紅外熱像儀看見的是設備表面的溫度分布,而電力設備上大部分值得警惕的發熱點,熱量來自電流流過電阻。接頭、線夾、隔離開關刀口、電纜終端、母線搭接面,這些部位都有一個不該那么大卻確實存在的接觸電阻。電流流過時,功率等于電流的平方乘電阻,這份功率全部變成熱。
所以一個通流部位的發熱功率,與電流的平方成正比,與接觸電阻成正比。電阻是缺陷的量度,電流是工況的量度。紅外檢測要做的事,是從測出來的溫度里把缺陷那一份挑出來,而電流決定了那一份被放大了多少倍。
這一條決定了紅外檢測與絕大多數別的帶電檢測不一樣:它的結果強烈依賴被測設備在測量那一刻的工況。回路電阻測量不依賴,絕緣電阻測量不依賴,紅外測溫依賴得厲害。同一處缺陷,白天高峰負荷下測與深夜輕載下測,可能是兩個完全不同的數。
于是有了負荷要求這一層。它不是形式上的規定,是把上面那條物理關系反過來用在作業上:既然溫差信號按電流的平方走,便得規定電流小到什么程度時這組信號還值得讀。
把上一段的關系寫成數。設某接頭在額定電流下的發熱功率為 P,穩態溫升為 ΔT(溫升單位用開,數值與攝氏度相同)。穩態的意思是發熱與散熱達到平衡,此時溫升與發熱功率成正比,比例系數由散熱條件決定。負荷率記為 x,等于實際電流與額定電流之比。
那么發熱功率變成 x 的平方乘 P,溫升也變成 x 的平方乘 ΔT。這是平方關系,不是線性關系。
平方關系的后果比直覺更陡。負荷降到七成,溫升只剩四成九。降到五成,只剩兩成五。降到三成,只剩百分之九。換句話說,一個在滿負荷下溫升 30 開的接頭,七成負荷下溫升約 14.7 開,五成負荷下約 7.5 開,三成負荷下約 2.7 開,兩成負荷下約 1.2 開。
這組數是理解負荷要求的鑰匙。它說明負荷不只影響一點,而是按平方把溫差信號壓下去。同時也說明,那些在重載下刺眼的發熱點,到輕載時會安靜得像沒有缺陷一樣。
表1 負荷率與發熱功率、溫升的對應關系(以滿負荷溫升 30 開為例)
| 負荷率 | 發熱功率占滿負荷 | 溫升 | 與允許誤差 ±2 開的關系 |
|---|---|---|---|
| 滿載 | 參照基準 | 30 開 | 信號遠大于誤差,可定量 |
| 七成 | 百分之四十九 | 14.7 開 | 信號約為誤差的七倍 |
| 五成 | 百分之二十五 | 7.5 開 | 信號約為誤差的三點七倍 |
| 三成 | 百分之九 | 2.7 開 | 信號與誤差同量級 |
| 兩成 | 百分之四 | 1.2 開 | 信號小于誤差 |
現行的依據是 DL/T 664-2025《帶電設備紅外診斷應用規范》,2025 年 12 月 18 日發布、2026 年 6 月 18 日實施,全部代替 DL/T 664-2016。寫紅外檢測的判據與條件,認的是這一版。資料里還在寫 2016 版的,已經滯后了一個版本。
它的現場檢測條件給了幾條:環境溫度不低于 0 攝氏度(外部通流類可更低),相對濕度不大于百分之八十五,風速在巡視性檢測時不大于 5 米每秒、診斷性檢測時不大于 1.5 米每秒。與負荷有關的那一句是,電流致熱型設備的負荷宜不低于額定電流的 30%。
用詞是「宜」,不是「應」。這一處差別在作業里很實在?!笐故怯残蚤T檻,達不到便測不了?!敢恕故峭扑],達不到照樣可以測,但要清楚這一次數能說明什么、不能說明什么。后面第六章會講清楚這個邊界落在哪里。
同一份規范還給了六種診斷方法,相對溫差法是其中之一,它在規范里的定位是提高低負荷條件下的靈敏度。這句話本身也說明一件事:低負荷是常態,判據要能在這個常態下工作。
