换流变压器是特高压直流输电系统最重要的设备之一,其运行可靠性和稳定性直接影响整个直流输电系统的正常运行。虽然换流变压器出厂前都通过了试验考核,但在运输和安装过程中可能造成损伤,且更高电压等级、更大容量的换流变压器可能需要现场组装,必须在现场对换流变压器的绝缘性能进行严格的考核。冲击耐压试验是绝缘考核的主要方法之一,存在的主要问题是现有的故障诊断方法灵敏度有限,难以判断微小故障和故障类型,现场检修十分困难。换流变压器故障情况的试验数据不足,难以深入研究故障诊断方法,而利用换流变压器模拟故障进行试验研究周期长、代价高,且有效数据不易获取。因此,根据换流变压器结构,设计缩比模型并建立合理的仿真模型模拟不同故障情况,研究冲击耐压下的故障诊断方法,为换流变压器冲击电压下故障诊断提供参考依据,具有重要的理论和工程应用价值。利用仿真模拟故障研究诊断方法的关键在于仿真模型能否反映换流变压器绕组的电气特性。目前,绕组冲击电压下的仿真模型主要有集中参数模型、分布参数模型和集中-分布参数混合模型,主要用于研究雷电冲击下绕组的电压分布、高频脉冲信号在绕组中的传播过程等,但由于测量困难,对于大型变压器的仿真结果缺乏试验验证,模型的准确性难以确认。针对上述问题,本文基于相似理论设计制造了换流变压器的缩比模型,模拟不同绕组故障进行冲击耐压试验研究,并建立了改进分布参数模型,对不同故障情况进行仿真研究,提出了基于学习矢量量化网络的故障诊断方法。本文的研究成果可为特高压换流变压器冲击耐压试验的故障诊断提供参考,主要内容及取得的成果如下：(1)建立了双绕组多导体传输线模型和改进的分布参数模型。对绕组分布参数进行了求解,推导了分布参数矩阵的简化方法。以一个内屏蔽式绕组为例进行了雷电冲击下绕组电压分布仿真计算,研究了副边绕组对原边绕组电压分布的影响,对两种模型的计算结果进行对比分析。(2)根据相似理论对换流变压器的缩比公式进行了推导,以简化的双绕组变压器模型为例,设计缩比模型,对缩比模型和原模型在相似激励下的电场和磁场分布进行仿真研究,利用MTL模型计算缩比模型与原模型在相似冲击电压下的绕组电压波形,结果表明缩比模型和原模型的计算结果误差在5%以内,验证了缩比公式的有效性。设计制造了比例约为1/5的具有特高压换流变压器绕组典型结构的缩比模型。(3)在换流变压器缩比模型上利用抽头引出线模拟故障情况,进行冲击耐压试验研究。通过试验测量了雷电冲击下和操作冲击下的绕组电压分布；模拟匝间金属短路、匝间间隙放电和对地短路等故障,获得了典型故障情况下的绕组首端电压和中性点电流波形,并对不同故障下的波形特点进行了对比分析。结果表明雷电冲击下,短路匝数较少时难以通过电压电流波形判断是否发生故障,也无法判断故障类型。(4)对模拟故障情况下的试验数据进行分析,结果表明传递函数分频段的相关系数可以表现故障特征。在故障数据中随机选取训练样本和测试样本,利用遗传算法对学习矢量量化网络的初始权值向量进行优化,然后利用训练样本对学习矢量量化网络进行训练,训练完成后利用测试数据进行测试,除去难以分辨的短路1匝故障,正确率达到98.2%,验证了故障诊断方法的有效性。(5)根据缩比变压器的结构尺寸建立仿真模型,计算了冲击电压下的绕组电压波形,与试验波形进行了对比分析,验证了仿真模型的有效性。利用此模型模拟了更全面、差异更小的故障数据,利用模拟间隙放电故障的仿真数据对优化后的学习矢量量化网络进行训练与测试,诊断结果完全正确,表明所提出的诊断方法可以有效的判断不同故障类型。