随着我国水力发电事业的迅速发展，大型的水轮发电机组已经成为我国水力发电的主要力量。其保护配置、保护整定计算及保护优化等问题，已经成为当今的热点问题。如何在现有的研究基础上，对其运行状况、故障特性进行详细的分析，优化其保护配置及保护性能，值得我们进一步研究。对于大型发电机组，要求对发电机内部故障进行科学的定量化灵敏度分析。本文以三峡地下电站大型水轮发电机保护整定为例子，利用软件完成了大型水轮发电机的内部故障仿真，对故障进行了定量化灵敏度分析，提出了主保护配置方案。在完成其他保护整定计算工作的基础上，提出了发电机保护整定中遇到的问题，并对这这些问题进行了分析。对于自并励励磁系统的大型水轮发电机，一旦励磁系统发生不可控的强励，就会发生误强励故障，空载误强励是误强励中最严重的情况。本文具体分析了影响误强励电流大小的因素，并提出了相关解决措施。在综合考虑发电机保护选择性的条件下，对发电机定子过电压和励磁变过流保护的整定定值提出改进，使其能对误强励故障起到一定的防护措施。定子单相接地故障是发电机故障中常见故障之一，对定子单相接地保护进行改进研究非常有必要。本文在总结了目前使用的几种定子单相接地保护的原理及其优缺点的基础上，分析了其动作行为，指出对于大型发电机，既不能随便跳闸影响电网的安全稳定，也不能让接地电流过大而威胁机组安全。可行的办法之一为根据发电机的接地电流限值决定发电机是否应该跳闸停机，以避免不必要的停机，达到兼顾机网安全的效果，并以仿真验证了该方法的可行性。阻抗保护是发变组的后备保护之一，但是其工程实际使用中并不能满足要求。阻抗保护作为发变组的后备保护，当发变组内部故障及主变高压侧两相短路故障保护无法正确动作。本文分析了变压器的接线形式对阻抗保护测量结果的影响，分析了阻抗保护在主变高压侧两相短路时会拒动的原因，并针对该问题提出了对应的改进措施。最后对全文的内容进行了总结，并对进一步的研究工作进行了展望。