一、工作簡況，包括任務(wù)來源、制定背景、起草過程等

1.1任務(wù)來源

根據(jù)國標委發(fā)〔2023〕58號文件，國家標準化管理委員會關(guān)于下達2023年第三批推薦性

國家標準計劃，其中《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》由華東電力試驗研究院有限公司

等實施，計劃編號：20231098-T-469，計劃項目周期：18個月，計劃完成時間：2025年06月

01日。

1.2制定背景

絕緣材料的性能是保證電氣設(shè)備安全運行的基礎(chǔ)，主要分為三種類型，固體、液體和氣體。

空氣是應(yīng)用最廣泛，也是最廉價的絕緣材料，應(yīng)用于架空輸電線路導(dǎo)線相與相之間等場景，純

凈的空氣具有較好的絕緣性能。固體和液體具有更高的電氣強度，具有支撐性、冷卻和滅弧等

作用，廣泛用于變壓器、絕緣子和發(fā)電機等電氣設(shè)備。

太赫茲波對水分子非常敏感，能根據(jù)氫鍵震蕩特性的不同，對含有氫鍵結(jié)構(gòu)的物態(tài)信息進

行精細分析，利用太赫茲技術(shù)檢測物體內(nèi)的微水含量已有涉及多種領(lǐng)域的研究。太赫茲波對非

極性及弱極性固體材料具有良好的穿透性，由于其波長小于微波，能夠?qū)喓撩桩惓Ｈ毕葸M行

感知。因此可以應(yīng)用太赫茲技術(shù)對絕緣材料（固體和液體絕緣材料）的性能進行無損檢測。

在工程應(yīng)用中固體和液體絕緣的水分含量早已成為反映裝備健康狀態(tài)和故障早期預(yù)警的

重要信息源，固體和液體材料質(zhì)量的好壞直接決定裝備的安全運行可靠性。因此，對裝備固體

和液體絕緣的微水含量和缺陷情況進行準確檢測，建立一套檢測方法的標準體系，可防止以次

充好的產(chǎn)品影響到裝備的安全運行，提早發(fā)現(xiàn)裝備早期故障，提高裝備運行壽命及可靠性，對

于預(yù)防絕緣事故、保障電網(wǎng)運行安全有重要的工程價值。

綜上，本標準制定后，標準內(nèi)容更加科學(xué)全面，檢測對象將更加豐富，應(yīng)用范圍更加廣泛，

為絕緣材料的太赫茲檢測開展提供有力的技術(shù)依據(jù)支持。

1.3主要工作過程

——起草（草案、調(diào)研）階段

計劃下達后，2024年1月華東電力試驗研究院開始組建標準起草工作組，初步確定工作

方案和進度安排。

標準起草過程中，基于華東電力試驗研究院有限公司（國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究

院）等項目組單位承擔(dān)及參與的《油紙絕緣纖維斷鏈及老化產(chǎn)物的太赫茲響應(yīng)機理及無損檢測

方法》（國家自然科學(xué)基金，項目批復(fù)號52377132）、《特高壓設(shè)備安全風(fēng)險與風(fēng)險評估》

2

（國家重點研發(fā)計劃，資助號2017YFB0902700）、《基于太赫茲頻段極化行為的絕緣油中老

化標志物原位檢測方法研究》（重慶市自然科學(xué)基金，立項編號CSTC2021JCYJ-MSXMX0489）、

《油浸式電力設(shè)備絕緣聚合度及老化標志物的現(xiàn)場快速檢測方法及系統(tǒng)研發(fā)》（國網(wǎng)總部項目

編碼5108-202218280A-2-361-XG）、《基于“太赫茲+”高壓電纜立體成像的無損探傷技術(shù)研

究》（國網(wǎng)總部項目編碼5500-202118134A-0-0-00）、《太赫茲無損檢測技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用》（工

信部產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展專項，TC220A04Y-1）、《基于PPLN晶體倍頻光纖耦

合光電導(dǎo)開關(guān)原理的太赫茲成像系統(tǒng)發(fā)射源》（山東省自然科學(xué)基金項目，ZR2020KF032）等

科研項目的科研成果，結(jié)合相關(guān)單位開展的大量調(diào)研、實驗數(shù)據(jù)、實際工程檢測應(yīng)用經(jīng)驗等，

通過全面的比對、梳理和歸納，起草組于2024年2月提出了工作組討論稿。

2024年3月5日，在華東電力試驗研究院有限公司組織召開了工作組會議，審議標準草

案初稿內(nèi)容，并就標準范圍、檢測方法、儀器設(shè)備及系列化討論達成一致。。

經(jīng)過與各方專家多次討論和溝通協(xié)商，工作組內(nèi)部討論達成一致后形成標準征求意見稿，

于2024年7月提交全國無損檢測標準化技術(shù)委員會公開征求意見。

1.4本標準起草單位

華東電力試驗研究院有限公司、上海材料研究所有限公司等。

1.5本標準主要起草人

等。

二、國家標準編制原則、主要內(nèi)容及及其確定依據(jù)

