密闭空间电气隐患红外巡检的可行性与局限

密闭空间电气隐患红外巡检的可行性与局限技术示意图
图:密闭空间电气隐患红外巡检的可行性与局限示意

红外热像仪是电气隐患排查中普及度最高的工具之一,也是"测了却没发现问题"的高发领域。原因通常不是仪器不准,而是红外测量的对象与柜内故障的实际位置之间存在错位。本文讨论红外巡检在密闭空间应用的前提条件、固有局限与可行的改进路径。

一、红外测的是表面温度,不是接点温度

红外热像仪通过接收物体表面的红外辐射来反演温度,其测量对象是可见的表面,无法穿透金属柜门、隔板或绝缘护套。这一点决定了它的能力边界。

更重要的是,表面温度并不等于内部接点温度。两者之间存在由接触热阻、导体热阻与外壳热阻共同构成的温度梯度。接触电阻偏大的接头,其内部发热量大,但热量传导到外壳时已经衰减,因此外壳温度可能仍在正常范围内,而接头处已经明显过热。这正是红外巡检"扫过一遍没发现异常"的常见原因。

测温原理与精度影响因素的系统讨论见电气温度探测原理与测温精度,单光与双光红外探测的差异见单光红外与双光红外探测技术差距。

二、柜体是障碍:观测窗与开柜门的两难

要在封闭柜体上获得有效读数,常见有三条路径。其一,安装红外观察窗。需确认窗口材料在 8–14μm 波段的透过率,并核实安装后柜体的防护等级与内部电弧防护性能不被降低——这属于涉及安全性能的改动,应经设备制造商确认并由具备资质的单位施工。其二,停电后打开柜门扫测。问题在于停电即失去负荷条件,电流致热型缺陷的温度特征随之消失,反而不利于发现问题。其三,利用既有缝隙或散热孔辅助判断。这种方法只能作为粗略线索,不足以支撑结论。

因此,对需要持续关注的重点部位,固定式在线测温通常比定期红外巡检更可靠。二者的分工在下文第七节讨论。

三、发射率与反射:误差的主要来源

发射率设置是现场最容易出错的环节。铜、铝等光亮金属表面的发射率可能低于 0.3,且会随氧化程度、表面状态变化。若沿用默认的发射率设置直接测量,读数可能严重偏低,把真实的过热点误判为正常。

反射则会造成虚假高温点。柜内其他高温物体的辐射经被测金属面反射进入镜头,会形成并不存在的高温读数。识别反射干扰的一个实用方法是改变观测角度,若高温点位置随之移动,则很可能是反射造成的。

缓解方式包括:在被测面贴附发射率已知的胶带或贴片作为参考、按材料状态合理设置发射率、避免强反射背景进入视场,以及保持适当的观测距离。此外,测量小目标(如单个螺栓)时需要足够的空间分辨率,否则读数会被周围背景"平均"掉——这也是红外测温在远距离检测小型接点时可信度下降的原因。

四、两类缺陷的区分:电流致热型与电压致热型

红外诊断中常见的缺陷分为两大类,判读方法并不相同,混用容易出错。电流致热型缺陷源于导电回路的电阻异常,例如接头接触不良、导体截面不足、触头烧损。其温升随负荷电流变化明显,大致与电流平方相关,适用相对温差法判读。

电压致热型缺陷则源于绝缘介质在电压作用下的损耗异常,例如绝缘子劣化、套管内部受潮、避雷器阀片老化、耦合电容器介损增大。这类缺陷的温升通常较小——可能只有几开尔文,但反映的是绝缘状态的实质性变化,且基本不随负荷电流变化,因此用相对温差法判读往往失效,更依赖图像特征法,即观察同类设备在同一电压下的热像分布形态差异。

区分两类缺陷的意义在于:它决定了该用什么判据、是否需要结合停电试验。电压致热型缺陷的红外发现,通常需要介损、绝缘电阻等试验进一步确认。

五、负荷率:不看电流就无法判读

电流致热型缺陷的温升大致与电流的平方相关。同一个接触不良的接头,在 30% 负载下可能毫无异常表现,而在满载时显著发热。这意味着脱离负荷数据讨论温度数值,意义有限。

因此红外巡检记录必须同时包含三项信息:负荷电流、环境温度、被测设备的运行时间。缺少其中任何一项,历次数据之间就失去了可比性,趋势分析也无从谈起。

在判读方法上,相对温差法比绝对温度法更适合现场使用。它比较的是同一工况下同类设备或同一设备三相之间的温差,从而抵销了环境温度与负荷波动带来的影响。这一思路与柜内测温点布置与阈值设定中讨论的原则是一致的。

