测温这件事,先要分清被测对象的空间尺度。电气设备上的发热缺陷跨度极大。一个压接不良的接头,发热区可能只有十几 mm。一段长期过负荷的电缆,发热区可以延续数百米。变压器内部的热点,尺寸介于两者之间。用什么手段去测,取决于缺陷在空间上怎么分布。
点式测温在一个位置上放一个传感器,读出一个温度值。它给出的空间信息很少,时间序列却很完整,同一个点每一分钟、每一小时的状态都能拿到。面式测温用红外热像仪一次扫过一个区域,得到的是温度分布图像,空间信息丰富,但每一次拍摄只代表按下快门的那一瞬间。分布式测温把传感光纤沿设备敷设,沿线的温度连续可读,空间与时间两端都有覆盖,代价是空间分辨率受原理限制,且光纤必须与被测本体贴合。
三种方式给出的温度含义并不相同。点式传感器读的是接触部位的温度,或者传感器视场内一小块区域的平均辐射温度。热像仪读的是目标表面各像元的表观辐射温度。分布式光纤读的是光纤沿线各空间段的平均温度。三者的数值不能简单互比,也不应要求它们彼此对得上。把三者放在同一套方案里的前提,是承认它们回答的是不同的问题:点式回答这个位置现在多热,面式回答这一片区域哪里在发热,分布式回答这一条线上的温度如何分布。
点式测温分接触与非接触两条路,两者的误差来源完全不同。
接触式传感器贴在被测部位上,读到的温度接近导体本体的真实温度,不受发射率与表面状态影响。行业里对这类装置有专门的技术规范:DL/T 2150-2020 规定的适用对象是声表面波测温、光纤测温及电阻测温等接触式测温监测装置。这条标准同时写明了它不适用于红外测温监测装置,等于从标准层面把接触式在线测温与红外在线监测划成了两套体系。
接触式的短板在覆盖。装点决定视野。传感器装在哪里,只能看到哪里,装点之外的发热无从得知。装点选择依赖对设备结构的了解以及既往缺陷分布的统计,一旦热点出现在两个装点之间,整套系统对此毫无反应。
安装工艺直接决定接触式读数的可信度。传感器测温面与被测面之间若留气隙,热阻随之上升,读到的温度会低于导体真实温度。固定不牢的传感器在长期振动下慢慢松脱,读数随时间缓慢漂移,这种漂移与真实温升很难区分。现场验收时应把安装扭矩、贴合面处理以及固定方式一并记录,出现异常读数时才有排查依据。这一步省不得。
辐射式点温仪不接触目标,靠接收目标自身的红外辐射反推温度。它的量值溯源走计量规程,JJG 856-2015 适用于测温范围在 -50 ℃ 到 3000 ℃ 之间的工作用辐射温度计,覆盖发射率设定值可设为 1 的单波段辐射温度计以及发射率比可设为 1 的比色温度计,检定环节含投入使用前的检定与使用期间的后续检定,明确不包括红外耳温计、红外额温计及接触式辐射温度计。
点温仪与热像仪同属辐射测温,都要面对发射率设定与背景反射,区别只在视场大小。点温仪给出的是一个圆形视场内的平均值,视场直径随距离放大。热像仪给出的是二维分布。DL/T 664-2025 的适用范围写得很清楚,本文件适用于采用红外热像仪开展的检测诊断,使用其他红外测温工具(例如红外点温仪)开展检测诊断的可参考本文件。标准由此把点温仪纳入同一套判据框架,只是主场景仍是热像仪。
开关柜内的无线测温属于接触式点测温的一种实现方式,NB/T 42086-2016 给出了技术要求。该标准的适用对象是 35 kV 及以下各种开关柜的无线测温装置,主设备以及输配电线路电气连接点的无线测温装置可参照执行。这个电压范围需要被记住:它是一条明确写进适用范围的边界,不能顺势外推到更高电压等级的设备上。
面式测温的能力来自两处:一是仪器本身的性能,二是基于图像的诊断判据。
