电力铁塔螺栓状态监测系统应用案例

一、项目概述

1.1 项目背景

输电铁塔是电力输配系统的核心支撑设施，长期暴露在户外复杂环境中，持续遭受大风、冻融、降雨、温差交变、地质沉降等自然因素影响，极易出现螺栓松动、预紧力衰减、锈蚀脱落等缺陷。尤其是高海拔、强风区、跨高速、跨河道等重点区段铁塔，螺栓松动隐患频发，若无法及时排查处置，会引发铁塔构件变形、结构失稳，严重时造成线路跳闸、铁塔倾倒等重大电力安全事故，直接威胁电网安全稳定运行。

传统铁塔螺栓检测依赖人工登塔巡检、敲击听音、扭矩抽检等方式，存在诸多痛点：一是人工巡检风险高，高空作业易发生安全事故；二是检测效率极低，单基铁塔人工全面检测需2小时以上，季度抽检覆盖率不足25%，重点线路全年全覆盖检测难度极大；三是检测精度受限，人工经验判断误差大，微小松动隐患难以识别，隐患漏检率高；四是无法实现实时监测，仅能事后排查，不能提前预判隐患发展趋势，运维滞后性突出。

为解决上述行业痛点，提升输电线路智能化运维水平，国网某超高压输电公司针对辖区内重点输电线路铁塔运维难题，落地电力铁塔螺栓状态智能监测系统试点项目，依托物联网、AI数据分析技术，替代传统人工巡检模式，实现铁塔螺栓松动隐患的实时监测、精准识别、提前预警与全周期管控。

1.2 项目实施范围

本项目试点覆盖辖区内13条重点输电线路，包含110kV、220kV、500kV及1000kV特高压线路，共计131基核心杆塔，重点选取跨高速公路、高海拔大风区、冻融多发区、老旧线路等高风险铁塔作为核心监测对象，全面覆盖耐张转角塔、直线塔等主流塔型，针对性解决复杂工况下螺栓松动监测难题。

1.3 项目建设目标

实现铁塔关键部位螺栓状态无人化、实时化、常态化监测，无需停电、无需登塔，全面替代传统人工定期抽检模式；

构建AI智能识别算法模型，精准区分螺栓正常、轻微松动、中度松动、严重松动状态，隐患识别准确率≥98%；

建立自适应阈值预警机制，结合环境参数动态调整预警标准，实现隐患早发现、早预警、早处置；

大幅提升巡检效率，降低人工运维成本与高空作业安全风险，实现输电铁塔螺栓隐患闭环管控；

形成可复制、可推广的铁塔螺栓智能监测运维方案，推进输电线路运维数字化、智能化升级。

二、传统运维痛点分析

项目实施前，试点区域铁塔螺栓运维长期依赖传统人工模式，存在四大核心痛点，严重制约电网运维质效提升：

巡检效率低下：人工登塔检测流程繁琐、作业耗时久，单基铁塔完整检测需2小时，季度仅能覆盖25%杆塔，重点线路全年无法实现全覆盖巡检，高风险点位长期处于监管盲区。

检测精度不足：传统敲击听音、扭矩抽检完全依赖运维人员经验，主观误差大，微小预紧力衰减、隐蔽位置松动隐患难以识别，110kV、220kV铁塔螺栓松动识别正确率仅80%左右，漏检、误检频发。

作业风险极高：高空登塔作业受天气、地形影响大，大风、雨雪天气无法作业，且存在坠落、触电等安全隐患，人工运维安全风险突出。

预警能力缺失：无实时监测手段，仅能事后排查已发生的松动缺陷，无法预判螺栓预紧力衰减趋势，冻融、大风等极端工况下隐患快速发展，易引发突发性设备故障，运维被动滞后。

三、系统总体设计方案

本电力铁塔螺栓状态监测系统采用“前端感知+边缘计算+云端平台+终端应用”四层架构，以振动监测技术为核心，结合环境传感、AI算法、物联网传输技术，实现铁塔螺栓状态数据采集、分析、识别、预警、管控全流程智能化处理，适配户外复杂电力运维场景。

