接地变压器是我国10kV配电网(主变压器三角形接线)采用消弧线圈或电阻接地必备的电力设备,全国每年新投运数千台。接地变故障可能引起变电站站用电失压,甚至可能引起全变电站失压,针对于目前国内外没有专门的接地变压器保护理论和装置的情况,论文进行了接地变压器的故障仿真分析和保护设计。为解决现有接地变压器仿真技术的难题,论文首先分析了接地变压器的特殊结构原理,建立了接地变压器的数学模型,并对接地变压器外部故障及内部绕组故障进行了理论分析;在此基础上提出了一种在MATLAB仿真平台中利用三个单相五绕组变压器模块搭建接地变压器模型的方法。基于此方法,不仅可以进行接地变压器引出线故障的仿真,还可以实现接地变压器内部绕组任一点接地故障和匝间短路故障的仿真。并且建立了接地变压器励磁涌流的仿真模型,实现了对接地变压器励磁涌流的仿真。仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明了本文所提出模型是正确,合理的。现有的接地变压器保护技术在灵敏度与可靠性方面存在一定的缺陷,论文根据对接地变压器的理论分析和仿真数据总结了接地变压器的故障特征,对接地变压器进行保护设计,为其配置了可靠性高的纵差动保护作为其主保护,并且采用零序差动保护作为后备保护。通过实验和MATLAB程序验证了该保护设计能够可靠动作并且能够躲过励磁涌流的影响。为进一步研究接地变压器的保护装置提供了理论依据。论文所提出的接地变压器仿真方法和设计的接地变压器保护方案将有利于保证接地变压器的稳定运行,从而提高变电站站用电和整个配电网的可靠性,具有广阔的应用前景。