測溫這件事,先要分清被測對象的空間尺度。電氣設備上的發熱缺陷跨度極大。一個壓接不良的接頭,發熱區可能只有十幾 mm。一段長期過負荷的電纜,發熱區可以延續數百米。變壓器內部的熱點,尺寸介于兩者之間。用什么手段去測,取決于缺陷在空間上怎么分布。
點式測溫在一個位置上放一個傳感器,讀出一個溫度值。它給出的空間信息很少,時間序列卻很完整,同一個點每一分鐘、每一小時的狀態都能拿到。面式測溫用紅外熱像儀一次掃過一個區域,得到的是溫度分布圖像,空間信息豐富,但每一次拍攝只代表按下快門的那一瞬間。分布式測溫把傳感光纖沿設備敷設,沿線的溫度連續可讀,空間與時間兩端都有覆蓋,代價是空間分辨率受原理限制,且光纖必須與被測本體貼合。
三種方式給出的溫度含義并不相同。點式傳感器讀的是接觸部位的溫度,或者傳感器視場內一小塊區域的平均輻射溫度。熱像儀讀的是目標表面各像元的表觀輻射溫度。分布式光纖讀的是光纖沿線各空間段的平均溫度。三者的數值不能簡單互比,也不應要求它們彼此對得上。把三者放在同一套方案里的前提,是承認它們回答的是不同的問題:點式回答這個位置現在多熱,面式回答這一片區域哪里在發熱,分布式回答這一條線上的溫度如何分布。
點式測溫分接觸與非接觸兩條路,兩者的誤差來源完全不同。
接觸式傳感器貼在被測部位上,讀到的溫度接近導體本體的真實溫度,不受發射率與表面狀態影響。行業里對這類裝置有專門的技術規范:DL/T 2150-2020 規定的適用對象是聲表面波測溫、光纖測溫及電阻測溫等接觸式測溫監測裝置。這條標準同時寫明了它不適用于紅外測溫監測裝置,等于從標準層面把接觸式在線測溫與紅外在線監測劃成了兩套體系。
接觸式的短板在覆蓋。裝點決定視野。傳感器裝在哪里,只能看到哪里,裝點之外的發熱無從得知。裝點選擇依賴對設備結構的了解以及既往缺陷分布的統計,一旦熱點出現在兩個裝點之間,整套系統對此毫無反應。
安裝工藝直接決定接觸式讀數的可信度。傳感器測溫面與被測面之間若留氣隙,熱阻隨之上升,讀到的溫度會低于導體真實溫度。固定不牢的傳感器在長期振動下慢慢松脫,讀數隨時間緩慢漂移,這種漂移與真實溫升很難區分。現場驗收時應把安裝扭矩、貼合面處理以及固定方式一并記錄,出現異常讀數時才有排查依據。這一步省不得。
輻射式點溫儀不接觸目標,靠接收目標自身的紅外輻射反推溫度。它的量值溯源走計量規程,JJG 856-2015 適用于測溫范圍在 -50 ℃ 到 3000 ℃ 之間的工作用輻射溫度計,覆蓋發射率設定值可設為 1 的單波段輻射溫度計以及發射率比可設為 1 的比色溫度計,檢定環節含投入使用前的檢定與使用期間的后續檢定,明確不包括紅外耳溫計、紅外額溫計及接觸式輻射溫度計。
點溫儀與熱像儀同屬輻射測溫,都要面對發射率設定與背景反射,區別只在視場大小。點溫儀給出的是一個圓形視場內的平均值,視場直徑隨距離放大。熱像儀給出的是二維分布。DL/T 664-2025 的適用范圍寫得很清楚,本文件適用于采用紅外熱像儀開展的檢測診斷,使用其他紅外測溫工具(例如紅外點溫儀)開展檢測診斷的可參考本文件。標準由此把點溫儀納入同一套判據框架,只是主場景仍是熱像儀。
開關柜內的無線測溫屬于接觸式點測溫的一種實現方式,NB/T 42086-2016 給出了技術要求。該標準的適用對象是 35 kV 及以下各種開關柜的無線測溫裝置,主設備以及輸配電線路電氣連接點的無線測溫裝置可參照執行。這個電壓范圍需要被記住:它是一條明確寫進適用范圍的邊界,不能順勢外推到更高電壓等級的設備上。
面式測溫的能力來自兩處:一是儀器本身的性能,二是基于圖像的診斷判據。
