变压器是电力系统和牵引供电系统中最为核心的设备之一,其绝缘可靠性决定了整个系统能否安全稳定运行。局部放电监测是掌握变压器绝缘状态的重要手段,对局部放电源进行定位可以显著提高变压器运维效率,而超声波定位法是目前使用最广泛的定位方法之一。实际应用中,变压器局部放电源超声波定位法仍存在以下问题:1)由于工艺不良以及绝缘劣化的影响,变压器绝缘可能出现多处缺陷,导致在变压器内部会存在多个局部放电源,造成多源超声波信号混合;2)由于变压器内部结构的影响,传播时间改变的非直达波会增加局部放电源定位误差;3)变压器运行时其内部温度不均匀、呈梯度分布,造成局部放电产生的超声波非直线、非匀速地传播至传感器,导致定位误差进一步增加。针对上述问题,本文开展了理论分析、实验测试以及技术方法创新,主要研究工作及成果包括:1)构建了变压器局部放电实验平台与基于“超声波—脉冲电流法”的放电信号联合采集系统,实现了典型放电条件下的局部放电超声波测试,分析了缺陷类型和电压等级对超声波信号波形特征与定位效果的影响;测试并对比了不同的超声波信号处理方法,提出了超声波信号处理流程。2)提出了基于单通道信号的局部放电源数量识别以及多源混合超声波信号分离与坐标选择方法。针对使用超声波信号进行局部放电源定位的特点,提出了识别单通道混合信号中局部放电源数量的方法,分析了超声波信号的混合模式;利用局部放电源激发时延的一致性,提出了基于无序分离信号分组的局部放电源坐标选择方法;通过实验与仿真验证了以上方法的有效性。3)提出了有效减弱非直达波影响的局部放电源定位加权计算方法。测试并分析了局部放电发生在不同区域时的超声波信号特征;测试了不同特征参数组合下的超声波信号传播路径识别准确率,明确了识别准确率最高的参数组合;提出了不同传播路径识别结果下的残差平方和函数的加权矩阵赋权规则,可以有效减弱非直达波带来的误差并提高定位精度。4)考虑变压器内部的梯度温度,提出了相应的局部放电源定位方法。分析并测试了超声波在不同温度的固、液介质中的传播速度与特性,研究了变压器内部梯度温度造成的梯度声阻抗对超声波传播特性的影响;提出了弯曲传播下超声波主径初始角度修正计算方法与基于动态距离差的局部放电源定位方法,以及一种变压器局部放电源综合定位方法框架;实验和仿真验证了所提方法的有效性,实现了基于超声波法的变压器局部放电源准确定位。