为保障电力变压器安全可靠运行,需要制定动态检修策略,并量化故障带来的风险,开展变压器铁心与绕组机械状态在线监测具有重要意义。为了更好地实现振动分析法在变压器机械故障诊断中的应用,本文以一台型号为SC-30/10.5干式变压器和对应的试验样机为研究对象,开展理论分析、仿真建模、实验测试、特征提取、故障分类和在线诊断等方面研究,论文主要研究内容如下:从变压器铁心与长圆形绕组的受力展开研究,对叠片铁心的磁致伸缩力与麦克斯韦力进行受力分析,建立长圆形绕组辐向和轴向振动数学模型。建立变压器三维振动仿真模型,进行电场-磁场-结构力场的耦合计算;通过改变铁心和长圆形绕组的边界条件与几何参数实现变压器铁心松动、绕组松动和翘曲故障的仿真,通过对变压器铁心和绕组进行电磁场、振动特征分布和振动频谱图的分析发现,振动特征分布提取是变压器机械故障表征的关键,为后续变压器铁心与长圆形绕组机械故障诊断奠定了基础。过电压下的变压器铁心松动故障诊断。测试了变压器上铁心轭面上不同方向的振动信号,从振动熵、时域、频域及振动分布角度分析上铁心轭面振动特性规律,选择搭叠区与非搭叠区振动幅值最大的点作为松动故障诊断测点。分析预紧力对铁心不同方向振动的影响,将面外法线方向振动幅值与过电压相结合作为故障特征,实现对铁心正常、轻微松动与严重松动的诊断,对准确诊断铁心松动故障有实际意义。针对长圆形绕组稳定性差、易发生位移和变形的问题,提出一种基于灰狼优化算法的变压器长圆形绕组机械故障诊断的方法。对变压器样机的绕组进行正常、松动以及翘曲三种状态试验,获取薄弱位置点的小波包能量特征,采用灰狼算法优化支持向量机参数对变压器长圆形绕组机械状态的诊断,最终优化后的诊断综合准确率达到90%,提出的基于灰狼算法的机械故障诊断方法具有所用样本点少、准确率高的优点,为准确评估长圆形绕组机械状态提供可行性方案。