本項目為制定項目。

本標準為無損檢測方法標準之一，以“國際接軌、廣泛參與、合理易用、服務(wù)行業(yè)”為宗旨，

依據(jù)我國用戶需要和協(xié)商一致的原則進行編制，目的在于統(tǒng)一采用太赫茲進行檢測的技術(shù)規(guī)

范。

本標準的主要內(nèi)容包括：前言，1范圍，2規(guī)范性引用文件，3術(shù)語和定義，4方法概述，

5人員要求，6檢測系統(tǒng)和儀器，7檢測程序，8報告，附錄A（資料性）1951USFA分辨率

測試板數(shù)據(jù)表，附錄B（資料性）絕緣材料常見缺陷典型太赫茲波形圖，附錄C（資料性）絕

緣材料太赫茲檢測報告。

本標準的全部內(nèi)容，經(jīng)過標準起草組協(xié)商一致。

三、試驗（或驗證）的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟論證，預(yù)期的經(jīng)濟效益、社會

效益和生態(tài)效益

3

標準驗證內(nèi)容見附錄。

在電力系統(tǒng)的龐大網(wǎng)絡(luò)中，電氣設(shè)備與器件作為電能傳輸與轉(zhuǎn)換的基石，其運行狀況直接

關(guān)系到系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。隨著電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴張與用電需求的激增，設(shè)備承受的負荷

日益加重，對絕緣系統(tǒng)的耐久性和運行可靠性構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)。尤為顯著的是，部分高、低壓

電氣設(shè)備需在極端復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)，如空間站、航天器、航海艦船、高速列車、橋梁隧道、深

海環(huán)境及風(fēng)力發(fā)電設(shè)施等，這些環(huán)境涉及高低溫驟變、濕度極端、電氣應(yīng)力過載及物理振動等

多重因素的疊加影響，極易誘發(fā)設(shè)備內(nèi)部缺陷，加速絕緣材料老化，進而縮短設(shè)備壽命，降低

運行可靠性，甚至引發(fā)絕緣失效，危及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

面對這一現(xiàn)狀，高壓電氣設(shè)備在設(shè)計、制造及運維環(huán)節(jié)均需采取更為嚴苛的標準與措施。

盡管當前已有多種缺陷與老化檢測技術(shù)，但多局限于單一視角的定性評估，缺乏全面、在線且

無損的檢測手段。相比之下，太赫茲波中具有豐富的物理和化學(xué)信息，其檢測過程也是無接觸

無損的，自20世紀70年代起逐漸嶄露頭角，近十年來更是在多個領(lǐng)域取得了顯著的應(yīng)用進展，

包括航空航天、生物醫(yī)療、材料科學(xué)等，并開始在電氣設(shè)備復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的缺陷檢測中展現(xiàn)其

巨大潛力。

在非極性物質(zhì)特別是絕緣材料檢測方面，相比于傳統(tǒng)的檢測方法，太赫茲技術(shù)具有更高的

分辨率和瞬態(tài)性、寬帶性、穿透性、相干性以及低能性等獨特特性。它不僅可以穿透材料內(nèi)部

檢測雜質(zhì)、位錯、微烈紋、纖維分層、纖維與基體界面開裂、纖維卷曲、富膠或貧膠、孔洞、

脫較以及化等缺陷，同時由于水分子對太赫茲波的敏感吸收特性，還可應(yīng)用于絕緣材料內(nèi)部含

水量的測定，相較于傳統(tǒng)的水分含量測試方法具備快速、高效和準確的特性。

太赫茲無損檢測技術(shù)不僅符合國家提倡的新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展方向，更是推動工業(yè)領(lǐng)域特別

是電力設(shè)備檢測行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量之一。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用

的不斷拓展，太赫茲無損檢測技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為國家的經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展

貢獻更大的力量。

近些年，隨著太赫茲波理論的完善及配套設(shè)備功能的提升，該項技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域取得

了重大的突破和發(fā)展，技術(shù)基本成熟。因此有必要進一步規(guī)范太赫茲無損檢測技術(shù)在我國的發(fā)

展，著力提升該技術(shù)的技術(shù)水平。同時，可以有效填補太赫茲無損檢測技術(shù)標準在國內(nèi)的處于

空白的局面，標準編制組根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢及最新研究成果提出了標準立項和編制工作。

本次標準編制工作充分總結(jié)了當前太赫茲無損檢測技術(shù)最近研究和行業(yè)發(fā)展成果，查閱了

大量文獻和資料，提出了絕緣材料水分含量測定和缺陷檢測兩個標準方法，使該標準方法的使

用更加科學(xué)、規(guī)范和通用。

4

本標準不僅是對太赫茲無損檢測技術(shù)成果的總結(jié)，更是創(chuàng)新性的提出絕緣材料含水量測定

標準樣品制備方法流程以及標準曲線的繪制原則，同時在缺陷檢測上提出太赫茲標定和溯源方

法。這使檢測人員在面對不同的檢測場景時，更加精準地保證測試過程的進行以及測量結(jié)果的

準確性。

本標準的制定是以現(xiàn)階段主要科研成果及工程實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)厚實、技術(shù)先進、