還有一層要說明白,30% 不是越高越好的一條線。負荷再往上抬,缺陷發熱與正常發熱一起抬高,通流部位的熱背景變厚,小缺陷的相對對比度反而被壓下去。更現實的是作業條件:負荷高峰常常落在白天午間,而規范同時要求避開陽光直射與強熱源反射,風速也常在這時候偏大,散熱條件隨風速變化,穩態溫升與發熱功率之間的比例系數便不再穩定。所以這一條線定在三成,是兩頭折中的結果,夠讓溫差信號從噪聲里出來,又不至于把測量條件弄壞。
紅外檢測的判據分兩大類。頭一類是表面溫度與溫升的判據,直接把測到的溫度或者溫升與規范給出的限值對照,附錄 H 給高壓開關設備各部件的溫度與溫升極限,附錄 I 與附錄 J 分別給外部通流類與非外部通流類的判據。第二類是相對溫差判據,δ 等于發熱點與正常相對應點的溫差,除以發熱點相對環境參照體的溫升,再化成百分數。
頭一類判據隨負荷走。溫升極限是在額定電流下定義的,負荷低了,實際溫升按平方降下來,同一個缺陷可能滿負荷下超限、半負荷下不超限。這一類判據在低負荷下會漏,而且漏得沒有征兆,因為讀數看著很正常。
第二類判據不隨負荷走,至少在理想條件下不隨。這正是它存在的理由,也是下一章要算的那一行。
反過來的那一側同樣要留心。負荷高于額定,正常的通流部位也會越過限值,這時超限不等于有缺陷,判讀的人若不看負荷率,容易把一次過載運行記成設備缺陷。所以溫升這一側的判據從來不能脫離負荷率單獨成立,這也是規范把相對溫差法單列出來的原因。判讀時把負荷率與溫升并排寫在結論里,比只寫一個超限與否要可靠。
設發熱點的接觸電阻為 R1,正常相對應點的電阻為 R0,兩處的散熱條件相同,散熱導記為 G,環境參照體的溫度為 T0。穩態下,發熱點的溫升等于發熱功率除以散熱導,即電流的平方乘 R1 再除以 G,正常點的溫升同理是電流的平方乘 R0 再除以 G。
把這兩個式子代進 δ 的定義。分子是兩處溫升之差,等于電流的平方乘(R1 減 R0)再除以 G,分母是發熱點的溫升,等于電流的平方乘 R1 再除以 G。兩者的電流的平方與 G 同時約掉,剩下的是(R1 減 R0)除以 R1。
這一行的意思是清楚的:相對溫差在推導條件下只由兩個電阻決定,與電流無關。負荷從滿負荷降到三成,δ 的數值不變。這便是它比溫升判據優越的地方,也是它被稱為能消除負荷影響的原因。
不過這個推導建立在兩處散熱條件相同、電阻不隨溫度變化的前提上。真到了現場,這兩條前提都會打折:發熱點與正常點的形狀、朝向、風速暴露并不完全一致,接觸電阻本身也隨溫度走,溫度高了接觸面軟化、氧化層狀態變化,電阻不是常數。所以 δ 與電流無關是趨勢不是恒等式,負荷越低,偏離這一趨勢的余地反而越大。
δ 與電流無關,說的是這個比值的期望值不變??膳凶x用的是測出來的數,不是期望值。測出來的數帶著誤差,而誤差不隨負荷下降。
熱像儀的測溫準確度有兩個不同的指標,來自 GB/T 19870-2018。一條是允許誤差限,23 攝氏度加減 5 攝氏度條件下不超過正負 2 攝氏度或者被測溫度的正負百分之二,取兩者中較大的。另一條是測溫一致性,不超過正負 2 攝氏度或者視場中心測量值的正負百分之二。
這兩個指標管的事不一樣。允許誤差限說的是單個讀數離真值能偏多少,它決定表面溫度判據能判到什么程度。測溫一致性說的是同一幅圖里不同測點之間的讀數能差多少,它決定溫差與相對溫差能算到什么程度。算 δ 用的是溫差,因此第二條才是直接相關的那一條。
再看負荷怎么進來。溫度低于 100 攝氏度時,正負百分之二算出來不到 2 攝氏度,取大者便落在正負 2 攝氏度這一檔。電力設備的紅外檢測多數落在這個溫度區間,溫差那一項的不確定度便是一個固定的 2 攝氏度量級。表1 里已經把負荷率與這個 2 攝氏度擺在一起:滿載時溫升 30 開,2 攝氏度只占分母的百分之六點七。三成負荷時溫升 2.7 開,2 攝氏度與分母同量級,δ 算出來的數已經談不上精度。