红外热像仪作为产品有自己的国标。GB/T 19870-2018 面向工业检测型红外热像仪,是这类仪器在准确度、噪声等效温差等指标上的产品依据。GB/T 19870-2018 同时被 DL/T 664-2025 与 DL/T 1498.6-2025 引用,等于把仪器指标、现场应用以及在线装置三条线串在了一起。
DL/T 664-2025 规定了带电高压电气设备红外诊断的现场检测要求、现场操作方法、仪器管理以及检验、红外检测周期、诊断方法、诊断依据、异常分级以及处理。这份文件 2025 年 12 月 18 日发布、2026 年 6 月 18 日实施,全部代替了此前的版本。它把面式测温从“拍一张图”提升为一套有周期、有判据、有分级的作业方法。
面式判据的一个核心思路是相对比较。同类设备、同等负荷、相近环境条件下,把发热部位的温度与正常部位比较,也与其他相别比较,得到温差与相对温差。这种做法绕开了发射率设定以及具体温度量值带来的不确定度,因为比较过程中这些系统误差被大幅抵消。也正因如此,面式测温判断谁更热相当可靠,要回答具体温度量值则受制于发射率设定。
面式测温只看到表面。导体接头真正发热的位置往往在接触面内部,热流传到外壳后温度已经衰减,外壳读数低于内部真实温度。此外,面式测温要求目标在视场内有足够的像元覆盖,这个约束会在后面单独推演。
周期性同样是面式测温的一部分。DL/T 664-2025 对红外检测周期作出规定,巡检不是想起来才做一次,而是按设备重要程度以及运行工况排进计划。周期确定之后,历次图像之间才具备可比性,温升趋势也才谈得上有意义。图像存下来,趋势才看得见。
分布式光纤测温的原理是利用光纤中的散射信号对温度的依赖,沿光纤连续给出温度值。它的价值在于连续覆盖:一条几公里的电缆隧道,用一台主机加一根光纤便可得到沿线的温度曲线,不需要在中间布置任何有源器件。DL/T 1573-2016 规定了电力电缆分布式光纤测温系统的工作条件、技术指标、试验检测项目、试验方法、通信数据格式及安装应用,适用于安装在单芯电力电缆上的光纤测温系统,其他应用方式可参照执行。
分布式测温的约束是空间分辨率。光纤测到的每个点其实是光纤上一段长度的平均结果,这段长度由系统的空间分辨率决定。短尺度的突变被抹平,这在后面会用数字说明。另一个约束是敷设位置:光纤贴着电缆外护套走,读到的是护套外表面的温度,与导体温度之间存在由绝缘层热阻造成的差值,负荷变化越快,这个差值越大。
敷设方式同样影响读数。光纤贴附在电缆外护套表面时读到的是护套温度,埋设在电缆内部结构层时更接近导体温度,但施工难度与后期维护工作量随之上升。两种方式给出的量值不同,趋势一致。选型阶段应当明确采用哪种敷设并在验收记录中写明,否则后期做载流量评估时会用错基准。
分布式测温的适用对象因此很清楚:长距离、缓变、需要连续趋势的场景,比如电缆载流量评估、隧道环境温度分布、长距离接头的趋势跟踪。它不适合回答几十 mm 尺度上的局部热点问题,那个尺度属于点式与面式。
把测温装置长期装在现场,即进入在线监测的范畴。行业在这里的划分比想象中清楚,两套标准各管一段。
DL/T 2150-2020 面向变电设备运行温度监测装置,2020 年 10 月 23 日发布、2021 年 2 月 1 日实施,适用对象为声表面波测温、光纤测温及电阻测温等接触式测温监测装置,并明确不适用于红外测温监测装置。它规定的是技术要求、试验项目、检验规则、标志、包装、运输以及贮存。
DL/T 1498.6-2025 面向变电设备红外测温在线监测装置,规定其工作条件、技术要求、试验项目及要求、检验规则、标志、包装、运输以及贮存,适用于变电站以及换流站的红外在线监测装置的生产、使用以及检验。这份文件 2025 年 12 月 18 日发布、2026 年 6 月 18 日实施。它面对的是固定安装、自动采集、长期运行的成像装置,与手持巡检用的热像仪在形态上不同,但在测温原理与判据逻辑上同源。
