随着我国加速推进清洁高效能源体系建设,近年来大型火电水电机组投产比例迅速增长。大型机组的重要地位日益凸显,其稳定可靠的电源支撑是电网安全运行的关键。与此同时,电网复杂运行环境及其对机组的多变运行要求,使得大型机组安全面临诸多挑战。为解决满足系统与机组安全协调以及更完备的大型发变组自身保护问题,提高大型发变组保护应用与运行水平,论文围绕大型发变组中对电网运行有重要影响的关键继电保护原理,以及大型发变组继电保护工程应用问题开展了深入研究。当前定子接地保护原理和动作判据没有有效考虑故障程度,有可能出现某些情况下保护灵敏度不足或过度保护问题,无法兼顾机网安全。研究了发电机定子单相接地故障程度的表征方法,提出一种新型大型发电机定子接地保护方案和原理,具有按接地故障程度决策保护出口方式的自适应动作特性,兼顾机网安全。作为上述方案的支撑技术,研究提出反映定子绕组任一点对中性点纵向电压相量沿绕组线圈分布特征的定子接地故障定位方法,以及计及基波分量和三次谐波分量的定子接地故障电流计算方法,并进行了仿真验证。传统失步保护方案因其面向单机的动作特性难以适应实际电厂多机运行环境。分析了大型发电机在多机系统中的典型失步形式及机端测量阻抗变化规律,指出传统失步保护方案在动作特性与出口方式等方面的性能缺陷。提出新型大型发电机失步保护方案及其层次化保护系统构建模式。该方案通过站域层与就地层的信息交互与综合判断,自适应调整动作特性,准确反应开机状况和失步形式,具备优化切机能力。探讨了若干大型发变组继电保护工程问题。继电保护系统构建模式决定了大型发变组继电保护功能的对象范围和信息基础,考虑当前电网运行特点及要求,分析了现有大型发变组继电保护系统构建模式缺陷,提出适应智能电网发展的大型发变组层次化继电保护系统构建模式。严谨规范的继电保护整定计算方案及其自动化实现手段,是保证大型发变组继电保护应用水平的关键环节。在总结大型发变组继电保护整定计算工作及其方法特点的基础上,研究了其软件构成方案。结合大型电站发变组继电保护整定计算工程实例,探讨了与整定计算相关的实际应用问题。