【摘 要】电力变压器属于电力系统的关键装置，其工作状况直接关系到电网的安全和稳定，传统依靠单一数据源的诊断方法存在局限，很难精确找出早期隐含的故障。随着在线监测技术和智能算法的进步，融合多源数据的方法渐渐变成电力变压器故障诊断的热门研究领域。文章全面剖析了变压器常见的故障机理及其对应的特征信号，论述了多源数据的采集途径，预处理和特征提取方式，探究了数据层、特征层以及决策层的多种融合策略。

【关键词】电力变压器；多源数据融合；故障诊断；在线监测；智能运维

引言

变压器是电力系统中的枢纽设备，承担着电压等级变换、电能输送等重要功能，其可靠运行对电网的稳定和供电安全至关重要。随着电网规模的不断扩大、负荷的日益复杂以及新能源接入等因素的影响，变压器在运行过程中所处的工作应力及故障风险显著增加，导致一次或重大损伤不仅造成长时间停电，而且维修费用高昂。传统的基于周期性的离线测试与人工巡检方式，已逐渐暴露出检测盲区、时效性差、对微弱迹象不敏感等问题。近年来，在线监测技术和智能算法的发展，使早期诊断成为可能，特别是通过采集和融合电、气、温、声、振等多源异构数据，实现多维信息的多维感知和交互验证，提高了故障诊断的准确率和提前量。因此，融合多源数据的智能诊断方法正逐步成为状态评估的主流方向，借助大数据、人工智能及数字孪生等技术，不仅实现了对变压器健康状态的实时精准画像，还能预测绝缘老化趋势与剩余寿命，为电力系统的智能运维和资产全生命周期管理提供革命性的技术支撑[1]。

一、电力变压器故障机理与特征

变压器故障并非单一物理过程，而是热、电、机械与化学过程相互作用的结果。例如，局部放电会引发电介质局部加热并产生分解气体，长期热应力会加速绝缘纸的老化并改变油中的溶解性产物，机械应力则可能导致绕组移位或接触不良，从而改变电气特性并产生额外振动。不同故障类型在不同传感通道上留下各自的“指纹”——电流/电压波形与谐波谱、局放的高频脉冲与相位分布、油中溶解气体的种类与浓度比、温度场的局部升高、声学/振动的能量与频谱特征等[2]。

（一）常见故障类型

常见的变压器故障类型包括：局部放电，多见于绝缘缺陷、气泡或固体污染点；绕组间或匝间短路、绕组变形/移位，通常由短路冲击、机械振动或制造缺陷引起；绝缘热老化与过热，长时间高温运行或局部热点会导致纸的绝缘性能下降；油中污染与水分、酸值增高，会降低油的绝缘与散热能力；接线端子、套管与分接开关故障，包括接触不良、接触磨损或换向故障；电弧或闪络故障，产生剧烈高能放电并伴随气体剧增[3]。

（二）各类故障的物理机理

局部放电的物理机理源于局部电场增强，当局部电场超过气隙击穿阈值时发生短时放电，产生高幅值短脉冲的电磁信号、声学冲击以及局部化学分解；绕组匝间短路或部分短路会改变磁路与漏磁分布，导致电流不平衡、谐波增生及局部过热；热老化主要由高温促进绝缘材料分子链断裂与化学交联，引起纸绝缘强度降低及产物的生成；机械冲击或长期振动可使绕组发生微位移或松动，进而在运行中产生摩擦、碰撞噪声并影响电气接触；电弧和闪络通过高温使油快速热解并生成特征性轻烃，同时产生局部机械破坏和电磁冲击[4]。

（三）不同数据源对应的特征信号

变压器故障诊断所依赖的主要数据源包括：相电流、相电压、零序/中性电流、励磁电流及其瞬态分量等电气信号，这些信号可反映匝间短路、绕组变形或接触不良等问题，常用时域瞬态分析、谐波分析与时频分析提取特征；局部放电检测依赖高频电流互感器、特高频天线或超声传感器，输出为高频脉冲序列，常用指标包括脉冲幅值分布、重复率、相位相关分布及能量谱；油中溶解气体分析提供化学诊断信息，不同气体及其比例对判别放电类型、热裂解或弧光尤为关键；热成像/温度监测输出温度场分布与热点位置，是检测过热与散热异常的直接手段；声学与振动传感器捕捉机械冲击、松动或局放产生的声发射，常结合频谱与包络分析以定位故障源。