數(shù)據(jù)全面可靠，可以得出以下結(jié)論：依據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有條件，在制定詳細的檢測流程前提下，《無

損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》在國內(nèi)可以有效實施。具體檢測及驗證報告見“國家標準

《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》驗證報告”。

本標準的制定，全面總結(jié)和創(chuàng)新了太赫茲無損檢測技術(shù)發(fā)展的最新成果，本次標準的制定

在國內(nèi)外也屬于首次制定，不僅在國內(nèi)在國際上也具有領(lǐng)先性。同時該方法標準通過大量實踐

總結(jié)而來，對檢測人員更加友好、操作性更強。標準的制定有效完善了我國的無損檢測標準體

系，是對無損檢測方法體系的有效補充，這將將進一步推動無損檢測技術(shù)的發(fā)展以及太赫茲無

損檢測行業(yè)的健康有序發(fā)展，同時符合國家新質(zhì)生產(chǎn)力的戰(zhàn)略發(fā)展要求。

本標準不涉及專利保護問題。

本標準編寫符合GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》

中有關(guān)規(guī)定。本標準制訂后有助于國內(nèi)各個行業(yè)從事無損檢測領(lǐng)域的工作者規(guī)范合理使用太赫

茲無損檢測技術(shù)，確定檢測工藝，評價和評估檢測結(jié)果，同時還會帶來巨大的經(jīng)濟效益、社會

效益和生態(tài)效益。

在經(jīng)濟效益方面。（1）標準的推出可以進一步降低無損檢測成本。作為無損檢測技術(shù)的

一項有效補充，太赫茲技術(shù)具有非接觸、非電離、高穿透性等優(yōu)點，能夠在非接觸、不破壞材

料、不使用輔助試劑的前提下進行檢測，這大大降低了在檢測過程中的材料損耗和人工成本；

（2）可通過節(jié)省生產(chǎn)制造以及使用成本帶來直接經(jīng)濟效益，通過提前發(fā)現(xiàn)事故帶來間接經(jīng)濟

效益。通過太赫茲無損檢測技術(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)并排除絕緣材料中的缺陷，提高產(chǎn)品的合格率

和質(zhì)量穩(wěn)定性，這將會帶來無法估計的直接經(jīng)濟效益。同時還可以減少由于絕緣材料事故帶來

的間接損失帶來間接經(jīng)濟效益。以電力行業(yè)為例子，全國地級及以上城市供電企業(yè)有330多家，

按每家每年500萬的事故處理成本計算，每年可帶來16余億元，經(jīng)濟效益顯著。

在社會效益方面。（1）能夠有效提高行業(yè)的整體質(zhì)量水平，減少各類事故的發(fā)生，保障

人民群眾生命和財產(chǎn)安全。絕緣材料在航空航天、電力、軍工、電器等領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要

的角色，其質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性直接關(guān)系到設(shè)備或系統(tǒng)的安全運行。標準的制定和實施能夠為

這些設(shè)備和系統(tǒng)的安全檢測提供有力的手段，從而提前發(fā)現(xiàn)并排除潛在的安全隱患，提高設(shè)備

5

和系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。標準的制訂和實施，將進一步規(guī)范檢測流程和技術(shù)要求，減少

因檢測不當導(dǎo)致的安全事故，保障生命和財產(chǎn)安全；（2）可以有效促進技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級。

標準的推出將會推動太赫茲無損檢測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)加大技術(shù)投入，

提升自主創(chuàng)新能力。這將有助于形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和產(chǎn)品，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)

的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級；（3）可以進一步增強我國在無損檢測領(lǐng)域的國際競爭力。多年以來，

對于無損檢測技術(shù)標準的主導(dǎo)和話語權(quán)基本上被歐美等發(fā)達國家所掌控。特別是隨著全球貿(mào)易

的日益緊密，技術(shù)標準的國際化已成為提升國家競爭力的重要手段。該標準的制訂將有助于提

高我國在無損檢測技術(shù)領(lǐng)域的國際話語權(quán)，推動相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)的國際化進程，增強我國在國

際市場上的競爭力。

在生態(tài)效益方面。標準的制定和推出可以進一步減少環(huán)境污染問題，與國家倡導(dǎo)的“綠水

青山就是金山銀山”生態(tài)發(fā)展觀不謀而合。傳統(tǒng)的檢測方法可能需要使用化學(xué)試劑或產(chǎn)生放射

性污染，對環(huán)境和人體健康造成潛在威脅。而太赫茲無損檢測技術(shù)無需使用有害試劑，不會產(chǎn)

