电力变压器是电力系统的核心设备，其安全稳定的运行对供电可靠性和经济性具有重要的意义。变压器很容易遭受雷电冲击等暂态过电压作用，由于变压器绕组匝对地和匝与匝之间杂散电容的分流作用使得绕组冲击电压分布极不均匀，很容易引起绕组绝缘破坏造成绕组短路等故障。本文在缩比变压器设计的基础上，进行了变压器绕组冲击电压分布仿真和试验研究，并将暂态过电压作为激励信号，基于传递函数方法进行了变压器绕组短路故障诊断。本论文的主要内容如下:　　①基于相似理论，在变压器缩比模型和原模型物理特性常数与电场强度相等的条件下，建立了本文的变压器缩比准则，进行了相似比为1/20，型号为10 kVA220V/2400V缩比变压器的设计，变压器高压绕组采用了独特的抽头结构设计。基于变压器的结构和尺寸参数，对该变压器缩比模型和原模型进行了电场、磁场和电磁场有限元仿真分析。　　②在计算缩比变压器绕组导体分布参数的基础上，建立变压器绕组多导体传输线模型，仿真研究变压器绕组冲击电压分布。搭建试验平台测量了纳秒脉冲和雷电冲击电压下绕组电压分布，并研究了纳秒脉冲宽度和雷电波尾时间对绕组冲击电压分布的影响规律。　　③基于缩比变压器搭建绕组短路故障诊断试验平台，采用将绕组抽头与接地线短接和抽头之间短接分别模拟绕组对地和绕组层间短路故障。测量高压绕组不同抽头对地短路和不同位置、不同层数绕组层间短路故障下的电压和电流，并计算绕组导纳传递函数和电压传递函数进行绕组短路故障诊断。　　综合上述研究得出:有限元仿真得到变压器缩比模型与原模型电场、磁场和电磁场分布的仿真结果相似，验证了本文缩比准则的正确性。脉冲宽度和波尾时间是影响绕组冲击电压分布的重要原因，纳秒脉冲宽度越小，雷电波的波尾时间越短，绕组电压分布越不均匀。变压器绕组冲击电压分布主要与绕组所承受电压包含的高频分量有关，当绕组承受的电压包含的高频分量越多，频率越高，绕组冲击电压分布越不均匀。绕组导纳传递函数比电压传递函数对绕组短路故障反应更灵敏。证实了将暂态过电压作为故障诊断的激励信号，采用脉冲响应法计算传递函数频率响应对绕组短路故障类型、短路故障位置和短路故障程度有一定的鉴别功能。因此，本文的研究工作对变压器绕组绝缘结构设计和绕组故障在线诊断具有重要的意义。