無人機在偵測鬆動連接、微裂紋及其他絕緣缺陷的準確率達90%。在一次針對75公里電力線的測試中，無人機精準發現了13處缺陷。除了輸電線巡檢與修復外，該技術亦正被測試應用於風力渦輪機維護。

結語

隨著智慧電網的不斷進化，無人機勢必在電網監測與維修中扮演愈加關鍵的角色。它們能遠端監控輸電線與其他電網資產，比地面人員更迅速發現問題，使潛在故障在惡化前即被排除，從而減少停電時間與重大事故發生率。

目前，無人機已在多項智慧電網專案中展現卓越成果。隨著越來越多的傳統電網升級為智慧電網，無人機的應用將成為電網監測、維護與運行管理中不可或缺的核心技術之一。

(參考原文：How Drones Are Helping to Better Monitor the Grid，by Liam Critchley，Susan Hong編譯)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2025年11-12月號

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