电力变压器是输变电装备中最重要和最昂贵的设备之一,其运行可靠性对整个电网安全运行起至关重要的作用。电力变压器由于绝缘缺陷引起击穿的严重事故会带来巨大的停电损失,并产生较大的维修费用。因此,研究电力变压器绝缘故障诊断具有十分重要的意义。本文结合实际中电力变压器绕组环氧树脂绝缘出现微气泡缺陷的情况,利用电子显微切片分析,构建了与实际相符合的变压器绕组固体绝缘微气泡物理模型,通过对物理模型的仿真分析计算,研究固体绝缘微气泡在变压器绕组额定电压条件下电压降的变化形式,并结合气泡放电理论,分析了微气泡产生局部放电(PD)的条件;对构建的电力变压器绕组试品,采用逐步升压法和长期老化试验,结合局部放电脉冲电流法(IEC60270标准)和超高频(UHF)检测法,获取了大量的实验样本,针对局部放电时域信号的特点,研究了适用于局部放电信号检测的去噪算法;根据大量表征试品不同老化阶段的局部放电数据,研究了固体绝缘微气泡的老化特性;利用Weibull分布统计分析,得到了变压器绕组环氧树脂材料中微气泡缺陷下的寿命预测曲线或经验寿命预测公式,为最终建立电力变压器寿命评估奠定了理论和试验基础。取得的主要创新性成果有:①对变压器绕组试品的固体绝缘微气泡缺陷进行电子显微镜切片分析,首次构建出了绕组绝缘微气泡放电计算模型,用Ansoft Maxwell 2D电磁场仿真软件计算出了集中在气泡上的电场强度,得到了不同大小、形状、位置的起始放电电压,结合气体放电理论的巴申定律,给出了微气泡产生局部放电的条件,用实验验证了仿真结果的正确性。②首次构建出电力变压器绕组固体绝缘微气泡缺陷模型和试品,搭建了相应的试验研究装置,提出了用逐步升压法和长期老化法研究电力变压器绕组老化特性的试验流程,试验得到了试品的初始放电电压PDIV、击穿电压BV和四个电压等级下的老化时间,证明了绕组绝缘存在不同尺寸微气泡会产生不同大小的局部放电,提出了反映绕组绝缘各个老化阶段的局部放电特征量,为研究微气泡局部放电的电力变压器绕组的老化特性提供了试验和方法的支持。③根据局部放电检测中存在白噪和周期性窄带干扰的特点,提出一种基于复小波变换抑制局部放电检测的去噪算法,采用普通阈值和渐进式SURE阈值处理方法,得到了局部放电信号最佳去噪效果;同时,结合去噪前后对局部放电波形的定量综合评价,得出用复小波变换的WTR简单信息具有最强提取局部放电信号幅值的能力,而WTRI复合信息具有最强提取局部放电信号相位的能力。④通过对绕组绝缘微气泡产生的局部放电放电量(qn)和相位谱图(PRPD)特征量分析,得出在逐步升压试验过程中,局部放电放电量的变化趋势可分成3个阶段,PRPD表现出6种典型的模式;而在长期老化试验过程中,局部放电放电量的变化趋势分2个阶段,与逐步升压法PRPD类似。因此,作者提出用逐步升压法作为变压器绕组微气泡绝缘缺陷的老化试验方法,以局部放电量和相位谱图特征量作为其老化寿命评估特征量。⑤在逐步升压法试验中,随着试验电压升高,微气泡放电的超高频成分逐渐增多;在长期老化试验中,随着老化时间增加,用UHF法检测的局部放电信号相位谱图信息比用脉冲电流法检测的局部放电信号相位谱图信息更加丰富。但研究发现,UHF检测法的灵敏度要低于脉冲电流法,且放电量与UHF检测的放电电压幅值不完全存在对应关系。因此,在对现场的电力变压器局部放电检测诊断中,应综合脉冲电流法和UHF检测结果。⑥电力变压器绕组试品的局部放电试验结果服从二参数Weibull统计分布,构建了用于微气泡缺陷导致的绕组固体绝缘老化的Weibull-分段寿命预测模型,对含有微气泡缺陷的绕组固体绝缘寿命进行了推断预测,得到出在额定电压等级下,电力变压器绕组试品寿命远远大于设计要求。假设设计寿命为40年,提出了用具有99%的可靠性运行时间( T9 9%)来进行试验验证。