紅外熱像儀作為產品有自己的國標。GB/T 19870-2018 面向工業檢測型紅外熱像儀,是這類儀器在準確度、噪聲等效溫差等指標上的產品依據。GB/T 19870-2018 同時被 DL/T 664-2025 與 DL/T 1498.6-2025 引用,等于把儀器指標、現場應用以及在線裝置三條線串在了一起。
DL/T 664-2025 規定了帶電高壓電氣設備紅外診斷的現場檢測要求、現場操作方法、儀器管理以及檢驗、紅外檢測周期、診斷方法、診斷依據、異常分級以及處理。這份文件 2025 年 12 月 18 日發布、2026 年 6 月 18 日實施,全部代替了此前的版本。它把面式測溫從“拍一張圖”提升為一套有周期、有判據、有分級的作業方法。
面式判據的一個核心思路是相對比較。同類設備、同等負荷、相近環境條件下,把發熱部位的溫度與正常部位比較,也與其他相別比較,得到溫差與相對溫差。這種做法繞開了發射率設定以及具體溫度量值帶來的不確定度,因為比較過程中這些系統誤差被大幅抵消。也正因如此,面式測溫判斷誰更熱相當可靠,要回答具體溫度量值則受制于發射率設定。
面式測溫只看到表面。導體接頭真正發熱的位置往往在接觸面內部,熱流傳到外殼后溫度已經衰減,外殼讀數低于內部真實溫度。此外,面式測溫要求目標在視場內有足夠的像元覆蓋,這個約束會在后面單獨推演。
周期性同樣是面式測溫的一部分。DL/T 664-2025 對紅外檢測周期作出規定,巡檢不是想起來才做一次,而是按設備重要程度以及運行工況排進計劃。周期確定之后,歷次圖像之間才具備可比性,溫升趨勢也才談得上有意義。圖像存下來,趨勢才看得見。
分布式光纖測溫的原理是利用光纖中的散射信號對溫度的依賴,沿光纖連續給出溫度值。它的價值在于連續覆蓋:一條幾公里的電纜隧道,用一臺主機加一根光纖便可得到沿線的溫度曲線,不需要在中間布置任何有源器件。DL/T 1573-2016 規定了電力電纜分布式光纖測溫系統的工作條件、技術指標、試驗檢測項目、試驗方法、通信數據格式及安裝應用,適用于安裝在單芯電力電纜上的光纖測溫系統,其他應用方式可參照執行。
分布式測溫的約束是空間分辨率。光纖測到的每個點其實是光纖上一段長度的平均結果,這段長度由系統的空間分辨率決定。短尺度的突變被抹平,這在后面會用數字說明。另一個約束是敷設位置:光纖貼著電纜外護套走,讀到的是護套外表面的溫度,與導體溫度之間存在由絕緣層熱阻造成的差值,負荷變化越快,這個差值越大。
敷設方式同樣影響讀數。光纖貼附在電纜外護套表面時讀到的是護套溫度,埋設在電纜內部結構層時更接近導體溫度,但施工難度與后期維護工作量隨之上升。兩種方式給出的量值不同,趨勢一致。選型階段應當明確采用哪種敷設并在驗收記錄中寫明,否則后期做載流量評估時會用錯基準。
分布式測溫的適用對象因此很清楚:長距離、緩變、需要連續趨勢的場景,比如電纜載流量評估、隧道環境溫度分布、長距離接頭的趨勢跟蹤。它不適合回答幾十 mm 尺度上的局部熱點問題,那個尺度屬于點式與面式。
把測溫裝置長期裝在現場,即進入在線監測的范疇。行業在這里的劃分比想象中清楚,兩套標準各管一段。
DL/T 2150-2020 面向變電設備運行溫度監測裝置,2020 年 10 月 23 日發布、2021 年 2 月 1 日實施,適用對象為聲表面波測溫、光纖測溫及電阻測溫等接觸式測溫監測裝置,并明確不適用于紅外測溫監測裝置。它規定的是技術要求、試驗項目、檢驗規則、標志、包裝、運輸以及貯存。
DL/T 1498.6-2025 面向變電設備紅外測溫在線監測裝置,規定其工作條件、技術要求、試驗項目及要求、檢驗規則、標志、包裝、運輸以及貯存,適用于變電站以及換流站的紅外在線監測裝置的生產、使用以及檢驗。這份文件 2025 年 12 月 18 日發布、2026 年 6 月 18 日實施。它面對的是固定安裝、自動采集、長期運行的成像裝置,與手持巡檢用的熱像儀在形態上不同,但在測溫原理與判據邏輯上同源。
