随着我国水电事业的迅速发展，水轮发电机组（以下简称水电机组）装机容量和单机容量越来越大，其发电量在电力系统中所占比例越来越高，水电机组的稳定运行对电网的安全和经济运行也日趋重要。然而，长期以来水电站仍然采用按计划定期进行小修、中修、大修的维修体系，这样的计划维修存在着过维修与维修不足等缺陷，伴随着巨型水电机组的大量涌现，目前维护体系的弊端逐渐显现。为了提高维修的针对性，确保水电站能安全、经济、长期、稳定的运行，适用于水电机组的状态监测与故障诊断系统的研究与开发任务迫在眉睫，这既是水电站智能化运行发展的方向，又对电力行业乃至整个国民经济具有及其重要的意义。本文围绕水电机组状态监测与故障诊断问题进行了研究，并针对行业内现阶段尚无能够满足智能化水电厂要求的状态监测与故障诊断系统的现状，在水电机组状态监测的基础上，完成了水电机组故障诊断系统的设计与开发，为水电厂全厂级的状态检修提供了坚实的基础。本文首先对行业内的水电机组在线监测与故障诊断已有研究工作进行了总结，论述了故障诊断系统对于水电机组的重要意义，并详细分析了故障诊断的研究现状及其发展趋势。随后介绍了本系统状态监测的原理及方法，在此基础上研究并设计了针对机组振动故障以及水轮机汽蚀故障的故障诊断系统。通过在松江河、白山电站的现场安装、调试、运行以及实际数据的验证，证明了该系统的可行性，所得结果对于全厂的状态检修具有重要的指导意义。最后，文章总结了论文研究成果，探讨了系统中尚待改进的问题，对下一步的研究工作进行了展望。