随着特高压电网在我国的建设，超高压大容量变压器的应用越来越广泛，变压器继电保护技术瓶颈也越来越突出。故障暂态过程的变长，直流分量衰减变慢，涌流特征减弱等，对超大容量变压器的差动保护带来了严峻的挑战。传统的谐波制动，CT暂态特性，差动特性等技术方案已不能完全适应现代大型变压器的保护要求，需要研究适应超高压特高压的变压器保护新方法和新原理，以满足电力系统发展的需要。 针对大型变压器涌流特征不是很明显的特点，采用新的励磁涌流判据，引入电压量辅助对涌流特征的描述，提出了基于变压器磁通和电流准椭圆模型的励磁涌流判别方法，变压器内部故障时变压器磁通与电流具有准椭圆曲线关系，空投时没有这种准椭圆曲线关系，利用准椭圆关系对称度可以有效地鉴别励磁涌流和故障电流；提出了基于变压器磁通对称特性的励磁涌流判别方法，空投正常变压器时在前后半周内磁通对电流的微分变化严重不对称，而故障时磁通对电流的微分变化在前后半周内基本对称，取一个周波内这种微分变化率的均值来反应对称关系，可以较好地鉴别励磁涌流；提出了基于变压器等效励磁电感均方差变化的励磁涌流判别方法，内部故障时变压器的等效励磁电感在一定数据窗内的均方差很小近似为零，而空投时等效励磁电感均方差却很大，利用等效励磁电感均方差的变化大小可以区分励磁涌流和故障电流；同时提出了对称电压序分量的辅助闭锁判别，利用变压器故障和空投时序电压的不同变化关系，提高变压器差动保护的可靠性。 对大型变压器比率差动保护，提出了基于故障分量的比率差动和传统比率差动相结合使用的浮动比率制动判别方法，变压器正常运行时，故障分量的差流不受负荷电流的影响，它还可以消除CT等因素引起的稳态误差的影响，对提高变压器内部轻微故障时的灵敏度是有益的。采用了基于小矢量算法的变压器比率差动保护，算法上采用小矢量变数据窗的计算方法，内部故障时，它可以缩短差动保护的动作时间，而且故障越严重动作时间越快，有利于快速保护变压器。区外故障时，如果电流暂态分量较大或CT暂态饱和，利用曲线拟合算法进行误差估计，考虑电流暂态分量以及CT饱和等影响因素对制动电流的影响，自动补偿制动电流，可以有效的防止区外故障误动问题，提高差动保护的可靠性。 分析变压器电流互感器饱和对比率差动的影响，特别是区外故障时电流互感器饱和容易引起比率差动保护的误动，如何可靠有效的判别出区内外故障的电流互感器饱和，对提高差动保护的可靠性有益。提出了新的异步法电流互感器饱和判别方法，区内外故障时电流互感器饱和，其差流和制动电流变化不同步，而且相位关系变化也不同，利用幅值和相位关系的变化，可以提高电流互感器饱和判别的可靠性；提出了基于虚拟阻抗模型的电流互感器饱和判据，电流互感器的饱和表现在从二次侧看电流互感器等效阻抗在饱和前后发生变化，区内外故障时，电流互感器饱和程度越深，这种变化越明显，采用这种方法，不但可以有效的识别区内外故障时的电流互感器饱和，而且还可以定位哪一个电流互感器饱和，防止了在区外故障CT饱和情况下差动保护的误动。这些方法的采用可以提高比率差动保护的可靠性。 论文提出了对数字变压器继电保护硬件和软件可靠性的研究，硬件上采用功能模块化和重要部分冗余容错设计的思路，软件上采用多种原理的冗余复合判据，大大提高了变压器保护平台的可靠性，适合于超高压系统的变压器保护要求。通过动模和数字仿真表明本论文提出的方法，在励磁涌流判别、比率差动性能、区外故障CT饱和防止误动等方面，其性能有明显的提高，适合大型变压器对继电保护的要求。