为了满足经济发展和人民生活对电力供应日益增长的需求,我国电力系统规模和输电容量不断扩大。在大型发电站、电力枢纽和负荷中心等电网密集区域,电力设备之间的联系越来越紧密,呈现出复杂电磁耦合与交互特性。大型变压器是输变电的关键设备,也是新型电力系统中新能源发电规模化接入、FACTS元件连接、直流输电等不可或缺的重要设备。目前,除了普通变压器外,作为限制短路电流重要措施的各类高阻抗变压器也得到了广泛应用。近年来频繁发生变压器及其关联电网保护误动事故,这多与变压器的结构（譬如高阻抗变压器）、复杂暂态特性及相互之间的耦合特性相关,由此引起了学术界和工程界的密切关注和深化研究。从工程场景和事故现象出发,构建准确的变压器涌流和故障模型,研究其暂态特性和交互作用机理并提出应对策略,对保障变压器安全运行和电网可靠保护有重要科学意义和工程价值。近年来大量投运的高阻抗变压器改变了涌流特性。现场出现了其投运时幅值大、衰减极为缓慢的零模涌流,导致上级线路长延时保护越级误动的严重事故,也给变压器安全带来了更大风险。目前对此涌流产生机理尚无合理解释,缺乏有效的应对策略,其主要原因是现有变压器模型不能满足各类变压器复杂暂态特性分析需要。本文以提高大型变压器复杂工况下安全运行水平和改进相关保护性能为目标,从结构关联建模、机理解析分析、暂态特性仿真、物理动模实验和现场录波验证等多个层面,开展计及和应零模涌流的大型变压器暂态特性及保护方法的研究。主要内容包括:构建反映不同结构变压器和应作用下零模涌流特性的模型和计及涌流的内部故障模型;分析零模涌流暂态特性,揭示其衰减缓慢的机理和引起关联保护误动的原因;进一步研究提出变压器及相邻元件保护改进方法和变压器励磁涌流抑制措施。针对不同结构变压器电磁暂态模型构建难题,从磁路特征和基本电磁微分方程出发,考虑绕组与铁心结构提出了可反映不同结构变压器和应零模涌流特性的电磁暂态模型;由此提出了计及涌流的内部故障模型;采用参数补偿法解决了常用仿真平台中缺乏计及绕组排列结构变压器的建模问题。搭建物理动模实验平台测试模型,在涌流仿真时表明,最大涌流峰值误差不超过1%,模型正确性与有效性得到验证,为大型变压器复杂暂态特性机理、仿真分析以及对相关保护影响分析奠定了基础。针对变压器交互作用下零模涌流特性及对保护影响分析难题,通过解析获得了计及和应作用与变压器绕组排列结构的零模涌流等值电路。基于电路分析指出和应作用可能会造成各类零模涌流衰减相对无和应作用时变缓,并揭示了和应作用导致运行变和空投变零模等值电势的非周期分量极性相反是空投变零模涌流衰减变缓的机理以及两者电势的“互补效应”是导致源侧零模涌流衰减变缓的机理,通过了仿真验证。仿真分析表明和应作用下零模涌流导致不同结构变压器相邻母联或线路零序保护误动概率变大,也可能造成其自身差动保护误动。为防止零模涌流导致变压器及其相邻元件保护误动,针对零序保护,分析了零模涌流谐波特征,提出了基于零模涌流二次与三次谐波比特征的涌流制动策略,解决了现有不同结构变压器相邻元件零序保护制动策略在和应作用可能失效而误动的问题。针对变压器差动保护,提出了基于原副方零模涌流相关性与铁心饱和特征的涌流制动判据,与传统二次谐波制动相配合可实现相比例差动保护的涌流按相制动,可适用于Y,d联结的非分立式变压器保护防涌流误动。相较于其他制动方式,在小匝比故障下灵敏度与速动性更好。通过仿真、动模实验和现场录波验证了上述策略有效性。针对变压器因停运工况复杂其剩磁不确定而影响涌流抑制效果的难题,提出了外加直流电流源在铁心中产生饱和剩磁,实现剩磁和合闸相位可控,从而可经分相分时合闸获得最小空投励磁涌流的涌流抑制策略,并基于磁路构建了适用于不同结构变压器充磁电流计算模型,模型求解表明所需充磁电流小。计及磁通不平衡效应等因素仿真表明,涌流可被抑制到0.5 IN以下,断路器分散性在（-2ms-2ms）内可被抑制到0.9 IN以下,效果优于现有相控涌流抑制策略,在提高变压器安全运行水平同时改善了相关保护动作性能。论文最后对所取得的主要研究成果进行了总结,提炼了主要创新点,并对下一步研究工作进行了展望。