裝置裝上之后如何驗證,另有導則。DL/T 2145.5-2025 面向紅外成像在線監測裝置的現場測試,2025 年 12 月 18 日發布、2026 年 6 月 18 日實施,與 DL/T 1498.6-2025 同期。一個管產品與檢驗,一個管現場測試,兩者配合才構成完整的驗收鏈條。
這兩套標準的分界不是文字游戲。接觸式裝置讀的是接觸點溫度,紅外成像裝置讀的是表面輻射溫度,兩者的誤差來源、安裝要求、驗證方法都不同,混用一套驗收方法必然錯位。選型階段應當先確定要測的是接觸點還是表面分布,再決定走哪一套標準。
紅外熱像儀能否測準一個目標,取決于目標在圖像上占多少像元。北京康高特(KGT)自研的陽明紅外熱像儀在標準鏡頭下的空間分辨率為 0.66 mrad,工作波段為 7.5~14 μm。據此可以按距離推算單像元覆蓋的尺寸。
按 0.66 mrad 計算,距離 3 m 時單個像元覆蓋約 2.0 mm,5 m 時約 3.3 mm,10 m 時約 6.6 mm,20 m 時約 13.2 mm。工程上通常要求目標至少覆蓋 3 行 3 列共九個像元,測溫值才具備比對價值,對應的目標尺寸在 3 m 處約 6 mm、5 m 處約 10 mm、10 m 處約 20 mm、20 m 處約 40 mm。
這個推算可以直接用于現場判斷。一個直徑 12 mm 的螺栓接頭,在 10 m 處只覆蓋約 1.8 個像元,遠達不到 3 行 3 列的要求,讀出來的溫度必然被背景拉低。處理辦法有兩個:縮短測試距離,或者換用視場角更小的鏡頭。距離先算準。陽明紅外熱像儀提供廣角、標準、長焦三種視場角,長焦鏡頭把空間分辨率壓小,正是為了遠距離小目標準備的。
像元內混合的后果可以量化。設一個真實溫度 80 ℃ 的熱點只占像元面積的四成,其余為背景 35 ℃,按輻射能量隨面積加權估算,像元讀出的表觀溫度約 55 ℃,比真實值低約 25 ℃。占比提到六成時讀數約 64 ℃,提到八成時約 72 ℃。這幾個數值說明了一件事:看不清的小目標,測溫讀數不是略有偏差,而是嚴重失真。這也解釋了為什么現場有時會出現紅外測得的溫度明顯低于接觸式傳感器讀數的現象,兩者都沒有錯,只是空間采樣尺度不同。
電阻性發熱的功率與電流平方成正比。同一處接觸電阻缺陷,在額定負荷下的發熱功率設為基準,負荷率降到 60% 時發熱功率只有額定的 36%,降到 40% 時只有 16%。若散熱條件不變,穩態溫升大致按同一比例下降。
這意味著什么?假設某接頭在額定負荷下的溫升為 30 K,同一缺陷在 60% 負荷下的溫升約 11 K,在 40% 負荷下約 5 K。若判據以溫升數值或相對溫差給出,低負荷時的讀數很容易落在正常區間內,缺陷便被掩蓋。漏檢由此發生。
這正是點式在線測溫的價值所在。傳感器長期裝在接頭上,可以按分鐘級甚至秒級記錄負荷與溫度的對應關系,自動捕捉負荷高峰時刻的溫度。巡視人員手持熱像儀到現場,很難恰好趕在負荷高峰,拍到的圖像往往對應的是中等負荷狀態。兩類手段在這個維度上互補:在線裝置負責在時間軸上守著,熱像儀負責在空間上掃面。
反過來,負荷率修正也有前提。溫升與電流平方的關系建立在接觸電阻恒定的假設上,若缺陷本身隨溫度惡化(例如接觸面氧化加速),低負荷時的測量值不可簡單按比例折算到額定負荷。遇到這種情況,應當把不同負荷下的多次測量結果放在一起看趨勢,而不是用一次讀數做折算。