生放射性污染，具有綠色環(huán)保的特點。標準的制訂將推動該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，會進一步減少環(huán)

境污染和生態(tài)破壞。標準的制訂也會進一步推相關(guān)動行業(yè)向更加高效、節(jié)能的方向發(fā)展，促進

資源的合理利用和節(jié)約。

綜上，該標準的制定和實施符合國家生態(tài)發(fā)展、高質(zhì)發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展的國家發(fā)展策略，國

家新質(zhì)生產(chǎn)力的具體體現(xiàn)。

四、與國際、國外同類標準技術(shù)內(nèi)容的對比情況，或者與測試的國外樣品、樣機

的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

本標準沒有采用國際標準。

本標準制定過程中，未查到同類國外標準、未測試國外的樣品樣機。

本標準水平為國際先進水平。

五、以國際標準為基礎(chǔ)的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國際國外標準，

并說明未采用國際標準的原因

本標準沒有采用國際標準。

六、與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標準的關(guān)系

本標準與我國的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準沒有沖突。

七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

6

八、涉及專利的有關(guān)說明

本標準不涉及專利保護問題。

九、實施國家標準的要求，以及組織措施、技術(shù)措施、過渡期和實施日期等措施

建議

建議本標準為推薦性國家標準。

建議批準發(fā)布后立即開始實施。

十、其他應(yīng)予說明的事項

無

《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》起草組

2024.08.05

7

附錄

國家標準《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》

驗證報告

2024年5月

8

1.驗證背景

根據(jù)標準內(nèi)容要求，需要對絕緣材料太赫茲檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進行背靠背試驗驗證標準范

圍、檢測程序、檢測內(nèi)容等的正確性。本次驗證所需的固體絕緣材料缺陷樣品及絕緣液體

材料水分樣品均由重慶大學(xué)根據(jù)相關(guān)標準要求規(guī)定進行制備、提供。

2.驗證內(nèi)容

1）固體絕緣材料缺陷

（1）缺陷認定

（2）缺陷類型

（3）缺陷深度

2）絕緣液體材料水分

（1）不同含水量梯度的絕緣紙板標準樣品中水分含量

（2）不同含水量梯度的絕緣油標準樣品中水分含量

3）固體絕緣材料檢測厚度

3.驗證單位

（1）重慶大學(xué)

（2）青島青源峰達太赫茲科技有限公司

（3）華東電力試驗研究院有限公司

（4）北京嘉盛智檢科技有限公司

4.驗證結(jié)論

根據(jù)標準相關(guān)內(nèi)容規(guī)定要求，經(jīng)四家驗證單位背靠背試驗驗證，得出一致結(jié)論：

1）固體絕緣材料缺陷：通過太赫茲光譜檢測系統(tǒng)可以有效檢測出固體絕緣材料中的

缺陷，能根據(jù)缺陷峰和底面反射峰判斷出缺陷類型，能檢測出缺陷距上表面的深度等位置

信息。符合并滿足標準所規(guī)定的要求。

2）絕緣液體材料水分：通過太赫茲光譜檢測系統(tǒng)測定固體絕緣材料和絕緣液體材料中

的含水量，其太赫茲光譜特征值和水分含量的線性擬合效果好，驗證樣品的預(yù)測水分含量和實

測含水量的誤差范圍在標準規(guī)定的范圍內(nèi)。符合并滿足標準所規(guī)定的要求。

3）固體絕緣材料檢測厚度：纖維素類材料除反射法檢測厚度d范圍：5㎜≤d＜6㎜外（透

射法檢測厚度大于10㎜），其他固體絕緣材料無論采用反射法還是透射法，太赫茲檢測厚度均

大于10㎜。

5.驗證報告

9

絕緣材料太赫茲檢測驗證報告的具體內(nèi)容詳見附件一、附件二、附件三。

附件一：固體絕緣材料缺陷太赫茲檢測驗證報告

附件二：絕緣液體材料水分太赫茲測試驗證報告

附件三：固體絕緣材料太赫茲檢測厚度驗證報告

10

附件一：固體絕緣材料缺陷太赫茲檢測驗證報告

重慶大學(xué)固體絕緣材料缺陷太赫茲檢測驗證報告

試驗基本信息

驗證單位重慶大學(xué)