六、规范中的检测条件与周期

DL/T 664《带电设备红外诊断应用规范》对带电高压电气设备的红外诊断作出了系统规定,内容包括现场检测要求、现场操作方法、仪器管理与检验、红外检测周期、诊断方法、诊断依据以及异常分级与处理,适用于采用红外热像仪对电流致热、电压致热及其他异常致热效应引起的设备表面温度异常进行检测诊断,使用红外点温仪等其他工具时也可参考。

需要注意的是该标准存在版本更替:2025 年修订版已发布,并于 2026 年 6 月起实施,全部替代 2016 版。现场作业应核对所依据的版本是否为现行有效版本。

环境条件同样会影响测量结果。检测对环境温度、相对湿度、风速以及日照条件通常有相应要求,强日光直射会在设备表面造成附加温升,容易导致误判。诊断方法方面,常见的有表面温度法(对照相关标准的温升限值)、相对温差法(适用于电流致热型)与图像特征法(适用于电压致热型),适用对象各不相同,不宜混用。

七、红外巡检与在线监测的分工

红外巡检覆盖面广、单次成本相对低、适合定期普查与横向对比,缺点是数据离散、依赖人员在场,且受负荷与环境条件制约明显。在线测温连续采集、可捕捉短时异常与趋势变化,缺点是只能覆盖已布设的测点,且需要供电、通信与持续维护。

二者互补,不宜互相替代。较为务实的做法是:用红外巡检发现"哪些部位需要重点关注",再用在线监测持续盯住这些部位;反过来,在线监测发现的异常也可用红外热像仪确认其空间范围与邻接影响。

要让历次数据具备可比性,记录规范化是不可跳过的一步。建议每次巡检至少留存以下信息:被测设备的双重编号与测点位置照片、红外热图与对应的可见光照片、负荷电流、环境温度与相对湿度、仪器型号与发射率设置、检测日期与人员。缺少其中任何一项,后续的趋势分析都会打折扣。把这些字段结构化存入台账,红外巡检才真正具备逐年积累的价值,而不是留下一批无法比较的孤立热图。

母排过热的红外观测与处置流程见配电柜母排过热红外观测与处置,低压设备温升限值与检测技术见低压电气设备温升限值与红外检测技术解析。

常见问题

红外热像仪隔着柜门测出来的温度可信吗?

一般情况下不可信。红外热像仪无法穿透金属柜门与隔板,隔着柜门测到的是柜门外表面的温度,与柜内接点的真实温度之间存在明显的热阻梯度,且受柜内空气温度、日照与环境气流影响。这种读数可以用来发现柜体整体异常发热的线索,但不能作为判断柜内接点状态的依据。需要获得柜内读数的场合,应安装符合要求的红外观察窗,或采用固定式在线测温方案。

红外测出来温度不高,是不是就说明没有隐患?

不能得出这个结论。红外只能测到可见表面,柜内被遮挡的接点测不到;即便测到表面,表面与内部接点之间也存在温度梯度。此外,电流致热型缺陷需要达到一定负荷才会表现出明显温升,低负荷时段检测容易漏判。电压致热型缺陷的温升本身就不显著,更依赖图像特征判读。因此红外巡检未发现异常,只能说明受检可见部位在当前工况下未见明显异常。

发射率应该设置为多少?

取决于被测材料的种类与表面状态,没有统一数值。氧化的铜、铝表面与光亮金属表面的发射率差别很大;绝缘材料、油漆表面与陶瓷的发射率通常较高且相对稳定。较为稳妥的做法是在被测面贴附发射率已知的参考胶带或贴片,以参考区域的读数为准进行校准比对。同时应改变观测角度排查反射干扰。具体设置应参考仪器操作手册与相关规范的要求。

红外巡检应该多久做一次?

检测周期需依据设备重要性、运行环境、负荷特性与历史缺陷情况综合确定,DL/T 664 对红外检测周期有相应规定,可作为制定依据。一般而言,重要设备与运行环境恶劣的场所宜缩短周期;新建或改造投运初期宜适当加密以便建立基线;发现异常后应按异常分级要求缩短跟踪周期。建议把周期、责任人与记录格式写入运维规程,避免巡检流于形式。

⚠️ 安全提示:本文为技术科普与选型参考,不构成具体工程的设计依据。消防系统的设计、安装与验收须由具备资质的专业单位按现行规范执行,联动逻辑应在调试阶段逐项验证。