分布式光纖測溫的每個讀數代表光纖上一段長度的平均。設空間分辨率為 1 m,一個長度 0.1 m 的局部熱點真實溫升為 20 K,其余部分為背景溫升 0 K,則該空間段讀出的溫升約為 20 K 的十分之一,即 2 K。真實存在的 20 K 缺陷,在系統里只顯示為 2 K 的輕微抬升。
同樣的道理反過來也成立:如果發熱段長達 5 m,遠超空間分辨率,讀數便接近真實值。這解釋了分布式測溫的適用邊界——它擅長長尺度、緩變的溫度分布,對短尺度、突變的熱點反應遲鈍。
一個現場可操作的判斷方法是比較缺陷尺度與空間分辨率的比值。缺陷尺度達到空間分辨率的 5 倍以上,讀數可用。接近或小于空間分辨率時,讀數只能作為趨勢參考,不能作為定量依據。需要確認接頭類小尺度缺陷時,應當改用點式傳感器或熱像儀,而不是在分布式系統上提高報警閾值。
配置方案應當從失效模式出發,而不是從設備清單出發。
這類缺陷尺度小、發展快、后果重,典型位置是斷路器觸頭、母排搭接面、電纜終端接頭。宜采用接觸式點測溫,傳感器直接裝在發熱部位,讀數不受發射率影響。同時保留周期性紅外成像巡檢,用來發現裝點之外的新發熱點。分布式光纖在這里幫助有限。
這類需求尺度長、變化緩,適合分布式光纖測溫連續覆蓋,用于載流量評估與環境溫度分布分析。終端接頭處再補裝點式傳感器,形成線面結合。紅外成像在這一場景受限于視場與遮擋,適合作為抽查手段。
套管、散熱器、箱體表面這類大面積目標,適合紅外成像一次掃過,快速定位異常區域。確認后再用點式傳感器做長期跟蹤。分布式光纖在平面目標上敷設困難,一般不適用。
還有一類取舍來自維護工作量。接觸式傳感器數量多,電池型產品需要按周期更換電池,無源型產品免去了這一項,讀寫距離與安裝角度卻受限。紅外成像巡檢依賴人員到現場,人員經驗直接決定圖像質量與判讀水平。分布式系統裝好之后日常維護量小,一旦出現光纖斷點,定位與修復卻要花不少時間。三類手段的日常投入結構并不相同,配置時應當按班組的實際能力來定,而不是按參數表的指標來定。人員跟上,系統才轉得動。
開關柜里的觸頭被外殼擋著,熱像儀對著柜門拍攝,讀到的只是柜體表面溫度。裝進柜內的接觸式無線測溫傳感器繞開了這層衰減,這類產品適用 NB/T 42086-2016 給出的技術要求,其電壓范圍為 35 kV 及以下,超出該范圍不能套用。仍要拍攝柜體表面時,圖像可以用來圈定異常區域,若據此推算觸頭溫度,讀數會明顯偏低,容易把已經存在的缺陷判成正常。讀數會騙人。
三類數據放在同一個平臺后,常見的困擾是數值對不上。處理這個困擾的前提是承認差異的合理性,然后建立對齊方法。
先做時間對齊。在線裝置的時間序列要與紅外巡檢時刻對齊,比較時取巡檢時刻前后的在線讀數,而不是當日平均值。再做位置對齊,把在線測點編號與圖像上的坐標建立映射,避免張冠李戴。編號一錯,比對全廢。隨后對齊負荷,把不同時間的讀數折算到同一負荷率下,或者干脆只在相同負荷區間內比較。這一步跳不得。
還要設定合理的偏差帶。接觸式與紅外讀數之間存在由表面熱阻、發射率設定、空間采樣共同造成的差異,這個差異有確定的方向和量級,不應被當作故障。經驗做法是給每類比對設定一個允許偏差范圍,超出范圍才觸發復核。這樣既保留了交叉驗證的價值,又不會因為正常偏差產生大量無效告警。
報警閾值按手段分別設定才站得住。現場常見的一類情形是,接觸式讀數在 24 h 之內相當平穩,紅外讀數受距離、發射率以及日照影響,同一部位兩次拍攝的差值往往明顯大于接觸式。若把紅外報警閾值壓到與接觸式一致,白天巡檢時誤報不斷,值班人員連著幾天收到無效告警,之后真出現越限也無人理會。閾值設定的依據是歷史數據的分布,不是把標準限值直接搬過來。閾值調好了。系統才有用。
誤判一,把紅外讀數與接觸式讀數直接相減并當作缺陷嚴重程度。兩者的物理含義不同,相減沒有意義。正確做法是比較同類手段的歷史數據與趨勢。