樣品名稱固體絕緣材料缺陷試塊送樣日期2024年3月18日

1.測試試塊缺陷認定；

驗證內(nèi)容

2.缺陷深度計算。

1.顯著判斷試塊出現(xiàn)缺陷；

驗證結(jié)論

2.可以根據(jù)表面反射峰和缺陷峰的時延準確計算缺陷距表面的深度。

11

1來樣說明

本次固體絕緣材料缺陷試塊驗證計劃的依據(jù)《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》

標準。固體絕緣材料缺陷試塊的材質(zhì)為1mm普通絕緣紙板粘接而成，根據(jù)內(nèi)部添加異物

類型不同分為不同類型缺陷試塊。

（a）參考2mm紙板（b）樣品1

（c）樣品2（d）樣品3

圖1固體絕緣材料缺陷試塊

圖2太赫茲光譜儀主機及反射式測試平臺

2試驗內(nèi)容

本標準項目驗證內(nèi)容見表1。

表1驗證內(nèi)容

12

序號分析內(nèi)容

1試塊缺陷的認定

2缺陷深度的計算

3試驗過程及結(jié)果

3.1試塊缺陷認定

（1）標準要求

與參考信號比較，發(fā)現(xiàn)以下之一即作為缺陷：

a)樣品底面反射波幅值減小明顯；

b)樣品表面和底面反射峰之間存在其他反射峰；

c)樣品表面的反射峰之后出現(xiàn)反射峰，無底面反射峰。

（2）測試流程

檢測前，去除被檢測樣品表面的灰塵、油脂以及腐蝕產(chǎn)物等，避免損傷被檢測樣品的

表面。儀器開機后，將太赫茲探頭距待測樣品的距離調(diào)整至探頭景深范圍內(nèi)或焦平面處。

調(diào)整樣品或探頭位置，當信號極差值處于最大時，此時光斑位于樣品測試表面。用金屬擋

板在焦點光斑平面上各沿XY方向，緩慢遮擋待測物表面，直到觀察到信號值極值差下降

到大約1/2最大值，XY方向上金屬擋板邊緣的交叉點即為太赫茲光斑位置，將紅色激光

光斑定位太赫茲檢測位置。設(shè)置時延范圍為-21至-14，測試次數(shù)為256次，對待測樣品非

缺陷的部位進行測定，獲取被測物參考信號，多點位多次測量作為最終參考信號。對待測

樣品缺陷部位進行檢測獲取缺陷樣品信號。

13

圖3太赫茲反射式缺陷測試參數(shù)設(shè)置

（a）金屬板（b）2mm無缺陷紙板

（c）氣隙粘膠處（d）樣品1

（e）樣品2（f）樣品3

圖4太赫茲測試絕緣紙板缺陷樣品

14

10000

純金屬

8000

6000

4000

2000

amplitude0

-2000

-4000

0102030405060

T(ps)

圖5金屬板太赫茲時域反射信號

1200

2mm無缺陷紙板

1000氣隙樣品粘膠處

800

600

400

200

amplitude

0

-200

-400

0102030405060

T(ps)

圖62mm無缺陷紙板與氣隙樣品粘膠處太赫茲時域反射參考信號

15

12001200

樣品1樣品2

10001000

800800

600600

400400

200200

amplitude

amplitude

00

-200-200

-400-400

01020304050600102030405060

T(ps)T(ps)

1200

樣品3

1000

800

600

400

200

amplitude

0

-200

-400

0102030405060

T(ps)