舉個具體的。設缺陷在滿負荷下溫升 30 開、δ 為百分之五十,那么兩處溫差是 15 開。兩個讀數各帶 2 攝氏度量級的不一致,差值往不利方向能偏到 4 攝氏度,δ 便落在三成七到六成三之間,大致還能用。三成負荷下溫升只有 2.7 開,溫差 1.35 開,同樣量級的不一致進去之后,δ 的取值范圍寬得沒有意義。
所以 30% 這條線的真正含義是這么一回事:在這個負荷率上,明顯的缺陷還能被發現,但定量的判讀已經不可靠。規范用「宜」而不用「應」,與這個處境是對得上的。
還有一層要分清。熱靈敏度小于 30 毫開,說的是儀器分辨細微溫差的能力,允許誤差與測溫一致性說的是讀數準不準。低負荷下這兩者不在一處:溫差再小,熱靈敏度也足以把它顯示出來,可把它讀成多少度、進而算成多少 δ,受的是一致性那一檔的約束。現場常有的誤會是,看見圖譜上明明有溫差,便以為判據一定能用,其實差的是準確度那一環。
再算一處更隱蔽的。環境參照體的溫度 T0 是 δ 的分母基準,它取偏 1 攝氏度,分母跟著偏 1。滿負荷下分母是 30 開,偏 1 只讓 δ 從百分之五十變到百分之四十八與百分之五十二之間,影響有限。三成負荷下分母只有 2.7 開,同樣偏 1,分母落到 1.7 開與 3.7 開之間,δ 隨之跳到百分之三十六與百分之七十九。同一臺儀器、同一個缺陷、同一個取法偏差,負荷一低,后果放大了好幾倍。這便是低負荷作業里 T0 的取法要比平時更講究的原因,也是判據的置信度要跟著負荷率一起寫進結論的原因。
上面六章講的都是電流致熱型設備,即發熱由負荷電流直接引起的那一類,規范把它們歸到外部通流類。還有一類不走這條路。
電壓致熱型設備的發熱來自絕緣介質損耗、局部放電、絕緣老化或者受潮,熱量與所加電壓有關,與負荷電流關系很弱。避雷器、套管、絕緣子、互感器內部絕緣劣化,都屬于這一類,規范歸到非外部通流類,判據另列在附錄 J。給這一類設備規定負荷下限沒有意義,因為它的熱源本來不是負荷電流。
這一分野在作業上的表現是:測電壓致熱型設備,要求的是設備帶電、電壓正常,而不是負荷大。夜間輕載時段反而常常是測這一類設備的好時機,原因是負荷電流小,通流部位自身的熱背景低,電壓致熱的那一點溫升不至于被通流發熱蓋住。這與電流致熱型的要求正好相反,同一趟夜巡里兩類設備的可信度是反著來的。
還有第三類,綜合致熱型,既有通流發熱又有絕緣發熱,比如變壓器套管。對這一類,兩條判據要一起看,而且要在記錄里把負荷電流與運行電壓都寫清楚,否則下次比對時無從判斷那一次的可信度落在哪一側。
表2 電流致熱型與電壓致熱型的負荷關系
| 對比項 | 電流致熱型(外部通流類) | 電壓致熱型(非外部通流類) |
|---|---|---|
| 熱源 | 接觸電阻上的負荷電流 | 介損、局放、絕緣老化以及受潮 |
| 電流相關性 | 發熱功率按電流平方走 | 關系很弱 |
| 負荷要求 | 宜不低于額定電流的 30% | 不適用,要求帶電且電壓正常 |
| 主用判據 | 相對溫差配合溫升限值 | 同類比較與同類溫差 |
| 適宜時段 | 負荷高峰 | 輕載時段熱背景低 |
| 低負荷后果 | 溫差按平方衰減,易漏 | 影響小,甚至更有利 |
δ 的那一行推導有個隱含前提:發熱相與正常相流過的電流相等,才能把電流的平方從分子分母里同時約掉。三相負荷不平衡時這個前提不成立。
設發熱相電流為 I1、正常相為 I2,那么分子變成 I1 的平方乘 R1 減去 I2 的平方乘 R0,分母是 I1 的平方乘 R1。分子的兩項負擔著不同的電流,約不掉,δ 不再是純電阻之比。這時即使兩處電阻完全相同,只要三相電流不等,也會出現溫差。