装置装上之后如何验证,另有导则。DL/T 2145.5-2025 面向红外成像在线监测装置的现场测试,2025 年 12 月 18 日发布、2026 年 6 月 18 日实施,与 DL/T 1498.6-2025 同期。一个管产品与检验,一个管现场测试,两者配合才构成完整的验收链条。
这两套标准的分界不是文字游戏。接触式装置读的是接触点温度,红外成像装置读的是表面辐射温度,两者的误差来源、安装要求、验证方法都不同,混用一套验收方法必然错位。选型阶段应当先确定要测的是接触点还是表面分布,再决定走哪一套标准。
红外热像仪能否测准一个目标,取决于目标在图像上占多少像元。北京康高特(KGT)自研的阳明红外热像仪在标准镜头下的空间分辨率为 0.66 mrad,工作波段为 7.5~14 μm。据此可以按距离推算单像元覆盖的尺寸。
按 0.66 mrad 计算,距离 3 m 时单个像元覆盖约 2.0 mm,5 m 时约 3.3 mm,10 m 时约 6.6 mm,20 m 时约 13.2 mm。工程上通常要求目标至少覆盖 3 行 3 列共九个像元,测温值才具备比对价值,对应的目标尺寸在 3 m 处约 6 mm、5 m 处约 10 mm、10 m 处约 20 mm、20 m 处约 40 mm。
这个推算可以直接用于现场判断。一个直径 12 mm 的螺栓接头,在 10 m 处只覆盖约 1.8 个像元,远达不到 3 行 3 列的要求,读出来的温度必然被背景拉低。处理办法有两个:缩短测试距离,或者换用视场角更小的镜头。距离先算准。阳明红外热像仪提供广角、标准、长焦三种视场角,长焦镜头把空间分辨率压小,正是为了远距离小目标准备的。
像元内混合的后果可以量化。设一个真实温度 80 ℃ 的热点只占像元面积的四成,其余为背景 35 ℃,按辐射能量随面积加权估算,像元读出的表观温度约 55 ℃,比真实值低约 25 ℃。占比提到六成时读数约 64 ℃,提到八成时约 72 ℃。这几个数值说明了一件事:看不清的小目标,测温读数不是略有偏差,而是严重失真。这也解释了为什么现场有时会出现红外测得的温度明显低于接触式传感器读数的现象,两者都没有错,只是空间采样尺度不同。
电阻性发热的功率与电流平方成正比。同一处接触电阻缺陷,在额定负荷下的发热功率设为基准,负荷率降到 60% 时发热功率只有额定的 36%,降到 40% 时只有 16%。若散热条件不变,稳态温升大致按同一比例下降。
这意味着什么?假设某接头在额定负荷下的温升为 30 K,同一缺陷在 60% 负荷下的温升约 11 K,在 40% 负荷下约 5 K。若判据以温升数值或相对温差给出,低负荷时的读数很容易落在正常区间内,缺陷便被掩盖。漏检由此发生。
这正是点式在线测温的价值所在。传感器长期装在接头上,可以按分钟级甚至秒级记录负荷与温度的对应关系,自动捕捉负荷高峰时刻的温度。巡视人员手持热像仪到现场,很难恰好赶在负荷高峰,拍到的图像往往对应的是中等负荷状态。两类手段在这个维度上互补:在线装置负责在时间轴上守着,热像仪负责在空间上扫面。
反过来,负荷率修正也有前提。温升与电流平方的关系建立在接触电阻恒定的假设上,若缺陷本身随温度恶化(例如接触面氧化加速),低负荷时的测量值不可简单按比例折算到额定负荷。遇到这种情况,应当把不同负荷下的多次测量结果放在一起看趋势,而不是用一次读数做折算。