圖7待測缺陷樣品太赫茲時域反射信號

（3）缺陷認定結(jié)果

樣品1表面和底面反射峰之間存在其他反射峰，認定為缺陷樣品；樣品2和樣品3表

面的反射峰之后出現(xiàn)反射峰，無底面反射峰，認定為缺陷樣品。

3.2缺陷深度計算

（1）標準要求

缺陷深度為被測物上表面與缺陷上表面之間的距離，缺陷深度按公式（4）進行計算。

…………（4）

式中：

d1——缺陷深度，m；

c——真空中光速；

16

Δt1——被測物上表面與缺陷上表面反射峰之間的時間延遲；

n0——被測物折射率；

θ——太赫茲探測脈沖入射角度。

（2）深度計算結(jié)果

8

c為3*10m/s，Δt1由圖7可得為樣品1為11.8067ps，樣品2為12.60667ps，樣品3

為12.49334ps，待物缺陷樣品為絕緣紙板，折射率n0約為1.7，太赫茲探測脈沖入射角度

為15°，因此θ=15°，計算可得樣品1的缺陷深度為1.0296mm，樣品2的缺陷深度為

1.0994mm，樣品3的缺陷深度為1.0895mm。

4結(jié)論

固體絕緣材料缺陷試塊經(jīng)太赫茲測試，均可以有效檢測出缺陷；均能計算出缺陷距上表面

深度。

17

附錄固體絕緣材料缺陷試塊制作流程

1.模型A：絕緣紙板脫膠缺陷

變壓器絕緣紙板由于脫膠造成的氣隙缺陷厚度從數(shù)十微米到亞毫米范圍不等。選用兩張面

積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域內(nèi)分別凃以適量

PVA膠。將另一張同樣厚度和大小的絕緣紙板覆蓋于涂膠紙板之上，兩張紙板之間即形成一

面積為31mm×37mm的脫膠缺陷。

（a）（b）

圖2絕緣紙板脫膠缺陷

2.模型B：金屬異物缺陷

選用兩張大小為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域

內(nèi)分別凃以適量PVA膠；再將0.1g粒徑為40μm的銅粉均勻撒在其中一塊紙板表面的

31mm×37mm范圍內(nèi)，隨后將兩張紙板粘接在一起，以模擬絕緣紙中的金屬異物。

（a）（b）

圖3金屬異物缺陷

3.模型C：油紙絕緣放電碳痕缺陷

選用兩張大小為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域

內(nèi)分別凃以適量PVA膠；再將0.1g粒徑為40μm的碳粉均勻撒在其中一塊紙板表面的

31mm×37mm范圍內(nèi)，隨后將兩張紙板粘接在一起，以模擬絕緣紙中的油紙絕緣放電碳痕缺陷。

18

（a）（b）

圖4放電碳痕缺陷

并采用實際2mm紙板作為對照：

圖5實際2mm紙板

19

青島青源峰達太赫茲科技有限公司缺陷樣品驗證報告

試驗基本信息

青島青源峰達太赫茲科技有限公司

驗證單位

絕緣紙板缺陷樣品

樣品名稱送樣日期2024年4月2日

1.絕緣紙板三種缺陷太赫茲波形的測定；

驗證內(nèi)容2.缺陷位置的計算；

3.缺陷的太赫茲二維成像。

1.太赫茲時域光譜可對樣品是否存在缺陷進行判定；

2.通過時域信號波形以及成像分析可以計算缺陷的位置、形狀和尺寸。

驗證結(jié)論

20

1來樣說明

絕緣紙板脫膠缺陷模擬樣品為兩張面積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，

通過PVA膠進行粘結(jié)，中間預(yù)留面積為31mm×37mm的脫膠模擬缺陷。金屬異物缺陷模

擬樣品兩張面積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，通過PVA膠進行粘結(jié)，中間

預(yù)留面積為31mm×37mm的區(qū)域，均勻涂布0.1g粒徑為40μm的銅粉。放電碳痕缺陷模

擬樣品兩張面積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，通過PVA膠進行粘結(jié)，中間

預(yù)留面積為31mm×37mm的區(qū)域，均勻涂布0.1g粒徑為40μm的碳粉。對照樣品兩張面

積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，通過PVA膠進行粘結(jié)。太赫茲光譜檢測系

統(tǒng)為青島青源峰達太赫茲科技有限公司QT-TO1000太赫茲三維層析成像系統(tǒng)。

圖1標準樣品

2試驗內(nèi)容

本標準項目驗證內(nèi)容見表1。

表1驗證內(nèi)容

序號分析內(nèi)容

1缺陷樣品波形

2缺陷位置計算

3缺陷二維成像

21

3試驗過程及結(jié)果

3.1絕緣紙板三種缺陷太赫茲波形的測定及缺陷判定

（1）標準要求

與獲得的參考信號比較，發(fā)現(xiàn)以下之一即作為缺陷：

a)樣品底面反射波幅值減小明顯；

b)樣品表面和底面反射峰之間存在其他反射峰；

c)樣品表面的反射峰之后出現(xiàn)反射峰，無底面反射峰。

（2）時域光譜檢測儀：QT-TO1000。

（3）測試方法及測試結(jié)果：

采用反射模式，設(shè)置采樣頻率25Hz，掃描范圍180ps。獲取空氣中太赫茲時域波形后，

測定對照樣品（無缺陷樣品）獲得參考信號，測試過程如圖2所示。圖3中（a）-（c）分

別為各樣品的測試結(jié)果與參考信號的對比圖。

圖2測試過程

（a）氣隙缺陷（b）金屬缺陷

22

（c）碳痕缺陷

圖3.不同缺陷紙板的太赫茲時域信號與參考信號的對比

