随着双碳政策的实施,新能源并网比例日益提高,其随机性和波动性对电网的稳定运行形成重大挑战。在此背景下,传统大型发电机组作为新能源电网稳定运行的主力支撑电源,应在保证发电机组安全的同时尽量避免因某些可控故障突然解列,减少对机组和新能源电网的冲击,因此需要采取故障抑制与保护跳闸相协调的对策。发电机定子绕组单相接地故障是发电机最常见故障之一,接地电弧将严重损伤或损毁发电机,造成巨大经济损失。现有无源消弧方法无法实现有效消弧和限制接地电流,也未针对不同性质的接地故障考虑与保护动作的配合,针对此问题,研究提出正确有效的对策对于保障大型发电机和新能源电网的安全运行有重要的学术和工程意义。论文以提升大型发电机组的消弧能力和有效保护为目标,围绕大型发电机接地故障电流源注入消弧方法以及保护对策展开研究。论文分析归纳了现有发电机定子接地故障消弧和定子接地保护的研究内容和应用成果,通过对发电机现有消弧原理的深入分析,论述了定子绕组接地故障消弧和机组运行安全与发电机的中性点接地方式的深层关系。在此基础上,通过仿真验证了传统经消弧线圈接地和经高阻接地消弧方法的局限性。针对现有采用感性电流补偿容性电流的发电机无源消弧方法的缺陷,提出了一种基于电流源注入的消弧方法。该方法从发电机中性点注入可控电流主动调控中性点电压,以控制故障点电压至零为目标实现有效消弧。论文根据发电机谐波特征分别给出可实现完全消弧的注入电流基波分量和三次谐波分量计算方法;并从构成和控制方面设计了一种基于IGCT的注入电流源。仿真结果表明所提方法能覆盖整个定子绕组实现快速有效消弧,对不同故障情况具有较强的鲁棒性;现场实验数据体现了电流源注入消弧的可行性。在注入电流源的基础上,就所提消弧方法对发电机当前使用的相关保护动作的不同影响进行了分析和仿真研究。针对不同接地故障性质对消弧与保护动作的分析和仿真表明,永久性故障时有源消弧会引起基波零序电压保护和三次谐波电压保护的灵敏度发生改变;瞬时性故障时有源消弧引起零序电压变化会导致上述接地保护误判断,因此需要消弧和保护的协同运作以保障发电机平稳运行。由于注入电流频率不同,有源消弧对于低频注入式保护无影响。此外对发电机其它与电压相关保护进行了分析并得出了不受注入电流影响的结论,并就所提方法对三相三线制电度表的计量影响提出相关系数的校正方法。针对有源消弧和发电机定子接地保护的配合问题,论文提出一种基于电流源调控的保护对策。通过调控电流源注入幅值,利用基于中性点零序电压和电流的基波变化量特征构成故障识别判据。利用该判据,所提保护对策可实现电流源注入消弧与发电机定子接地保护的协同配合,区分瞬时性接地故障和永久性接地故障并做针对性处理。仿真结果表明所提判据可有效消除瞬时性接地故障并保证保护不误动,实现发电机持续可靠运行;并在永久性故障时使发电机转移负荷平稳切机。