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输电铁塔检查:不攀爬即可检查钢塔的每一根构件
日本高速增长年代建造的输电铁塔正在同时老化:锈蚀、螺栓、基础、绝缘子。巡视员一直走山路、攀爬数十米来检查它们。本指南探讨无人机在多大程度上能把攀爬检查变成无需攀爬的检查。
本页内容
输电铁塔从哪里开始劣化
日本的输电铁塔大多是以热浸镀锌防护的角钢格构结构。锌层在几十年间逐渐损耗;一旦耗尽,钢材就开始生锈,所以老旧铁塔通过涂装来延长寿命。螺栓、基础,以及铁塔承载的绝缘子串和地线也都是检查的一部分。
| 部位 | 典型缺陷 | 漏检的后果 |
|---|---|---|
| 塔腿与斜材(角钢) | 镀锌层损失、红锈、截面损失、构件弯曲 | 风暴或大雪时强度不足 |
| 螺栓与螺母 | 腐蚀、松动、螺栓缺失 | 构件松动、节点失效 |
| 塔腿与基础 | 地面线处腐蚀、混凝土保护帽开裂、沉降或边坡失稳 | 倾斜、倒塌 |
| 绝缘子与金具 | 绝缘子破损或污秽、配件磨损、销钉缺失 | 导线掉落、停电 |
| 地线支架 | 配件磨损或松动 | 地线掉落、防雷屏蔽减弱 |
| 附属设施 | 脚钉或防坠落配件损坏、鸟巢、标识与航空障碍灯故障 | 坠落、停电、航空安全隐患 |
当前的检查及其痛点
铁塔检查从步行到铁塔开始——有时要沿山间巡视路走上数小时。到达后,巡视员用望远镜仰望;要看细节则佩戴坠落防护装备攀登。在导线附近,作业需要停电或严格的带电接近程序。
| 方法 | 优势 | 痛点 |
|---|---|---|
| 地面目视/望远镜 | 成本低,还能看到基础与地面 | 上部塔段与绝缘子的背面难以看到 |
| 登塔检查 | 可以用手检查,能核对螺栓 | 有坠落风险、速度慢、熟练登塔人员稀少 |
| 停电期间检查 | 可安全接近导线周围 | 停电难以安排且机会稀少 |
| 直升机拍摄 | 短时间内覆盖大量杆塔 | 昂贵、近景细节有限 |
| 重涂期间检查 | 搭设好作业通道后可仔细查看 | 受重涂周期限制 |
难点在于山、高度和人。到达要花半天;上下攀爬还要更久。夏天有酷热和胡蜂,冬天有积雪。自 2019 年 2 月起,日本要求高处作业的坠落防护以全身式安全带为原则,并接受专门培训——更安全,但并不更省力。而且那些几十年来守望这些铁塔的人正在同时退休。
无人机改变了什么
铁塔在已知位置上有已知的形状,所以适合每次都精确重复同一航线的无人机。
| 方法 | 典型机型与传感器 | 最适合 |
|---|---|---|
| 绕塔自动环绕飞行 | 带航线保存与变焦功能的通用无人机(例如 DJI Matrice 级别) | 每个面上的构件、螺栓与锈蚀,每次都从同一角度拍摄 |
| 绝缘子与金具的近景 | 从侧方与上方高倍变焦 | 绝缘子开裂、销钉缺失、配件磨损 |
| 三维建模 | 摄影测量或 LiDAR | 构件弯曲、杆塔倾斜、基础周围地形 |
| 发热检测 | 热像相机 | 过热的线夹与接头 |
| 从塔顶向下俯视 | 顶部成像 | 地线支架、鸟巢、塔顶锈蚀 |
最大的收益是无需停电就能看到导线周围。不用攀爬,巡视员可以开车到附近地点起飞,而不必走完全程。而且年复一年同一角度的照片,比文字更精确地描述锈蚀的进展。
克服环境
在铁塔周围,您面对的是大量钢铁加高电压。罗盘和无线电链路很容易受到干扰,而山脊顶上风很大。
从影像到决策
每座铁塔数百张照片,铁塔数以千计:没有人能全部看完。AI 给锈蚀分级并标记缺失的部件;三维模型测量倾斜和弯曲的构件。把这一切与铁塔和构件编号关联是机器的工作;决定重新涂装和维修的顺序是人的工作。
| 步骤 | 机器做什么 | 人负责什么 |
|---|---|---|
| 检出 | 自动提出锈蚀、涂层破坏、缺件、鸟巢 | 检查漏检和误报 |
| 测量 | 划分锈蚀范围与等级;由点云得出倾斜与弯曲 | 确认采集条件与精度 |
| 定位 | 按杆塔、塔面与构件整理缺陷 | 与资产台账及图纸比对 |
| 变化检测 | 与上次的同角度影像对比 | 解读发展趋势 |
| 决策 | — | 重涂、更换构件或重建的时机;在记录上签字 |
铁塔数以千计,每座都有自己的建造年份、镀锌和涂装历史。把锈蚀影像按“塔龄多少年的铁塔、哪一面”叠加起来,重新涂装就可以根据数据而不是猜测来排期。
规则与责任
