电力变压器作为电力系统中电压变换、电能分配及传输的核心设备,其正常运行是保证电力系统安全、可靠、稳定运行的关键。变压器一旦发生事故将造成巨大经济损失,甚至导致严重的社会影响。为此,深入理解变压器的故障机理,有效地诊断和评估变压器内部潜伏性故障,对于预防和降低故障的发生几率,保障电力系统的可靠运行,具有十分重要的理论意义和现实价值。尽管目前已有多种基于油中溶解气体分析(DGA)的故障诊断方法,但电力变压器本身是一个十分复杂的系统,其内部绝缘故障的发生往往是多种类型的复合呈现,故障信息间也具有不确定性和模糊性特征。而且,绝缘裂化的物理化学过程尚不清楚,故障产气机理不够明晰,这是限制现有诊断方法仅能识别几种故障类型而无法更加细化地评估故障严重程度的重要原因之一。实际中变压器内部潜伏性故障均有一个发展过程,即不同故障类型之间不是突变的,同类故障类型的严重程度亦有差别,而目前基于油色谱的变压器故障诊断尚处在将故障区分为几类的层次,这或许与故障产气的物理化学过程不清晰、绝缘劣化机制不完备有关。化学动力学理论认为,化学反应本质上是旧化学键断裂和新化学键生成,这一过程需要一定的能量破坏反应物中的化学键,变压器绝缘裂解产气所需的能量主要来自于放电或过热故障。不同的键断裂需要不同的能量,而且裂解能量密度越大,产生的烃类气体的不饱和度应该越高。但是,现有诊断方法的理论基础主要是基于热力学平衡分压理论计算不同气体组分与温度关系,并根据经验统计提出气体特征量,其中忽略了化学反应的动态变化过程,也并未考虑化学反应的能量变化。为此,若想在故障诊断中进一步评估故障的严重程度,仍需深入研究绝缘裂化的动态过程,探索表征故障严重程度的新特征量,以便更为准确地评估变压器的运行状态。在全面了解电力变压器故障智能诊断与状态评估相关技术背景的基础上,本文通过改进复合故障类型的智能识别方法,并基于热动力学理论研究绝缘材料微观变化和宏观性质的联系,探索表征故障严重程度的新指标,对电力变压器的复合故障诊断技术进行深化研究,所取得的创新性成果主要包括：针对目前众多油色谱诊断方法的特征量不同,以及对不同故障类型诊断时可靠性存在较大差异的问题,在沿用传统正确率指标的基础上,引入表征故障诊断漏诊程度的灵敏度指标,提出了故障诊断可靠性的双重指标评估方法,实现了对油色谱诊断方法更为全面定量的评估。应用最广泛的改良三比值法,它依然存在针对低温过热、火花放电、放电兼过热等故障类型的诊断可靠性较低的问题,为此本文分别提出了01*型编码组合、比值K和氢烃A诊断新判据,为诊断方法的进一步改进奠定了基础。针对故障诊断信息类型较为单一的问题,引入信息融合技术,通过综合利用气体比值和气体浓度含量等特征信息,并合理分层,提出了基于多特征信息融合的分层决策故障诊断方法,有效地融合了多种诊断特征信息。为进一步解决复合故障诊断中复杂的模糊对应关系,引入模糊数学理论,采用隶属度函数对边界进行模糊化处理,构建了隶属度关联矩阵；采用模糊逻辑推理中的交集、并集分别替代二值逻辑中的与、或逻辑,导出了模糊决策多值输出的逻辑推理模式,藉此提出了基于信息融合与模糊逻辑的综合诊断方法,实现了复合故障的模糊多值输出。并基于Microsoft Access开发平台研制了变压器复合故障模糊诊断软件系统,实现了故障诊断的可视化与智能识别。对实际故障案例的诊断分析表明,针对局部放电、火花放电、电弧放电和放电兼过热等故障类型的诊断可靠性显著提高。另外,该方法的模糊推理过程较为简化,保证了故障诊断的快速性,可满足变压器状态实时在线监测的需求。变压器故障的物理化学机制尚不清晰,仅从宏观实验结果提取特征参量并进行常规经验统计与推导较为困难,而微观层次的分析将有助于对各种复杂现象的机理进行更深刻的理解。为此,本文引入基于键级表达的ReaxFF反应力场,分别对变压器油和绝缘纸分子模型进行高温热应力下的反应分子动力学模拟,探索油中溶解气体产生的微观动态机理。采用元素追踪法统计分析了变压器油和纤维素分子模型高温裂解的轨迹文件,明确了变压器油的不同组分以及绝缘纸的初始裂解机理以及主要产物的差异性,厘清了C2H4、CH4、H2、CO2等主要产物的生成机制。通过对裂解过程中化学键离解能(即反应焓变)的计算,明确了油/纸裂解产物的种类和数量随时间的分布规律与微观化学键离解的相关性,揭示了油/纸裂解过程的能量变化规律。基于对油/纸绝缘裂化动态过程的分析,从原子层面揭示了变压器油/纸裂解产气的微观动态机理,这也为故障严重程度评估提供了理论支撑。为解决复合故障的严重程度评估问题,首先基于热力学焓变理论,建立了变压器油裂解产气的生成能计算模型,根据故障特征参量的发展趋势对比分析,从能量角度提出了表征故障严重程度的能量差异率新指标,藉此建立了单一类型下故障严重程度的定量评估模型；继而以信息融合与模糊逻辑综合诊断方法为框架,纳入表征故障类型发生概率、诊断方法可靠性等信息的权重参量,提出了基于多指标综合权重的变压器复合故障严重程度评估方法。对实际变压器故障案例的应用分析表明,该评估方法具有较高的准确性。