从“敲击听声”到“智能诊断”：智能螺栓松动检测的技术演进与工程实践

输电铁塔是电网的“骨架”。一座百米高塔上约2万颗螺栓，承载着线路安全运行的全部重量。在长期自然环境下，铁塔螺栓会产生松动现象，如不及时处理，可能会造成倒塔断线等事故。因螺栓数量多且结构复杂，长期以来没有高效的铁塔螺栓紧固检测方法。目前靠敲击进行听声辨别铁塔底部螺栓紧固程度，或高空作业人员登塔进行抽样检测，来粗略判断整基杆塔的螺栓紧固程度，检测精度和工作效率均极为低下，且不能实时监测螺栓状态。全国35至220千伏输电线路长达247.7万千米，铁塔超300万基。一基百米高铁塔约2万颗螺栓。从2小时（人工登塔检测单塔耗时）到20分钟（声纹检测单塔耗时），智能螺栓松动检测技术的引入正在彻底改变这一局面。以下从传统方法的局限、声纹检测的技术路径与工程验证三个维度展开分析。一、传统检测方法的三重局限长期以来，铁塔螺栓松动检测主要依赖人工，面临三重效率瓶颈。高空作业风险。 单基铁塔需配置3名高空作业人员加1名地面配合人员协同作业。运维人员需攀爬30米乃至50米以上铁塔，坠落、高空受风等安全风险突出。作业风险等级高、人工成本高。人力与时间成本高昂。 逐颗使用扭矩扳手分区检测，单塔作业耗时超2小时。而全国数百万基铁塔的定期检测需求与有限的人力资源之间存在巨大缺口。作业风险等级高、人工成本高、检测效率低。漏检率居高不下。 人工检测只能做到“定期抽样”，覆盖率不足10%。螺栓从松动初期的“量变”到引发事故的“质变”，整个过程处于监测盲区。人工肉眼加手感排查，受限于体能和经验，极易出现漏检、误检，松动隐患无法彻底排查，长期易引发铁塔倾斜、线路故障。二、声纹检测的技术逻辑：给铁塔做“听诊”声纹检测技术的原理并不复杂：机械设备在运行或部件被激励振动时，产生的机械波通过介质传递，被传感器捕获。声学信号包含丰富的时域和频域特征信息——即设备的“声纹”。当螺栓松动时，结构刚度改变，振动模态随之变化，声纹特征也会相应改变。鼎和创新自主研发的CME-MC 3.0声纹测控引擎，正是基于这一原理的系统化产品。该引擎基于深度学习框架，拥有自适应、自学习能力，可提取声音信号中的多种声学特征，形成设备的“声学DNA”。采用数字信号处理（DSP）声纹降噪和声音分层技术，结合自研核心算法、深度神经网络学习技术和铁塔音频样本库等人工智能手段，通过与正常声纹对比识别被激励螺栓振动状态，可精准定位螺栓松动所属方位和准确诊断被测铁塔结构的一致性。其核心技术架构包含三个层次：自适应主动发声。 采用自适应主动发声体制，发声内容根据塔体型号、大小、环境等情况自行分析适配，大大优化声纹分析效率。深度学习架构。 自研神经网络模型从海量音频样本库中学习设备声纹模式，模型支持迭代训练，可根据不同设备类型快速适配，无需重新开发。DSP声纹处理与实时智能对比。 数字信号处理技术实现噪声抑制与声音分层，适配恶劣工业环境。内置多级滤波算法可有效过滤环境噪音，提取有效设备声纹特征。与正常状态数据库实时对比，异常识别响应速度迅速，精准定位故障点。支持多级报警阈值设置，可根据故障严重程度推送不同等级预警信息。三、两种作业模式与工程验证针对不同高度的铁塔，智能螺栓松动检测提供了差异化的作业方案。手持式声纹检测。 适用于30米以下的铁塔。通过主动激励声波发生器，利用手持式声学成像仪对铁塔整体螺栓进行扫描，并结合工业诊断拾音器所采集的声纹信号进行分析，从而评估螺栓松动状况。运维人员在地面用2台传感器分别对铁塔的每条塔腿进行声纹检测收集，通过激励锤敲击铁塔后，传感器捕捉振动声波，利用三维塔材模型与声波频谱实时叠加AI算法处理，评估杆塔“健康”程度。无人系统声纹检测。 当高于20米的铁塔，要实现全智能化和复杂工况的铁塔检测，可使用无人机搭载声学相机巡视定位高处螺栓松动情况或智能蜘蛛人爬行放置声纹检测系统，可以精准检测复杂工况下的铁塔螺栓松动情况。工程验证方面，2025年6月，国网山西超高压输电公司自主研发的铁塔螺栓松动声纹检测技术在1000千伏湛长Ⅰ线首次完成工程应用，全程20分钟完成一基铁塔的螺栓松动筛查。与人工检测相比，智能螺栓松动检测实现了三个根本性转变：从“登塔作业”到“地面操作”——彻底规避高空风险；从“逐颗排查”到“全塔扫描”——一次激励覆盖4塔腿、8斜材、16个内外侧检测点；从“抽样判断”到“精准诊断”——AI算法叠加三维塔材模型与声波频谱，精准诊断被测铁塔结构的一致性。四、结语智能螺栓松动检测技术正在将铁塔螺栓检测从“人工登塔、逐颗排查”推向“地面听诊、全塔扫描”。从2小时到20分钟——不仅是效率的跃升，更是将运维人员从高危高空作业中解放出来的安全保障。免人工登塔，全程非接触式监测，彻底规避高空作业安全风险；全自动采集铁塔螺栓运行声纹特征，智能比对分析松动异常，无漏检、无误检，排查精度远高于人工；无需多人班组协同，大幅减少人力投入，降低长期人工运维成本。鼎和创新的CME-MC 3.0声纹测控引擎，正是将这一技术逻辑落地的具体方案。当每一颗螺栓的“健康状态”都能被声纹精准感知，智能螺栓松动检测正在将输电铁塔的安全管理从“事后抢修”推向“主动预防”。