燃气轮机运行过程中常因气路故障的发生引起其性能下降，进而影响燃机的循环效率，而且如果不能及时发现故障、进行维修，还会影响燃气轮机运行的安全性与可靠性。对燃机工质通流部件的运行状态实时地监测和评价的气路故障诊断，有利于燃机运行和维修计划的合理安排，最大限度地提高机组运行的安全性、可靠性和经济性。因此燃气轮机气路故障诊断研究具有重大意义。燃气轮机气路故障诊断主要是通过燃机可测参数的变化来判断其性能参数是否发生变化及变化幅度。针对实际燃机气路故障诊断中可测参数个数往往小于待估计性能参数个数的欠定问题以及因为外在环境条件变化引起可测参数变化进而影响故障诊断精度等问题，本文展开了燃气轮机气路故障诊断方法的研究：首先，本文建立了燃气轮机稳态和动态线性气路故障方程，并在燃气轮机故障定常的合理假设下，利用能观度对燃气轮机欠定气路故障诊断的可解条件和各健康参数的能观性进行了分析，提出了通过对线性故障方程扩维解决欠定问题的方案。并将扩维后的稳动态线性故障方程用于燃气轮机欠定气路故障诊断，通过对故障诊断实例分析，验证方法的有效性。然后，本文考虑到外在环境条件（仅考虑输入）变化对可测参数的影响，提出了分别以不受外在环境条件影响的稳态特性曲线和平衡流形展开模型标准化输入下的输出趋势图为特征进行燃气轮机气路故障诊断的两种方法。对由平衡流形展开模型平衡流形参数表达和状态空间矩阵参数表达等结构参数描述的系统稳动态特性曲线进行了分析，得出燃气轮机稳态特性曲线一定程度上能够反映系统特性，可作为故障诊断依据，同时还分析了将平衡流形展开模型标准化输入下的输出趋势图作为特征进行故障诊断的依据。并结合燃机故障诊断实例，对两种故障诊断方法应用于燃气轮机单一故障诊断的分类结果和直接利用可测参数的测量数据进行诊断的方法作了对比分析，本文提出的两种故障诊断方法分类具体情况相近，均有效地降低外界环境条件变化的影响，提高了燃气轮机故障分类正确率。最后，本文考虑到燃气轮机气路故障诊断实际应用性，提出了利用燃气轮机现场易获取的指印图进行燃气轮机故障定位。采用可测参数的偏差相对方向向量与某基准向量间的夹角实现了燃气轮机气路故障定位。