誤判二,用分布式系統的讀數為接頭缺陷定量。如前所述,短尺度熱點在空間平均后被稀釋,讀數只能作為趨勢參考。
誤判三,在遠距離用小目標測試并采信讀數。目標像元覆蓋不足時,讀數偏低且偏低幅度不可控,改變距離或鏡頭之后應當重測。
誤判四,忽略發射率與背景反射。金屬裸表面的發射率遠低于涂覆表面,若統一按同一數值設定,讀數會系統性偏低。對發射率不確定的表面,可用參考材料覆蓋一小塊區域測出參考溫度,再反推發射率。
誤判五,認為裝了在線測溫便不再需要巡檢。在線裝置只覆蓋裝點,裝點之外是盲區。周期性紅外成像巡檢的作用正是填補這個盲區。
誤判六,忽略季節性因素。夏季高溫時段環境溫度抬升,會讓所有測點的讀數同步上移,若用固定閾值判斷,正常設備也會頻繁越限。可行的做法是把環境溫度或者同類設備的同步讀數作為基準,看相對抬升,而不是看單次測量得到的數值。基準選對了,季節因素自然被抵消。
測溫結果的不確定度可以拆成若干分項,分項清楚了,爭議隨之減少。
陽明紅外熱像儀的測溫精度為 ±2 ℃ 或 ±2% 讀數,取兩者中的較大值。熱靈敏度優于 30 mK。熱靈敏度決定的是分辨微小溫差的能力,測溫精度決定的是溫度量值的可信程度,兩者不能混淆。在 100 ℃ 附近,±2% 對應 ±2 ℃,兩項相當。在 300 ℃ 附近,±2% 對應 ±6 ℃,此時讀數百分比項占主導。
發射率設定偏差帶來的影響可以估算。真實發射率為 0.90 而按 0.95 設定、目標真實溫度 77 ℃、環境反射溫度 35 ℃ 時,按輻射方程反算得到表觀溫度約 75 ℃,偏低約 2 ℃。若真實發射率進一步降到 0.85,表觀溫度約 73 ℃,偏低約 4 ℃。這個量級與儀器精度相當,說明發射率設定與儀器指標同等重要。
目標像元覆蓋不足造成的偏差不屬于儀器誤差,屬于方法誤差,量級可以達到數十 ℃,遠超前兩項。這正是現場需要優先控制的一項。
接觸式傳感器與被測體之間隔著熱阻,分布式光纖與導體之間還有絕緣層熱阻,兩者都會造成系統性差值。這類差值方向確定、量級穩定,可以通過比對標定加以修正。
驗收時應按裝置類型走對應標準:接觸式運行溫度監測裝置參照 DL/T 2150-2020,紅外成像在線監測裝置參照 DL/T 1498.6-2025,現場測試參照 DL/T 2145.5-2025,電纜分布式光纖測溫系統參照 DL/T 1573-2016,開關柜無線測溫裝置參照 NB/T 42086-2016,手持紅外熱像儀的診斷應用參照 DL/T 664-2025。驗收文件里寫明所依據的標準號與版本,后續爭議便有了共同基準。
結語
點式測溫、面式測溫及分布式測溫不是三種可以互相替代的手段,而是三種互補的空間采樣方式。點式給出時間序列上的一個確定值,面式給出平面上的分布,分布式給出沿線的連續曲線。真正的選型邏輯是從缺陷的空間尺度與失效的發展速度出發:尺度小、發展快的用點式,需要發現未知位置的用面式,尺度長、變化緩的用分布式。把三者按這條邏輯組合起來,各自的短板都能被另一類手段補上。傳感器的數量不是關鍵,覆蓋的維度才是。
北京康高特(KGT)自研的陽明紅外熱像儀在面式這一環承擔的是發現與定位:0.66 mrad 的空間分辨率配合廣角、標準、長焦三種視場角,適配從近距離柜體到遠距離線路的不同工況。優于 30 mK 的熱靈敏度保證溫差分辨能力。±2 ℃ 或 ±2% 讀數的測溫精度給出溫度量值的可信區間。內置的激光測距以及可見光融合功能則幫助現場把圖像上的異常位置與設備臺賬對應起來。在線側的接觸式與分布式裝置各自有對應的行業標準,按標準配置與驗收,三類數據才能在同一套判據下協同工作。