发电机为发电厂的重要设备,而定、转子接地是发电机组的常见故障,虽然这两种故障对机组的危害较小,但不及时处理,引发定子绕组相间、匝间短路和转子绕组的两点接地等其他严重故障时,发电机的安全运行将受到严重影响,因此,对发电机进行有效的接地保护和运行状态监测开展相关技术的研究及工程应用具有重要的理论和工程意义。本文首先对国内外现有的发电机定、转子接地保护的研究方法及技术方案进行对比,分析其优缺点,根据中小型水电机组的电气特性及定、转子接地故障特征,选定信号注入法作为本课题的研究基础。本文对20Hz信号注入式定子绝缘监测中接地电阻的检测原理、绝缘电阻的基本算法,以及转子一点接地保护和两点接地保护的原理、转子接地电阻的检测算法和故障定位算法进行了深入分析,使用MATLAB仿真工具,根据中小型水电机组的电气参数对上述原理及算法进行了验证性仿真,并对定子单相接地、转子一点及两点接地接地电阻检测灵敏度、误差影响因素及应用条件进行了验证性仿真。本文提出了中小型发电机定转子接地保护测控一体化解决方案,根据定子、转子接地保护为一体,测控功能、保护功能为一体的两个一体化设计原则,在兼顾定转子接地在线监测的灵敏性、准确性及保护动作的速动型、选择性的前提下,定转子接地保护测控一体化设计满足了中小型发电机组保护集成度高、性价比高的应用需求。完成了CPU基本系统、模拟信号采样等的设计,对定子注入电源模块、转子注入电源模块,以及附加设备的硬件电路进行了集成化设计。在目前硬件电路的基础上,对信号源生成、信号处理及系统抗干扰进行了改进,经实际系统运行验证了硬件设计的正确性和可靠性。在软件设计中,由于信号处理中涉及20Hz注入信号源电压、接地电流与50Hz零序电压信号的精确采集以及避免中小机组定子电流经常出现的3次谐波信号的影响,本文采样使用10Hz为基频的频率修正FFT算法,并在算法中增加滤波功能,达到了自动跟踪信号源频率变化并实现精确测量的目的,满足了中小型机组高阻接地灵敏性检测的目标。经实际系统运行验证了软件设计的正确性和稳定性。针对发电机静止、升压和并网状态下的不同工况,在论证影响机组定转子接地保护性能的主要因素基础上,提出了定、转子绝缘监测相关定值的整定原则,定转子接地保护测试方法及操作步骤,为工程应用提供了重要的经验。经实际运行和试验,证明了本文的原理研究、硬件设计及软件设计的合理性和可行性。