本发明公开了一种直流偏磁条件下电力变压器运行状态的在线监测方法，包括下列步骤：采集变压器箱壁的振动信号、变压器三相电压信号、变压器三相电流信号和中性点直流电流；基于K‑means聚类分析法建立变压器振动聚类模型；将测得的变压器箱壁振动信号100Hz分量的幅值与变压器振动聚类模型的输出量进行比较，若二者的相对误差小于一阈值，则判断变压器运行状态正常；若二者的相对误差大于等于该阈值，则判断变压器运行状态异常。该方法能有效地、高灵敏度地在线监测出直流偏磁条件下变压器的运行状态，从而可及时采取有效的变压器直流偏磁有效措施或检修变压器，避免大的故障的发生。