現場的表現是,一個接觸良好的接頭因為所在相電流偏大,看上去比鄰相熱,算出來的 δ 不為零。這種溫差不是缺陷,是負荷分配造成的。反過來也成立:發熱相電流偏小時,真實缺陷被電流偏小抵消一部分,δ 反而偏低。
處理辦法有兩條。一條是選負荷相近的時段測,或者等三相電流基本平衡時再測,這一條在周期性生產的用戶的站里常常要等。另一條是把三相電流一并記下來,判讀時按電流的平方把溫差折算到同一基準。折算后的數再與判據比,比直接拿 δ 比穩妥。
還有一處值得留意,負荷不平衡本身有時即是缺陷的線索。三相電流長期偏在一相,可能是上游的分相負荷分配不合理,也可能是某一相回路里的接觸電阻已經偏大,把電流擠到了別處。這類情形下紅外測到的溫差與電流記錄要一起看,不能只盯著 δ 一個數。
負荷達不到三成,或者雖然達到但判據落在臨界區,有四條路可以走。
頭一條是照測,但如實標注。把負荷電流與負荷率記進記錄,判據結果注明是在低負荷條件下取得,不作為定級依據,只作為線索。這一條常被跳過,后果是幾個月后別人翻記錄,把一個輕載下的正常讀數當成歷史基線去比,越比越偏。
第二條是改期重測。挑負荷高峰去,日高峰、周高峰、季節高峰,哪一級能到三成以上便用哪一級。紅外檢測排在負荷高峰做,與停電試驗排在窗口期做是同一類安排,都要提前排進計劃。
第三條是換方法。回路電阻測量不依賴負荷電流,停電做直阻或者回路電阻,能從電阻那一側直接給數,與紅外互為印證。這是低負荷季節里常用的一條替代路徑,也是紅外發現線索之后的確認手段。
第四條是做負荷相關性的驗證。對可疑部位在不同負荷下各測一次,看溫升是不是跟著電流的平方走。跟著走,說明是電流致熱型的接觸問題,不跟著走,說明熱源另有出處,可能是內部缺陷或者外部熱源反射。這一條既驗證了缺陷性質,也順帶驗證了前一次的判讀。
表3 負荷不足時的應對路徑與適用條件
| 路徑 | 做法 | 適用條件與代價 |
|---|---|---|
| 照測并標注 | 記負荷率,結果只作線索不定級 | 任何時候都能做,代價是不能定級 |
| 改期重測 | 排到負荷高峰時段 | 需提前排計劃,受生產運行節奏約束 |
| 換方法 | 停電測回路電阻或直阻 | 需停電窗口,從電阻側直接給數 |
| 負荷相關性驗證 | 不同負荷下各測一次看是否隨平方走 | 可判別熱源性質,需多次到場 |
一次紅外檢測的記錄,如果只有溫度與熱像圖,這份記錄在半年后基本沒法用。原因是溫度這個量本身帶著工況,脫離工況去比,比的其實是兩次不同的東西。
要記的條目有這些。被測設備的名稱、編號、部位,負荷電流(安)與額定電流,算出來的負荷率,測試的時刻,環境溫度與風速,所用儀器的型號與編號,發射率的取值與依據,測量距離與角度,發熱點的溫度 T1,正常相對應點的溫度 T2,環境參照體的溫度 T0,算出的溫升與 δ,以及本次判據的結論與依據的附錄。
負荷電流這一項尤其不能省。有了它,同一部位兩次測量的數才可比:負荷率相近,溫升可以直接比。負荷率差得多,要先按平方折算再比。沒有它,兩次測量之間只差一個季節,溫升差一倍也說明不了任何問題。
還有一個容易忽略的點,環境參照體 T0 的取法要固定下來。它是 δ 的分母基準,取法一變,同一組讀數算出的 δ 便變了。現場慣用的做法是取不發熱的鄰近金屬構件或者專門放置的參照體,取法一旦定下便寫進作業指導書,每回照著做。
落到儀器上,負荷這一環對熱像儀的要求有三條。
頭一條是同時給出多個測點的溫度。δ 需要 T1、T2、T0 三個量,能在一幅圖上同時標出多個測溫點的儀器,免去來回切換的麻煩,也保證三個讀數取自同一時刻、同一設置。北京康高特(KGT)自研的陽明紅外熱像儀支持三個測溫點,正好對應這三個量。