分布式光纤测温的每个读数代表光纤上一段长度的平均。设空间分辨率为 1 m,一个长度 0.1 m 的局部热点真实温升为 20 K,其余部分为背景温升 0 K,则该空间段读出的温升约为 20 K 的十分之一,即 2 K。真实存在的 20 K 缺陷,在系统里只显示为 2 K 的轻微抬升。
同样的道理反过来也成立:如果发热段长达 5 m,远超空间分辨率,读数便接近真实值。这解释了分布式测温的适用边界——它擅长长尺度、缓变的温度分布,对短尺度、突变的热点反应迟钝。
一个现场可操作的判断方法是比较缺陷尺度与空间分辨率的比值。缺陷尺度达到空间分辨率的 5 倍以上,读数可用。接近或小于空间分辨率时,读数只能作为趋势参考,不能作为定量依据。需要确认接头类小尺度缺陷时,应当改用点式传感器或热像仪,而不是在分布式系统上提高报警阈值。
配置方案应当从失效模式出发,而不是从设备清单出发。
这类缺陷尺度小、发展快、后果重,典型位置是断路器触头、母排搭接面、电缆终端接头。宜采用接触式点测温,传感器直接装在发热部位,读数不受发射率影响。同时保留周期性红外成像巡检,用来发现装点之外的新发热点。分布式光纤在这里帮助有限。
这类需求尺度长、变化缓,适合分布式光纤测温连续覆盖,用于载流量评估与环境温度分布分析。终端接头处再补装点式传感器,形成线面结合。红外成像在这一场景受限于视场与遮挡,适合作为抽查手段。
套管、散热器、箱体表面这类大面积目标,适合红外成像一次扫过,快速定位异常区域。确认后再用点式传感器做长期跟踪。分布式光纤在平面目标上敷设困难,一般不适用。
还有一类取舍来自维护工作量。接触式传感器数量多,电池型产品需要按周期更换电池,无源型产品免去了这一项,读写距离与安装角度却受限。红外成像巡检依赖人员到现场,人员经验直接决定图像质量与判读水平。分布式系统装好之后日常维护量小,一旦出现光纤断点,定位与修复却要花不少时间。三类手段的日常投入结构并不相同,配置时应当按班组的实际能力来定,而不是按参数表的指标来定。人员跟上,系统才转得动。
开关柜里的触头被外壳挡着,热像仪对着柜门拍摄,读到的只是柜体表面温度。装进柜内的接触式无线测温传感器绕开了这层衰减,这类产品适用 NB/T 42086-2016 给出的技术要求,其电压范围为 35 kV 及以下,超出该范围不能套用。仍要拍摄柜体表面时,图像可以用来圈定异常区域,若据此推算触头温度,读数会明显偏低,容易把已经存在的缺陷判成正常。读数会骗人。
三类数据放在同一个平台后,常见的困扰是数值对不上。处理这个困扰的前提是承认差异的合理性,然后建立对齐方法。
先做时间对齐。在线装置的时间序列要与红外巡检时刻对齐,比较时取巡检时刻前后的在线读数,而不是当日平均值。再做位置对齐,把在线测点编号与图像上的坐标建立映射,避免张冠李戴。编号一错,比对全废。随后对齐负荷,把不同时间的读数折算到同一负荷率下,或者干脆只在相同负荷区间内比较。这一步跳不得。
还要设定合理的偏差带。接触式与红外读数之间存在由表面热阻、发射率设定、空间采样共同造成的差异,这个差异有确定的方向和量级,不应被当作故障。经验做法是给每类比对设定一个允许偏差范围,超出范围才触发复核。这样既保留了交叉验证的价值,又不会因为正常偏差产生大量无效告警。
报警阈值按手段分别设定才站得住。现场常见的一类情形是,接触式读数在 24 h 之内相当平稳,红外读数受距离、发射率以及日照影响,同一部位两次拍摄的差值往往明显大于接触式。若把红外报警阈值压到与接触式一致,白天巡检时误报不断,值班人员连着几天收到无效告警,之后真出现越限也无人理会。阈值设定的依据是历史数据的分布,不是把标准限值直接搬过来。阈值调好了。系统才有用。
误判一,把红外读数与接触式读数直接相减并当作缺陷严重程度。两者的物理含义不同,相减没有意义。正确做法是比较同类手段的历史数据与趋势。
