變壓器的差動保護是變壓器的主保護，是按循環(huán)電流原理裝設(shè)的。 主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。 在繞組變壓器的兩側(cè)均裝設(shè)電流互感器，其二次側(cè)按循環(huán)電流法接線，即如果兩側(cè)電流互感器的同級性端都朝向母線側(cè)，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯(lián)接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側(cè)電流互感器的二次電流差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。 從理論上講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡電流iumb流過，此時流過繼電器的電流ik為 ik=i1-i2=iumb 要求不平衡點流應(yīng)盡量的小，以確保繼電器不會誤動。 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路故障時，在差動回路中由于i2改變了方向或等于零（無電源側(cè)），這是流過繼電器的電流為i1與i2之和，即 ik=i1+i2=iumb 能使繼電器可靠動作。 變壓器差動保護的范圍是構(gòu)成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設(shè)備、以及連接這些設(shè)備的導(dǎo)線。由于差動保護對保護區(qū)外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區(qū)外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時，可以瞬時動作。
差動保護是利用基爾霍夫電流定律中“在任意時刻，對電路中的任一節(jié)點，流經(jīng)該節(jié)點的電流代數(shù)和恒為零”的原理工作的。差動保護把被保護的變壓器看成是一個接點，在變壓器的各側(cè)均裝設(shè)電流互感器，把變壓器各側(cè)電流互感器副邊按差接線法接線，即各側(cè)電流互感器的同極性端都朝向母線側(cè)，將同極性端子相連，并聯(lián)接入差動繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是各側(cè)電流互感器的副邊電流之差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的;從理論上講，正常情況下或外部故障時，流入變壓器的電流和流出的電流(折算后的電流)相等，差回路中的電流為零。
當(dāng)變壓器正常運行或區(qū)外故障(流過穿越性電流)時，各側(cè)電流互感器的副邊電流流入保護裝置，通過程序的運行，各側(cè)電流存在的相位差由軟件自動進行校正，自動計算出各側(cè)電流ih-(im- il)接近為零(ih 為高壓側(cè)電流，im 為中壓側(cè)電流，il 為低壓側(cè)電流)，則保護不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間或匝間短路故障時，兩側(cè)(或三側(cè))向故障點提供短路電流，在差動回路中由于im 或il 改變了方向或等于零，流入差動繼電器的電流i觶h-(im- il)不再接近于零;當(dāng)差動電流大于差動保護裝置的整定值時，保護動作，將被保護變壓器的各側(cè)斷路器跳開，使故障變壓器斷開電源。