3.1 系统整体架构

（1）前端感知层

前端部署高精度螺栓状态监测传感器、温湿度传感器、风力传感器，每基高风险铁塔布设3组监测终端，重点覆盖塔腿、横担、斜材、核心连接节点等螺栓密集、受力关键部位。传感器采用工业级防水防尘设计，适配-40℃~85℃户外极端温度，抗电磁干扰、抗雷击，可长期稳定运行于野外复杂环境。设备无需布线，采用太阳能供电+储能电池续航，彻底解决野外杆塔供电难题。

（2）边缘计算层

搭载边缘计算网关，实时采集铁塔激励振动数据、环境气象数据，通过小波包能量谱分析技术对信号进行降噪、滤波、特征提取，就地完成初步数据研判，过滤无效数据，降低云端传输压力，实现毫秒级数据预处理与初步状态识别。

（3）云端平台层

搭建电力铁塔螺栓智能监测运维平台，集成AI智能识别模型、大数据分析、自适应预警、数据台账、趋势研判、报表统计等功能。平台存储全量监测数据，通过海量样本训练的AI算法，精准匹配螺栓松动特征，区分不同松动等级，结合冻融深度、风力、温差等环境参数，动态调整预警阈值，规避固定阈值误报、漏报问题。

（4）终端应用层

支持云平台、数字孪生、手机APP端多终端访问，运维人员可实时查看各杆塔螺栓运行状态、监测数据、隐患预警信息，系统自动生成运维工单，实现隐患上报、派单、处置、复核闭环管理，同时支持历史数据追溯、趋势曲线查询、年度运维报表导出。

3.2 核心监测技术原理

系统核心采用振动智能检测技术，依托“激励-采集-分析”一体化机制实现螺栓状态精准监测：通过人工或自动激励方式使铁塔构件产生振动，传感器采集构件振动产生的信号，完整捕捉螺栓连接部位的振动传导特征。当螺栓紧固状态正常时，构件振动传导均匀、波形稳定；当螺栓出现松动、预紧力衰减时，连接部位间隙变化，振动阻尼、传导速率发生改变，波形、能量谱特征出现明显偏移。系统通过AI算法比对实时与标准数据库特征，精准判定螺栓松动状态与松动程度。

同时，系统融合环境大数据分析，可精准识别冻融、大风等工况对螺栓预紧力的影响，数据显示，冻融周期中活动层融化深度超1.2米时，螺栓轴向预紧力平均下降17.4%，最大单点衰减达31.6%，系统可结合环境变化预判隐患发展趋势。

3.3 核心系统功能

实时状态监测：7×24小时不间断采集铁塔关键螺栓数据、环境数据，实时更新杆塔运行状态，支持单塔、片区、全线多维度状态查看；

智能分级预警：区分轻微松动、中度松动、严重松动三级预警，采用自适应阈值机制，结合环境参数动态校准，预警精准度大幅提升；

AI精准识别：通过海量现场样本训练模型，110kV铁塔螺栓正常状态识别正确率100%，松动识别正确率88%；220kV铁塔正常状态识别正确率98%，松动识别正确率80%，整体隐患识别准确率超95%；

隐患闭环管控：预警触发后自动生成运维工单，推送至对应运维人员，支持处置记录上传、现场照片复核，实现隐患全流程闭环管理；

数据趋势分析：自动存储历史监测数据，生成螺栓预紧力变化、松动趋势曲线，可预判长期老化、环境影响带来的隐患风险；

极端工况自动复测：大风、暴雨、冻融等极端天气后，系统自动启动全塔扫描检测，无需人员到场，快速排查灾害引发的螺栓松动隐患；

可视化运维台账：自动统计各线路、各杆塔隐患数量、处置情况，生成月度、年度运维报表，支撑运维决策与台账归档。

四、项目实施流程

4.1 前期勘察与点位规划

组织专业运维团队对13条试点线路131基杆塔开展全面勘察，梳理各塔型结构特征、重点受力部位、历史隐患点位，重点标记跨高速、高海拔、冻融多发、大风频发等高风险杆塔。结合铁塔力学结构与螺栓受力特性，确定传感器安装点位，优先覆盖塔腿主连接、横担拼接、斜材固定等核心关键节点，确保监测无盲区、数据采集精准。

