随着全球能源互联网的发展,对建设坚强智能电网的需求日益扩大,如何保证电力系统和电力装备的稳定性和可靠性一直是电力科技领域的研究热点。电力变压器是电力系统中至关重要的输变电设备,而绕组变形是引起变压器内部故障的主要原因之一,如何检测变压器运行过程中的绕组变形,跟踪绕组状态,在其出现严重变形故障之前做出预警是亟待解决的关键科学技术问题。长期以来,频率响应分析法是我国变压器制造厂家和电力公司进行绕组变形检测遵循的基本方法,其在多个案例中确实检测出绕组严重变形,预防了重大停电事故的发生,但该方法的实施必需变压器停运,离线技术已不能满足电气设备状态在线检测与智能诊断的发展趋势。而对变压器绕组变形故障的在线或带电检测工作,其可提供的测试数据具有非常重要的指导作用,在线、及时、准确地获得绕组变形的情况,为变压器的运行提供参考指标,有针对性地开展变压器状态检修和维护工作,在变压器事故快速鉴别、变压器抗短路能力评估等方面具有广阔的应用前景。因此,研究变压器绕组变形故障在线或带电检测与诊断技术,对于推进我国智能电网中变压器状态评估的发展与应用有着特别重要的现实意义。本论文提出并研究了基于脉冲耦合注入的变压器绕组变形故障检测方法,并尝试将该方法运用于运行电力设备开展带电测试。说明了方法的基本原理,探索注入激励脉冲的关键参数选择依据;研制检测故障的装置,并开展性能测试;通过建立计及套管耦合回路的变压器绕组等值集总参数电路模型,探索耦合回路对在线频率响应的影响;开展验证性测试,并将检测装置安装于运行电力设备采集数据,初步分析了电磁干扰源对测量的影响并提出抑制措施;根据测试反馈,提出基于短时Fourier变换和多尺度复连续小波变换的脉冲频率响应曲线获取方法,优于传统快速Fourier变换;开展变压器绕组故障模拟试验测试,研究基于支持向量机的绕组变形故障诊断识别方法。论文取得的主要成果有:(1)对注入激励脉冲的类型及关键参数进行选择,纳秒方波脉冲波形不随负载扰动发生较大改变,适合成为检测激励源,并推荐纳秒脉冲宽度和前沿分别不超过800 ns和100 ns,脉冲幅值不低于600 V,且增大幅值可提高信噪比。巧妙利用套管结构设计了套管电容耦合传感器,利用有限元仿真和耐压试验测试证实传感器的安装不影响套管正常运行;设计信号在线注入/测量电路,注入电路实现激励信号无损传输,且滤除工频高压,防护检测装置,测量电路在线采集变压器绕组响应电压信号,且满足频率响应分析频带要求;基于FPGA开发便携式绕组变形故障检测仪,具备可调脉冲发生、双通道信号采集、数据后处理等多项功能。(2)建立计及套管耦合回路的变压器绕组等值在线电路模型,利用阻抗关系解释在线频率响应曲线的形态特征,指出曲线的低频段反映耦合回路特性,而中高频段仍然反映绕组特性,指导实际工作需要确定关键的频率区分点;分析耦合电容变化和套管绝缘击穿故障对在线频率响应的影响,结果表明两者均引起频响曲线上下方向偏移,可用于区分套管耦合回路故障和绕组变形故障,并推荐曲线谐振峰谷频率变化作为诊断指标。(3)通过变压器离线测试证实脉冲频率响应曲线能够反映绕组的健康和故障状态,通过变压器加压测试实例证实检测方法和装置的安全性,通过变压器加压重复性实验证实检测方法在引线固定后的重复性较高,为该方法的实际应用奠定基础。将检测方法应用于750 kV高压并联电抗器绕组故障的检测中,通过离线测试和故障模拟测试证实该方法的可行性和有效性,最终首次将检测装置安装于运行的750 kV高压并联电抗器,初步实现了检测方法的实际应用。简要分析了电磁干扰源对测量的影响,并提出抑制干扰的硬件和软件措施。(4)利用短时Fourier变换处理变压器暂态检测信号,得到脉冲频率响应曲线相比FFT方法清晰度更高,但也指出该方法本质更适合处理次稳定信号;进而研究利用复连续小波变换从暂态信号获取脉冲频率响应曲线,构造的暂态信号仿真和变压器等值电路模型仿真表明,由小波变换得到的频率成分较FFT方法更接近实际频率成分。通过变压器实验表明,由小波变换得到的脉冲频率响应曲线较FFT方法更接近绕组扫频频率响应曲线,且曲线受噪声影响较小,利于实际绕组变形故障诊断。(5)开展变压器绕组变形故障模拟试验测试,分析绕组饼间短路、辐向变形和饼间间距变化三种故障模式对脉冲频率响应曲线形态特性的影响。分别提出以频率响应的有效极值点的频率变化和分频段均方误差指标构造故障诊断特征参量,利用支持向量机算法识别绕组变形故障类型,分析表明,使用两种特征参量,10组测试样本的总体识别准确率分别为78.1%和83.3%,均取得较满意的结果。