油纸绝缘系统是油浸式变压器的组成核心,很大程度地影响着变压器的正常运作。而变压器油纸绝缘中极少的水分含量对绝缘强度起着至关重要的作用,水分会使得变压器绝缘老化的进程增快,减少变压器的额定寿命。因此变压器油纸绝缘的水分含量早已成为指示绝缘状态的关键指标。目前工程中需要离线检测变压器绝缘纸板的含水量或离线、在线检测绝缘油含水量来评估变压器油纸绝缘的受潮程度,而广泛使用的离线、在线水分检测方法,例如卡尔-费休滴定法（Karl Fischer Titration,KFT）,介电响应法、色谱法存在取样困难、耗时长、操作复杂或只能评估油纸绝缘的整体受潮程度等缺点,不利于现场工程实际。因此有必要开发一种能快速、直接、无损的变压器油纸绝缘水分原位检测方法,以适用于绝缘纸板和绝缘油的出厂检测、绝缘纸板的离线检测以及绝缘油的在线检测等工程环境。太赫兹时域光谱技术是一项极具潜力的无损检测技术,对水分的变化敏感,可用于含水量的检测。太赫兹（Tera Hertz,THz）波（频率为0.1～10THz的电磁波）有着特殊的选择透过性,即吸收极性物质,透过非极性物质,并且THz波对于不同含水量的物质具有不同的吸收强度,因而可以通过THz技术实现对材料受潮的评估。同时太赫兹脉冲处于皮秒级,可以实现油浸纸板和绝缘油含水量的快速、无损的原位检测。本文搭建了一套适用于变压器油纸绝缘系统的太赫兹时域光谱（Terahertz Time-Domain Spectroscopy,THz-TDS）测试平台,并制备了含水量为0.452～4.671%的油浸纸板以及含水不均匀分布的油浸纸板、含水量为3.7～25.8ppm的绝缘油以及不同老化程度的绝缘油样品;利用搭建的太赫兹测试平台得到了含微水油浸纸板和绝缘油的时域响应波形;计算样品的相关频域光学参数、介电参数,并进行了相应的分子模拟。针对油浸绝缘纸板与水分组成的特殊的氢键网络,本文对油纸绝缘层进行了介电谱分析来表征受氢键作用与油纸绝缘层影响的水分子的动态极化行为,建立了考虑水参与氢键效应的弛豫共振综合极化模型,以描述油纸绝缘层与水分的复数介电常数,进而分析极化参数与水分含量之间的关系;利用太赫兹光谱扫描成像绘制水分不均匀分布油浸纸板的水分分布图像。针对含微水的绝缘油,利用了绝缘油体系中的水分子在太赫兹频段上产生共振,通过共振特征峰的峰高,分析计算了不同绝缘油样品中的微水含量,完成基于测试结果的定量分析;最后使用此方法对不同老化程度的绝缘油进行了测试。论文取得的主要成果有:（1）研究了含微水油浸纸板的太赫兹时、频域响应曲线。随着油浸纸板含水量增大,时域波形的峰值降低,峰值时间延迟,时域峰值比/峰值时间差（1/ps）可作为快速识别油纸微水含量的特征值,但不能表征油浸纸板的极化特性;进一步计算了含微水油浸纸板的太赫兹复介电谱,建立了弛豫谐振综合模型,所提出的模型包括慢速德拜弛豫过程,快速德拜弛豫过程和分子间拉伸的谐振极化过程,该理论模型与实验结果一致,其中,谐振项幅值As表征了氢键网络的总体谐振极化强度,能间接反映水-纤维素氢键和水-水氢键的数量与键能,与含水量存在较好的线性关系,作为水分检测特征量其线性度优于时域峰值比/峰值时间差;分别利用时、频域的含水特征量实现了油浸绝缘纸板中水分分布的二维成像,谐振极化强度As整体优于峰值比/峰值时间差特征量。（2）研究了油浸纸板中水分子在太赫兹频段下的极化行为。发现了含微水油浸纸板体系中的水参与氢键网络随含水量变化的两个阶段以及两种类型（水-水氢键、水-纤维素氢键）。第一阶段（含水量4%）,水-纤维素氢键基本饱和,快速弛豫过程的极化强度基本不变,而水-水氢键的数量开始快速增长,慢弛豫过程的极化强度迅速增加远超过快弛豫过程的极化强度,同时氢键网络的无序性有所降低。水-纤维素氢键会增强快弛豫极化,增大网络无序性;水-水氢键会增强慢弛豫极化,降低网络无序性。此外,两种氢键都会对谐振极化的强度都有增强作用。利用分子模拟计算了油纸绝缘系统中不同种类氢键的数量与含水量之间的关系以及不同类型的水参与氢键的比例,结合试验结果和理论计算发现虽然在数量上水-纤维素氢键占主导,但水-水氢键对于弛豫极化强度的作用更大。太赫兹技术能为分子模拟提供试验支撑。（3）研究了不同水分含量绝缘油的时、频域响应曲线。研究发现随着绝缘油的水分增加,样品的时域峰值降低,峰值时间延迟,与油浸纸板的测试结果一致;计算得到了含微水绝缘油样品的太赫兹吸收光谱,发现在0.51、1.19、1.48和2.27THz附近,存在较为明显的吸收峰,且2.27THz的吸收峰强度最高;通过分子模拟计算了含微水的绝缘油体系理论上的吸收特征峰,振动仿真结果也同样在上述频率出现了特征吸收峰,与试验数据相符;2.27THz处的特征吸收峰最高,且受水分分散程度的影响较小,也与微水含量有良好的正相关性,因此,将2.27THz作为油中微水检测的特征峰具较好线性度;研究了老化因素对绝缘油含水量测试的影响,通过热老化试验,得到了不同老化程度的绝缘油样品,对老化后的绝缘油进行太赫兹检测,不同老化程度的绝缘油均在2.27THz左右出现了微水含量的特征峰,利用2.27THz特征峰值计算了不同老化程度的绝缘油样品的含水量,太赫兹测试结果与库伦法测量结果的误差在±2ppm以内。