通過缺陷太赫茲時域波形中反射峰的分布和位置以及與參考信號的差異，確定缺陷：（a）

缺陷符合“樣品表面和底面反射峰之間存在其他反射峰”缺陷的認定原則；（b）和（c）缺陷

符合“樣品表面的反射峰之后出現(xiàn)反射峰，無底面反射峰”的認定原則。根據(jù)標準的缺陷認定

原則可以判斷樣品中是否存在缺陷。

3.2缺陷位置的計算

（1）標準要求

缺陷深度為被測物上表面與缺陷上表面之間的距離，缺陷深度按公式（1）進行計算。

……（1）

式中：

d1——缺陷深度，單位為微米（μm）；

c——真空中光速，數(shù)值為299792458m/s；

Δt1——被測物上表面與缺陷上表面反射峰之間的時間延遲，單位為皮秒（ps）；

n0——被測物折射率；

θ——太赫茲探測脈沖入射角度，單位為度（°）。

（2）測試方法及測試結(jié)果

三種預(yù)置缺陷的反射太赫茲時域光譜如圖4（a）—（d）所示：

23

（a）2mm無缺陷板（b）氣隙缺陷

（c）金屬缺陷（d）碳痕缺陷

圖4.不同缺陷紙板的太赫茲時域信號

采用垂直入射的方式對樣品進行測試，因此缺陷深度可變換為公式（2）進行計算：

………（2）

各缺陷深度的計算結(jié)果如下表所示：

表2各缺陷樣品的缺陷深度計算

上表面反射峰缺陷上表面反時間延遲差，Δ

缺陷類型紙板折射率缺陷深度/mm

時刻，t1/ps射峰，t2/pst/ps

氣隙缺陷41.506553.99212.44851.71.098

金屬缺陷45.6266757.611.973331.71.056

碳痕缺陷42.3066754.6412.333331.71.088

按照標準規(guī)定的方法可定量缺陷深度信息，由于空氣隙缺陷反射峰的上表面和下表面未分

離，因此按照標準的規(guī)定，缺陷厚度表述為“缺陷厚度小于30μm”。

24

3.3缺陷的二維掃描成像

（1）標準要求

根據(jù)所標記的輪廓范圍設(shè)置掃描區(qū)域，掃描區(qū)域的設(shè)定應(yīng)大于目標待測區(qū)域的尺寸。根據(jù)

成像分辨率的需求確定掃描步長，其數(shù)值應(yīng)不大于橫向成像分辨率的1/3。如樣品表面為曲面，

則需要建立被測物表面的數(shù)據(jù)模型，并導(dǎo)入相應(yīng)的掃查裝置控制軟件中，通過自動掃查裝置對

曲面進行掃描成像。

（2）測試方法及測試結(jié)果：

采用二維掃描平臺，設(shè)定掃描步長，對缺陷區(qū)域進行二維掃描成像成像后的圖像如下圖所

示。

（a）氣隙

（b）金屬

25

（c）碳痕

圖6不同缺陷紙板的成像圖

圖6中為時域信號強度成像，右側(cè)刻度為強度值，可以看出，太赫茲時域光譜成像技術(shù)可

以清晰區(qū)分正常和缺陷區(qū)域，顯示缺陷區(qū)域的位置、形狀和尺寸。通過對比強度值，可以看出

金屬區(qū)域反射信號強度大于碳痕區(qū)域。

4結(jié)論

按照標準的要求，通過太赫茲光譜檢測系統(tǒng)可以判斷缺陷的存在，并對位置等信息進行精

確檢測和計算。

26

華東電力試驗研究院有限公司缺陷樣品驗證報告

試驗基本信息

華東電力試驗研究院有限公司

驗證單位

樣品名稱固體絕緣材料內(nèi)部缺陷標準試塊送樣日期2024年04月24日

1.分析試樣的化學(xué)成分和缺陷信息；

2.測試不含缺陷的試塊的太赫茲信號；

驗證內(nèi)容

3.測試缺陷試塊的太赫茲信號；

4.計算缺陷深度；

1.試塊材質(zhì)化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)符合要求；

2.無缺陷的標準試塊經(jīng)太赫茲反射式時域光譜測試，除前、后表面反射峰外，

未出現(xiàn)任何反射峰，且通過太赫茲光譜計算樣品厚度為2mm，與理化測量方法

結(jié)果一致；

驗證結(jié)論

3.含有缺陷的標準試塊經(jīng)太赫茲反射式時域光譜測試，在原來前、后表面反

射峰之間，出現(xiàn)了缺陷反射峰；

4.通過太赫茲光譜計算缺陷深度為1mm，與理化測試結(jié)果一致；

27

1來樣說明

本次缺陷試塊驗證計劃的依據(jù)《無損檢測絕緣材料太赫茲檢測方法》標準。試塊的

材質(zhì)為電力用絕緣紙板。本次測試使用萊儀特太赫茲（天津）科技有限公司生產(chǎn)的太赫茲

反射式時域光譜儀。

圖1反射式太赫茲時域光譜測試平臺

2試驗內(nèi)容

本標準項目驗證內(nèi)容見表1。

表1驗證內(nèi)容

序號分析內(nèi)容

1分析試樣的化學(xué)成分和缺陷信息

2測試不含缺陷的試塊的太赫茲信號，對試樣的結(jié)構(gòu)進行分析

3測試含有缺陷試塊的太赫茲信號，判斷是否存在缺陷

4計算缺陷深度

28

3試驗過程及結(jié)果

3.1測試試塊的具體信息

(1)無缺陷的2mm紙板：

無缺陷的試樣是來自于魏德曼的2mm后絕緣紙板，折射率為1.7左右，如下圖所示。

圖2實際2mm紙板

(2)氣隙缺陷的試塊

變壓器絕緣紙板由于脫膠造成的氣隙缺陷厚度從數(shù)十微米到亞毫米范圍不等。選用兩張面

積為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域內(nèi)分別凃以適量

PVA膠。將另一張同樣厚度和大小的絕緣紙板覆蓋于涂膠紙板之上，兩張紙板之間即形成一

面積為31mm×37mm的脫膠缺陷。

(a)內(nèi)部構(gòu)造剖面

(b)完整樣品形態(tài)

