作为电力系统中的核心设备，电力变压器对整个电力系统能否安全稳定运行具有至关重要的影响。其中，继电保护的动作可靠性是确保电力变压器设备安全的关键要素。但是，有关电力变压器保护运行情况的统计数据表明，作为大型电力变压器主保护的差动保护，其正确动作率一直处于一个较低的水平，这与当前电网实际安全要求和发展水平不相符。近年来，随着电力系统结构与组成的复杂性增加，变压器差动保护发生原因不明的误、拒动作几率明显上升，给电网安全带来隐患，也影响工业生产的正常进行。由于变压器同时包含有电路和耦合诸电路的铁芯磁路，使得变压器在进行合闸操作、经历系统故障切除时往往伴随着复杂的电磁暂态过程，需要综合多方面的知识才能对这些过程进行比较合理的分析。然而，至今为止，有关变压器经历复杂电磁暂态过程的分析理论仍相对薄弱，而透彻研究故障或扰动发生的机理和特征，找到变压器经历各种复杂暂态扰动时差动保护异常动作行为的真正原因，对提出解决方案，提高差动保护正确动作率至关重要。因此，论文主要对变压器经历几类复杂电磁暂态过程导致差动保护异常动作的机理进行深入分析，在此基础上有针对性地提出变压器差动保护判据的综合解决方案。具体研究工作包含以下几个方面：建立合理的变压器外部故障切除仿真模型，结合电流互感器(TA)模型对变压器经历外部故障发生和切除的暂态过程进行仿真，并对变压器两侧TA在外部故障存续期间和切除后的传变特性进行分析，以揭示变压器外部故障切除后小差动电流引起基于2次谐波制动原理的差动保护误动的原因。建立合理的变压器合闸和TA模型，对变压器有载合闸的暂态过程进行仿真，分析变压器有载合闸过程中一二次涌流的波形，并结合TA传变特性对差流谐波特征进行分析，揭示变压器有载合闸、低幅值穿越性涌流情况下2次谐波制动判据失效导致差动保护误动的原因。建立非线性负荷投入含变压器电力系统的数学模型，通过该模型，结合解析分析和数值分析，建立计及变压器铁芯饱和以及非线性负荷特性的微分方程组，生成各支路的磁链波形和电流波形。对变压器差动保护差流波形及其2次谐波特征进行分析，以解释非线性负荷投入时基于2次谐波制动原理的变压器差动保护误动的原因。利用CIGRE的HVDC标准测试系统Ⅰ建立换流变压器合闸和故障仿真模型，在此基础上对换流变空载合闸和换流变二次侧各类出口故障时差流特性进行分析，据此对采用2次谐波制动判据的换流变差动保护的动作行为进行评估。对外部故障饱和TA传变特性进行分析，找出饱和TA一二次电流和差流变化趋势的规律。在此基础上提出一种基于饱和TA二次电流和差流采样值的有效点判据和变化率判据，形成差动保护解除闭锁新方法，以此识别变压器的发展性故障。对变压器铁芯饱和以及外部故障大穿越电流使得TA饱和，引起电压与虚假差流变化出现时刻存在差别的特征进行研究，提出基于相电压突变量和差流突变量时间差的变压器故障识别判据，在此基础上提出基于时差法的变压器差动保护综合判据，用以对变压器各类型故障及涌流情况进行有效判别。最后通过大量的仿真试验和动模数据对所提判据的可行性和有效性进行验证。论文最后对全文的研究结果进行总结，提出了进一步研究的方向。