近年来,高速铁路凭借高速、舒适和强大的运输能力已成为目前中国最主要的交通运输方式之一。牵引供电系统是确保高速列车能够快速稳定运行的基础,AT(Autotransformer,AT)供电系统具有牵引网阻抗小、供电距离长等优点,是我国高速铁路主要的供电方式,其中牵引变压器和自耦变压器是AT供电系统最为昂贵、数量最为庞大的设备之一。牵引供电系统时常面临短路故障、直击雷过电压与谐振过电压等故障,导致变压器绕组面临较大的冲击,甚至变形或损毁,频率响应法是目前应用最为广泛的电力变压器绕组变形诊断方法,受变压器类型和绕组结构差异的影响,高铁变压器与电力变压器频率响应特征差异显著,且高铁变压器对绕组变形测试精度要求更高,简单将电力变压器诊断标准用于高铁大型变压器缺乏针对性和有效性。因此,研究具有针对性的、可靠的高速铁路大型变压器绕组状态诊断方法,对于保障高速铁路安全可靠运行具有重要意义。本论文针对高速铁路大型牵引变压器和自耦变压器,依据“故障特征解析—试验平台搭建—频率响应建模—特征提取—故障诊断方法”的研究路线,开展了高速铁路大型变压器的绕组变形故障诊断研究,主要工作包括:1)基于有限元分析方法和现场试验,解析得到V/X接线牵引变压器和自耦变压器辐向分裂绕组在发生短路冲击故障时,各个绕组的短路受力与故障模式,研究明确了故障下绕组分布电感和电容等主要特征参数变化规律;同时设计了能够模拟多种绕组故障的变压器试验平台,实现了典型变压器接线下绕组不同故障时的频率响应测试。2)针对牵引变压器和自耦变压器,采用有限元分析和状态空间模型,建立了考虑辐向分裂三绕组间所有线饼间分布电容的频率响应数学模型,有效提高计算效率与精度;同时提出了结合实测曲线的绕组频变电感的计算方法,进一步提高绕组频率响应中关键谐振频率的计算精度。3)根据建立的频率响应数学模型,解析得到牵引变压器和自耦变压器绕组发生轴向移位和径向变形时的频率响应特征,结果表明三绕组变压器频率响应曲线变化特征与双绕组变压器有明显区别,并提出通过关键谐振点来诊断V/X接线绕组和辐向分裂绕组故障的方法。4)结合相频曲线和图像处理方法,提出了分频段下频率响应曲线的面积占比和质心偏移特征计算方法,其中面积占比差可以确定主要故障频段,质心偏移能够量化各频段内的曲线偏移情况,应用所提出的特征有效地进行了自耦变压器故障绕组和故障类型的区分。5)研究了基于图像特征和支持向量机的高速铁路大型变压器绕组故障类型和故障位置识别方法;通过变压器绕组变形试验平台,开展了移位故障、径向变形、短路故障和纵向等值电容变化故障测试;通过提出的分频段方法,提取了不同频段下对应的面积占比和质心偏移两种图像特征,提出了采用支持向量机的绕组故障智能诊断方法,并验证了方法的有效性。