29

圖3氣隙缺陷的絕緣紙板

(3)金屬異物缺陷的試塊

選用兩張大小為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域

內(nèi)分別凃以適量PVA膠；再將0.1g粒徑為40μm的銅粉均勻撒在其中一塊紙板表面的31mm×

37mm范圍內(nèi)，隨后將兩張紙板粘接在一起，以模擬絕緣紙中的金屬異物。

(a)內(nèi)部構(gòu)造剖面

(b)完整樣品形態(tài)

圖4含有金屬異物缺陷的絕緣紙板

（4）油紙絕緣放電碳痕缺陷

選用兩張大小為81mm×37mm，厚度為1mm的絕緣紙板，在表面兩側(cè)寬度為25mm區(qū)域

內(nèi)分別凃以適量PVA膠；再將0.1g粒徑為40μm的碳粉均勻撒在其中一塊紙板表面的

31mm×37mm范圍內(nèi)，隨后將兩張紙板粘接在一起，以模擬絕緣紙中的油紙絕緣放電碳痕缺陷。

(a)內(nèi)部構(gòu)造剖面

30

(b)完整樣品形態(tài)

圖5放電碳痕缺陷的絕緣紙板

3.2測試不含缺陷的試塊的太赫茲信號

本次測試采用太赫茲時域光譜儀，反射式對試樣進行測試，如下圖所示。儀器發(fā)射一個太

赫茲波，太赫茲波在樣品多個界面處會發(fā)生折反射，接收探頭記錄反射回來的太赫茲波，得到

該塊試樣的太赫茲時域波形。本份報告的所有試樣均采用該中測量方式，報告的其余地方不再

贅述。

圖6反射式測試固體絕緣示意圖

完整的2mm絕緣紙板和粘接良好(用2塊1mm粘接)的2mm紙板的太赫茲時域光譜圖如

下所示。從圖中看出只要是無缺陷的絕緣樣品，太赫茲透過樣品僅會存在兩個反射峰，Peak

1是太赫茲波到達樣品上表面進行反射，Peak1是太赫茲波穿透樣品后在樣品的下表面發(fā)生界

面反射。且兩個反射峰的位置相距24ps，儀器反射入射角度約為30°。根據(jù)標準中公式(10)

計算，紙板約為2mm厚，與物理測量結(jié)果相符。

31

Peak1Peak2

太赫茲時域光譜幅值(a.u)

2mm絕緣紙板

膠水粘接完好的2塊1mm紙板

-250-240-230-220-210-200

時間(ps)

圖7無缺陷樣品的太赫茲時域光譜

3.2測試氣隙缺陷的試塊的太赫茲信號

測試缺陷部位和無缺陷部位的2mm紙板的太赫茲時域光譜圖如下所示。從圖中看出無缺

陷的絕緣樣品，太赫茲透過樣品僅會存在兩個反射峰，Peak1和Peak2。而有氣隙缺陷的部

位在兩個特征峰之間出現(xiàn)了第三個反射峰Peak3，這是由于太赫茲在缺陷處發(fā)生界面反射。P

eak1和Peak3相位相距12ps，根據(jù)標準中公式(10)計算，缺陷深度約為1mm，與物理測量

結(jié)果相符。

Peak3

Peak1Peak2

太赫茲時域光譜幅值(a.u)非導(dǎo)通缺陷部位

無缺陷部位

-250-240-230-220-210-200

時間(ps)

圖8含有氣隙缺陷的樣品的太赫茲時域光譜

32

3.2測試金屬缺陷的試塊的太赫茲信號

測試缺陷部位和無缺陷部位的2mm紙板的太赫茲時域光譜圖如下所示。從圖中看出無缺

陷的絕緣樣品，太赫茲透過樣品存在兩個反射峰，Peak1和Peak2，且兩個特征峰相距25ps，

計算滿足紙板厚度2mm。而有金屬缺陷的部位也有2個反射峰，Peak1和Peak3。但反射峰

Peak3相位距離前表面Peak1更近。這是由于太赫茲波在缺陷界面發(fā)生了反射，但無法穿透

該部分，所以沒有太赫茲波到達紙板下表面。Peak1和Peak3相位相距12ps,根據(jù)標準中公

式(10)計算，缺陷深度約為1mm，與物理測量結(jié)果相符。

Peak3

Peak2

Peak1

太赫茲時域光譜幅值(a.u)

導(dǎo)通缺陷(金屬)部位

無缺陷部位

-250-240-230-220-210-200

時間(ps)

圖9含有金屬缺陷的樣品的太赫茲時域光譜

3.3測試碳痕缺陷的試塊的太赫茲信號

測試缺陷部位和無缺陷部位的2mm紙板的太赫茲時域光譜圖如下所示，圖譜與金屬缺陷

的光譜類似。