如何通过红外热像检测区分电气设备正常发热与故障性过热现象

红外热像技术作为电气设备状态监测的核心手段，通过非接触式捕捉设备表面温度分布，能快速识别发热异常。但电气设备运行中存在“正常损耗发热”与“故障性过热”两种情况——前者是设备运行的必然结果，后者则是故障的信号。若误将正常发热判定为故障，会增加检修成本；漏判故障性过热，则可能引发设备烧毁、停电等事故。本文结合电气原理、红外特征及运维经验，详细说明如何准确区分两者，为设备状态评估提供可靠依据。

电气设备正常发热的原理与红外特征

电气设备正常发热源于三种固有损耗：一是电阻损耗（I²R），电流通过导体时因电阻产生热量，如母线排、绕组等；二是铁损，存在于变压器、电机等铁芯设备，由涡流和磁滞效应导致；三是机械损耗，如电机轴承、风机叶轮的摩擦发热。这些损耗均在设备设计范围内，不会引发故障。

正常发热的红外特征表现为“均匀、可控、符合规律”：温度分布遵循热传导路径，无局部凸起；温度值不超过厂家规定的阈值（如电机轴承温度≤70℃、母线排温升≤40K）；相邻同类部件（如同一母线排的多个连接点）温差≤5℃；温度随负荷变化呈线性增长，如变压器负荷从30%升至80%，顶层油温从35℃升至65℃，符合“负荷-温度”曲线。

故障性过热的常见类型及红外表现

故障性过热是设备缺陷或异常导致的额外损耗，常见类型包括四种：一是接触不良（螺栓松动、氧化、触头烧蚀），二是绝缘老化（匝间短路、爬电、套管开裂），三是过载（超过额定电流），四是铁芯故障（硅钢片绝缘损坏、接地不良）。

不同故障的红外特征各有差异：接触不良表现为“局部点状高温”，如开关柜螺栓连接点温度比周围高30℃以上；匝间短路表现为“斑块状高温”，电机定子绕组某区域与周围温差达20℃；过载表现为“整体升温但均匀”，但温度超过额定负荷对应的阈值；铁芯故障表现为“不规则块状高温”，变压器铁芯边缘温度比本体高15℃以上。这些特征是故障的“身份证”，易被红外热像捕捉。

核心判定依据：温度阈值与温差标准

区分正常与故障的关键是“守标准”——国家及行业规范对设备温度和温差有明确要求。如DL/T 664-2016《带电设备红外诊断应用规范》规定：同类部件温差超过10℃、与相邻非同类部件温差超过15℃，可判定为异常；GB/T 11022-2011要求裸导体连接点温升≤40K（相对于环境温度）。

例如某配电室3台同型号开关柜，母线排连接点温度分别为32℃、33℃、48℃，第三台与前两台的温差达15℃，符合DL/T 664的故障判定条件；某电机轴承温度达80℃，超过IEC 60034-1规定的70℃阈值，可判定为润滑不良或轴承磨损。

发热分布差异：均匀性vs局部性

正常发热的温度分布是“均匀的”，遵循设备设计的热传导路径。如电缆终端头正常时，瓷套表面温度从顶部到底部缓慢下降，温差≤10℃；变压器正常时，油箱表面从下部到上部逐渐升温，梯度均匀，无局部凸起。

故障性过热则打破这种均匀性，表现为“局部高温点或区域”。如开关柜内断路器触头接触不良，会在触头位置形成直径1-2cm的高温点，温度比周围高30℃；电机定子匝间短路时，会在短路部位形成2-3cm²的斑块状高温，与周围绕组温差达20℃。这种“局部凸起”的温度分布，是故障与正常发热的核心区别。

负荷关联性：正常发热的线性规律与故障的非线性

正常发热的温度变化与负荷呈“线性正相关”——负荷增加，温度按比例上升；负荷下降，温度同步下降。如某10kV变压器，额定容量1000kVA，负荷从200kVA升至800kVA时，顶层油温从35℃升至65℃，每增加100kVA负荷，油温上升约5℃，与厂家曲线一致。

故障性过热则脱离这一规律，表现为“非线性”：要么负荷不变但温度持续上升（如电机负荷50%，定子温度从60℃升至85℃），要么负荷下降但温度不降（如变压器负荷从70%降至30%，油温仍维持75℃）。这种“异常变化”说明设备内部存在额外损耗，需立即排查。

旋转设备（电机、风机）的发热区分要点

旋转设备（电机、风机）的正常发热集中在“定子绕组”和“轴承”：定子绕组温度均匀，温差≤5℃；轴承温度≤70℃（滚动轴承），与机壳温差≤10℃。如某三相异步电机，正常运行时定子三相绕组温度分别为62℃、63℃、64℃，轴承温度65℃，符合要求。

故障时，旋转设备的红外特征更具针对性：定子绕组局部高温（某相比其他两相高15℃以上），多为匝间短路；轴承局部高温（轴承某点温度达80℃，周围60℃），多为滚珠磨损或润滑不足。例如某风机轴颈温度80℃，机壳温度35℃，拆解后发现轴承滚珠磨损严重，润滑脂干结，验证了故障判定。

静止设备（开关柜、变压器）的发热区分要点

静止设备（开关柜、变压器）的正常发热集中在“连接点”和“铁芯”：开关柜母线排、断路器触头温度均匀，连接点温差≤5℃；变压器油箱表面温度梯度均匀，铁芯接地电流≤100mA（间接反映铁损正常）。如某开关柜母线排三个连接点温度为32℃、33℃、34℃，符合正常标准。

故障时，静止设备的红外特征集中在“连接点”和“绝缘部位”：开关柜母线排连接点温度达48℃（其他为32℃），多为螺栓松动；变压器套管末屏温度比本体高25℃，多为绝缘老化；开关柜断路器触头温度达55℃（周围30℃），多为触头烧蚀。这些特征结合接触电阻测试（正常≤10μΩ，故障≥100μΩ），可快速确认故障。

辅助判别：历史数据与同类设备对比法

单一红外热像有时难以判定，需结合“历史数据”和“同类设备”辅助：历史数据对比——同一设备不同时期的热像，若去年同期同负荷下母线排温度30℃，今年45℃，说明接触电阻增大；同类设备对比——同一配电室的多台同型号开关柜，其他柜子温度32℃，某台48℃，说明该台有故障。

此外，可结合其他手段验证：用微欧表测接触电阻（故障时≥100μΩ）、用超声检测仪测放电声（接触不良会产生高频超声）、用振动测试仪测轴承振动（故障轴承振动值超过标准）。这些方法能弥补红外热像的局限性，提高判定准确性。