4.2 设备安装与调试

按照标准化施工流程，完成传感器、环境传感器、太阳能供电模块、边缘网关的安装固定，设备采用免打孔固定方式，不损伤铁塔构件，不影响线路安全运行。施工全程无需停电、无需大规模登高作业，大幅降低施工风险与停电损失。设备安装完成后，逐塔开展信号调试、数据校准、阈值初始化，录入杆塔基础信息，搭建专属监测数据库。

4.3 算法训练与系统联调

依托试点杆塔现场实测数据，优化AI识别模型，录入不同电压等级、不同塔型、不同松动程度的特征样本，完成模型迭代训练。针对冻融、大风等特殊工况优化自适应阈值算法，开展系统全功能联调，测试数据传输、状态识别、预警推送、工单生成等功能，确保系统稳定可靠运行。

4.4 试运行与优化落地

开展为期1个月的系统试运行，同步保留人工巡检比对数据，针对轻微误报、漏报点位优化算法参数，完善环境联动预警机制。试运行期间完成系统功能优化、运维人员操作培训，正式投入常态化运维应用。

五、项目应用成效

本项目落地运行后，彻底颠覆传统人工巡检模式，在安全、效率、精度、成本管控等方面取得显著成效，全面提升试点线路铁塔运维智能化水平。

5.1 隐患排查能力大幅提升

系统实现7×24小时不间断监测，隐患识别准确率稳定超95%，试点期间累计精准识别3基杆塔螺栓松动重大缺陷、多基杆塔中度松动隐患，全部提前完成整改处置。某次夏季雷暴大风天气后，系统自动扫描预警某杆塔A相横担3颗螺栓严重松动，运维人员现场复核发现螺栓松动近半圈，及时处置避免了横担变形、线路故障等重大风险，从隐患发生到预警仅用时2小时，实现隐患极速排查。

5.2 巡检效率跨越式提升

传统人工单塔检测需2小时，系统智能化检测仅需20分钟即可完成全塔螺栓状态全面扫描，检测效率提升5倍以上。同时彻底摆脱人工季度抽检局限，实现131基试点杆塔全覆盖、常态化监测，杆塔巡检覆盖率从25%提升至100%，高风险点位实现实时动态监管。

5.3 运维安全与成本优化显著

大幅减少高空登塔作业频次，规避高空坠落、触电等安全风险，试点区域铁塔登高巡检作业量减少90%以上，人工运维安全事故风险基本清零。同时降低人工、车辆、设备运维成本，减少停电检测带来的经济损失，每年可节约大量线路运维开支，运维性价比大幅提升。

5.4 极端工况适配能力突出

针对北方冻融、山区大风等恶劣工况，系统可精准捕捉环境变化引发的螺栓预紧力衰减问题，通过自适应阈值动态调整预警标准，有效解决固定阈值在极端环境下误报、漏报难题，适配复杂户外运维场景，保障全季节、全工况稳定监测。

5.5 运维模式实现智能化升级

彻底改变“定期抽检、事后处置”的传统被动运维模式，构建“实时监测、智能预警、趋势预判、闭环处置”的主动运维体系，实现铁塔螺栓状态从人工经验判断向数据智能研判转变，为输电线路精益化、智能化运维提供有力支撑。

六、项目总结与推广展望

6.1 项目总结

本次电力铁塔螺栓状态监测系统试点项目，依托智能监测与大数据分析技术，有效解决了传统铁塔螺栓运维效率低、精度差、风险高、预警滞后的行业痛点。通过13条重点线路、131基杆塔的规模化落地验证，系统运行稳定、识别精准、适配性强，能够全面满足不同电压等级、不同工况铁塔的螺栓状态监测需求，成功实现了无人化、智能化、全周期运维管控，隐患处置闭环率100%，有效保障了输电线路安全稳定运行，项目应用价值显著。

6.2 推广展望

后续将基于本次试点经验，持续优化AI识别算法与环境联动预警机制，进一步提升微小松动隐患识别能力。同时探索无人机、巡检机器人搭载监测模块，实现“空中+地面”立体化智能监测，打造米级精准监测体系。逐步将该系统推广至全网所有重点输电线路，全面替代传统人工螺栓巡检模式，构建数字化、智能化、主动化的输电铁塔运维体系，持续提升电网设备安全运维水平与应急处置能力。