第二條是測溫范圍檔位的選擇。負荷低時實測溫度也低,陽明提供零下 20 攝氏度到 120 攝氏度這一檔,低負荷檢測應選這一檔而不是更高的量程。檔位選高了,量程里的讀數分辨率被攤薄,本來不大的溫差更讀不出來。
第三條是分清靈敏度與準確度。陽明的熱靈敏度小于 30 毫開,意味著極細微的溫差也能在圖上顯現,測溫準確度則是正負 2 攝氏度或者讀數的正負百分之二,取較大者。低負荷作業要盯的是后者,前者再好也不能把一致性那一檔的誤差補回來。
其余幾項在這一環也有用:激光測距給出 0.05 米到 40 米的距離,精度為正負百分之一,距離進記錄后可復核測量幾何是否一致,視場可選 42 度乘 32 度、24 度乘 18 度、14 度乘 10 度,近距離測小接頭時收窄視場,可減小部分像素效應帶來的低估,外殼防護 IP54,整機含電池約 1.0 千克,適合長時間巡檢攜帶。
表4 陽明在負荷這一環的參數落點
| 項目 | 標稱值 | 在負荷這一環的用法 |
|---|---|---|
| 測溫點 | 3 個 | 同時給出 T1、T2、T0,取自同一時刻同一設置 |
| 熱靈敏度 | 小于 30 毫開 | 決定能否看見細微溫差 |
| 測溫準確度 | 正負 2 攝氏度或讀數的正負百分之二,取較大者 | 低溫段落在 2 攝氏度這一檔,是低負荷判讀的瓶頸 |
| 測溫范圍檔 | 零下 20 到 120 攝氏度,0 到 650 攝氏度,640 機型另有 300 到 1500 攝氏度 | 低負荷選低溫檔,避免分辨率被攤薄 |
| 紅外分辨率 | 640 乘 480 或 320 乘 240 | 小接頭需收窄視場,減小部分像素效應 |
| 視場 | 42 度乘 32 度、24 度乘 18 度、14 度乘 10 度 | 近距離測小部件時收窄視場 |
| 激光測距 | 0.05 米到 40 米,精度正負百分之一 | 距離進記錄,便于復核測量幾何 |
在北京康高特(KGT)的電力檢測服務里,紅外測溫屬于帶電檢測這一支,與局放、鐵芯接地電流排在同一類,不需要停電即可實施。流程是需求摸排、方案定制、現場實施、數據研判、整改建議以及跟蹤復查。排計劃時把紅外檢測壓在負荷高峰,把需要停電的直阻與耐壓放在窗口期,兩類作業互為補充,判據回到 DL/T 664-2025。
結語:先問電流,再談溫差
回到題目。設備紅外檢測的負荷要求,根子在一條物理關系上:通流部位的發熱功率按電流的平方走,穩態溫升也按平方走。負荷降到七成,溫升只剩四成九。降到三成,只剩百分之九。現場遇到過的情形是,同一處接頭在夏天高峰負荷下測有三十幾開,入夜輕載再測只剩兩開出頭,判據自然判不出來。DL/T 664-2025 在檢測條件里給的那句話是,電流致熱型設備的負荷宜不低于額定電流的 30%,措辭是「宜」不是「應」。
溫差判據與負荷的關系得分開看。溫升判據隨負荷平方衰減,低負荷下會漏。相對溫差 δ 在推導條件下與電流無關,因為它把電流的平方從分子分母里同時約掉了,這是它存在的理由??杉s掉的是期望值,約不掉的是誤差:溫度低于 100 攝氏度時,測溫一致性那一檔的不確定度是固定的 2 攝氏度量級,三成負荷下溫升只有 2.7 開,δ 已經談不上精度。
現場的順序其實很樸素:到現場頭一件事是抄下負荷電流,再決定這一次的數能用到什么程度。負荷夠,判據可以直接定級。負荷不夠,這一趟測到的東西先記成線索,改期、換方法、做驗證跟上。電流致熱型與電壓致熱型的分野也要先分清,前者要求電流,后者要求電壓,兩類設備在同一趟夜巡里的可信度是反著來的。