如何保障和提升变压器保护在各种复杂运行工况和故障场景下的正确动作率是主设备保护领域不多的尚未得到理想解决的问题之一。相比于常规变压器,应用于高压直流输电和特高压直流输电的换流变压器(换流变)地处交直流交汇的中枢且其运行方式特殊,其保护面临的问题则更为复杂。随着特高压直流输电技术的发展和应用,特高压换流站交直流场接线方式存在差异,电磁环境更加复杂,其故障及恢复过程对换流变保护的影响将更为严重。然而,目前对于换流变差动类保护异常动作行为的研究,只有事故报道和较为粗浅的分析,各种特殊工况下的扰动对换流变保护性能的影响机理尚不明确,因此,透彻研究各种复杂暂态扰动下,换流变保护异常动作的场景和机理,寻求扰动及故障电气量的变化特征及规律,并由此针对性地提出解决方案,对于提升换流变保护正确动作率,从而进一步提升变压器保护整体正确动作率,显得尤为重要。据此,本文主要围绕换流变经历各类故障和扰动过程引起的差动类保护异常动作的机理及相应的保护对策展开研究。在交直流深度耦合场景加剧复杂涌流对变压器差动类保护的影响研究方面,为深入分析实际工程中的交直流接线拓扑及控制逻辑对涌流发展及传递作用的影响,本文基于天广直流工程和云广直流工程的实际参数,以及各个交直流控制环节实际策略与逻辑,建立较完备的实际超高压交直流系统和特高压交直流系统仿真模型,此项工作可为后续针对各类型涌流特征和故障特征的研究奠定基础；为揭示传统换流变小差保护在某些合闸工况和故障工况下误动和误制动的机理,本文基于上述建立的仿真模型,仿真分析换流变特殊励磁涌流及故障电流的暂态特征,并分析二次谐波制动判据在上述场景下的局限性,此项工作可为换流变小差保护不明原因异常动作行为的研究提供机理分析方面参考；为研究故障切除所致的恢复性涌流对传统零序比例差动保护的影响,本文基于数理方程和电磁暂态模型,从解析分析和时域仿真两个角度定量阐述同母换流变故障及切除后涌流的产生原因及严重程度,并建立涌流引起的TA偏磁累积效应与零差保护误动之间的关联关系,此项工作可为揭示TA偏磁累积效应可能导致零差保护存在潜在误动风险的机理研究提供可借鉴的思路；为揭示和应涌流对导致特高压换流站大差保护误动的根本原因,本文基于上述仿真模型分析特高压换流变空投时对称性涌流的产生过程和变化特点,阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变大差保护误动的机理,此项工作可为提升当前和未来特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。在提升变压器差动类保护动作性能的关键技术研究方面,为提升基于时差法判据的变压器纵差保护的动作安全性,本文提出基于改进半波傅里叶前置滤波的优化时差法判据,结合二次谐波制动判据以及基本的比例制动判据,形成变压器主保护改进综合方案,并将其应用于常规高压变压器及超高压换流变,此项工作可为有效提升各类高压／超高压变压器纵差保护在各类复杂故障、扰动和特殊工况的动作可靠性提供新的手段；为规避不含附加制动判据的传统零差保护在外部故障切除所致恢复性涌流下的潜在误动风险,本文提出在传统零差保护判据中增设基于标准化Hausdorff图形相似度匹配算法的波形匹配附加制动判据,能够在不牺牲传统零差保护性能的前提下有效避免故障切除涌流引入的误动风险,此项工作可为提升变压器零差保护的动作性能提供全新的技术方法；为了提升特高压换流站大差保护的涌流耐受能力,本文构造应用于特高压换流变大差保护的Hausdorff距离算法附加制动新判据,以识别特高压换流变的励磁涌流(包括对称性涌流)和故障差流(包括故障电流叠加励磁涌流),此项工作可为提升特高压变压器大差保护的动作性能提供优化的技术解决方案。