误判二,用分布式系统的读数为接头缺陷定量。如前所述,短尺度热点在空间平均后被稀释,读数只能作为趋势参考。
误判三,在远距离用小目标测试并采信读数。目标像元覆盖不足时,读数偏低且偏低幅度不可控,改变距离或镜头之后应当重测。
误判四,忽略发射率与背景反射。金属裸表面的发射率远低于涂覆表面,若统一按同一数值设定,读数会系统性偏低。对发射率不确定的表面,可用参考材料覆盖一小块区域测出参考温度,再反推发射率。
误判五,认为装了在线测温便不再需要巡检。在线装置只覆盖装点,装点之外是盲区。周期性红外成像巡检的作用正是填补这个盲区。
误判六,忽略季节性因素。夏季高温时段环境温度抬升,会让所有测点的读数同步上移,若用固定阈值判断,正常设备也会频繁越限。可行的做法是把环境温度或者同类设备的同步读数作为基准,看相对抬升,而不是看单次测量得到的数值。基准选对了,季节因素自然被抵消。
测温结果的不确定度可以拆成若干分项,分项清楚了,争议随之减少。
阳明红外热像仪的测温精度为 ±2 ℃ 或 ±2% 读数,取两者中的较大值。热灵敏度优于 30 mK。热灵敏度决定的是分辨微小温差的能力,测温精度决定的是温度量值的可信程度,两者不能混淆。在 100 ℃ 附近,±2% 对应 ±2 ℃,两项相当。在 300 ℃ 附近,±2% 对应 ±6 ℃,此时读数百分比项占主导。
发射率设定偏差带来的影响可以估算。真实发射率为 0.90 而按 0.95 设定、目标真实温度 77 ℃、环境反射温度 35 ℃ 时,按辐射方程反算得到表观温度约 75 ℃,偏低约 2 ℃。若真实发射率进一步降到 0.85,表观温度约 73 ℃,偏低约 4 ℃。这个量级与仪器精度相当,说明发射率设定与仪器指标同等重要。
目标像元覆盖不足造成的偏差不属于仪器误差,属于方法误差,量级可以达到数十 ℃,远超前两项。这正是现场需要优先控制的一项。
接触式传感器与被测体之间隔着热阻,分布式光纤与导体之间还有绝缘层热阻,两者都会造成系统性差值。这类差值方向确定、量级稳定,可以通过比对标定加以修正。
验收时应按装置类型走对应标准:接触式运行温度监测装置参照 DL/T 2150-2020,红外成像在线监测装置参照 DL/T 1498.6-2025,现场测试参照 DL/T 2145.5-2025,电缆分布式光纤测温系统参照 DL/T 1573-2016,开关柜无线测温装置参照 NB/T 42086-2016,手持红外热像仪的诊断应用参照 DL/T 664-2025。验收文件里写明所依据的标准号与版本,后续争议便有了共同基准。
结语
点式测温、面式测温及分布式测温不是三种可以互相替代的手段,而是三种互补的空间采样方式。点式给出时间序列上的一个确定值,面式给出平面上的分布,分布式给出沿线的连续曲线。真正的选型逻辑是从缺陷的空间尺度与失效的发展速度出发:尺度小、发展快的用点式,需要发现未知位置的用面式,尺度长、变化缓的用分布式。把三者按这条逻辑组合起来,各自的短板都能被另一类手段补上。传感器的数量不是关键,覆盖的维度才是。
北京康高特(KGT)自研的阳明红外热像仪在面式这一环承担的是发现与定位:0.66 mrad 的空间分辨率配合广角、标准、长焦三种视场角,适配从近距离柜体到远距离线路的不同工况。优于 30 mK 的热灵敏度保证温差分辨能力。±2 ℃ 或 ±2% 读数的测温精度给出温度量值的可信区间。内置的激光测距以及可见光融合功能则帮助现场把图像上的异常位置与设备台账对应起来。在线侧的接触式与分布式装置各自有对应的行业标准,按标准配置与验收,三类数据才能在同一套判据下协同工作。