继电保护的可靠运行是大电网安全稳定运行的前提条件,随着电力系统的不断发展和保护装置技术的更新换代,新建、扩建和技改的输变电设备启动投运工程越来越多,相应保护运行风险管控技术的不足愈发突出。作为电网架构中的核心元件,变压器投运时的保护运行风险管控工作尤为重要,系统中多次出现启动投运变压器时临时保护误动导致投运失败的情况,严重时甚至影响到了上一级电网的安全稳定运行,其亟待解决的两个关键技术问题则是变压器保护无负荷极性校验困难和涌流引起的临时保护误动。为此,本文首先从理论上对变压器空充时各侧电流关系进行了解析分析,并得到了高压侧自产零模涌流、中性点电流和低压侧三角绕组环流之间的相对极性关系,为后续研究基于励磁涌流的无负荷极性校验方法打下了理论基础;其次还推导了相应的零模涌流表达式,并采用数值计算的方式对零模涌流特性进行了分析,得到了零模涌流二次谐波比值普遍较高,且在特征分合闸角度附近的波形存在明显非正弦性的特点,并通过仿真对分析结果进行了验证,为后续对母联零序过流保护的改进奠定了理论基础。其次,针对变压器启动投运过程中无负荷极性校验困难的问题,提出了基于空充励磁涌流的变压器保护极性校验方法。首先是变压器Y侧保护的极性校验,由于空充产生的Y侧自产零模涌流i0p与中性点外接零模涌流i0n本质上是同一电流,并且两者极性关系决定了零差保护极性;因此,本文通过比较两者的波形相似度,采用“假设-检验-纠正”的办法对其极性进行校验;其次是低压侧与中性点的极性校验,由于空充产生的低压侧环流iD与中性点电流i0n极性保持一致,采用同样的相似度算法即可对其极性进行校验,最后以中性点电流i0n为基准,即可完成变压器保护整体极性的校验。然后,针对变压器启动投运过程中临时保护方案不完善的问题,基于本文所提的变压器保护无负荷极性校验策略,提出了以极性校验完成的差动保护为临时主保护,并以两段式的母联过流保护和零序过流保护为后备保护的临时保护方案,并从启动投运策略上给出了具体的改进措施。其次,分别分析了空充涌流对上述临时保护方案中差动保护和零序过流保护的影响,发现在极性正确的情况下,差动保护通常不会误动,出现最多的反而是零序过流保护误动。针对这个问题,提出了基于波形正弦相关度与二次谐波制动的零序过流保护改进方法,并通过仿真验证了此方法在多种空充工况下的有效性。综上所述,本文从理论推导、数字仿真以及录波验证等多个方面,针对变压器投运时的保护运行风险管控关键技术问题开展了系统的研究,分别提出了有效的应对策略,并得到了现场工程的初步采纳与应用,对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。