日本的输电铁塔依据《电气事业法》和电气设备技术标准设计和维护,后者规定了铁塔必须抵抗的风荷载和雪荷载;2019 年倒塌事故后,政府工作组审查了原因和标准,并于 2020 年 5 月予以修订(保留 40 m/s 的基本风速,现明确为 10 分钟平均值,并新增特殊地形类别)。检查频率和方法主要取决于各电力公司自己的安全规程(自主保安)。高度 60 m 或以上的铁塔根据《航空法》需要航空障碍灯或昼间标识,攀登人员则受全身式安全带要求等职业安全规则约束。
对无人机而言,铁塔和导线一般都算作“物”,所以近距离检查通常属于距物 30 m 以内的特定飞行,需要许可或批准。在国外,美国的国家电气安全规范(NESC)和欧洲的 EN 50341(架空线路设计)是铁塔和线路的基础标准。可在各国法规中比较飞行规则。
无人机做不到的事
- 螺栓预紧力:正在松动的螺栓在照片中几乎看不出来。缺失或移位的螺栓能看到,但检查扭矩需要人手和扳手。
- 地下腐蚀:地面线以下的塔腿和基础内部是看不见的,需要开挖。
- 漆下锈蚀与壁厚:表面锈蚀能看到,但涂层下的腐蚀与截面损失需要接触测量。
- 被树木遮挡的塔腿:山区铁塔的塔基常被植被覆盖,从空中无法看到。
- 修缮与涂装:更换构件与重涂是人的工作;喷涂无人机仍处于试验阶段。
- 评级与责任:铁塔强度是否足够、何时重建,由工程师决定。
2035 年:巡检真正运转的世界
以下是编辑部的预测。无人机从变电站和铁塔底部的机场出发,沿固定航线逐塔巡视。每座铁塔每年都有同一角度的照片和三维模型,锈蚀或倾斜的变化会自动对齐。
台风过后的早晨,检查从风最大区段的铁塔开始。人只在需要紧固螺栓或更换构件时才攀登。铁塔作业已从爬上去看,转变为预见数千座铁塔的寿命并决定养护的顺序。
PREPARATION
飞行前准备清单
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该资产的案例
- KPTCL(印度卡纳塔克邦):对 11,000 多座输电铁塔进行无人机巡检,据报告停电次数有所下降Karnataka, India (HV/EHV corridors in forest, hilly and urban areas) · 2026
- ISA CTEEP(巴西):约 35,000 座输电结构的检查 100% 使用无人机ISA CTEEP concession area, Brazil (state not stated in source) · 2024
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各国资料来源(83)
- 利用输电网络,在全国规划超过 10,000 km 的“无人机航路”JP · ニュースイッチ(日刊工業新聞社)
- 韩国国土交通部将使用无人机检查铁路设施KR · 산업일보
- KEPCO 开始用无人机检查 OPGWKR · 산업일보
- KEPCO 进军自主飞行无人机业务KR · 산업일보
- 输电线路无人机检查的 VR 培训KR · 산업일보
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查看来源
规则、数字和案例均基于下列来源。未来情景与设计建议是编辑部的观点。
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- 资源能源厅:第 15 号台风停电事故回顾资源能源厅 · 已读全文
- 青森劳动局:“安全带”改为坠落防护装备(以全身式安全带为原则)厚生劳动省青森劳动局 · 已读全文
- 国土交通省:无人航空机的许可与承认手续(特定飞行)国土交通省航空局 · 已读全文
- IEEE C2-2023: National Electrical Safety Code (NESC)IEEE Standards Association · 已读全文
- BS EN 50341-1:2012 Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV – Part 1: General requirements (preview)CENELEC (UK edition published by BSI) · 已读摘要
来源已核对: 2026-10-22
把多座铁塔分配给几架无人机是一个路径规划问题,配送研究也在研究同样的形式。请参阅物流指南的论文卡片:Multiple traveling salesman problem with drones。