随着电力工业的不断发展，发电机组的容量越来越大，对发电机保护的性能提出了更高的要求。继电保护的理论基础是建立在对故障规律的清楚认识上的，进一步提高大型发电机主保护的性能就需要深入、广泛地了解发电机内部故障的规律。在深刻认识发电机内部故障的条件下，才能根据故障特征提出、改进发电机主保护方案，丰富和完善发电机主保护理论。 论文首先对发电机定子绕组内部故障暂态过程进行了深入研究，开发了一套发电机内部故障计算和主保护整定系统。该系统把发电机内部故障的仿真计算和发电机内部故障主保护的整定工作有机的结合起来，方便了整定工作的进行，提高了整定工作的准确性。同时，论文通过分析负载发电机内部不对称短路故障，为全面分析内部故障时发电机差动保护的动作性能提供理论依据。 论文在对发电机内部故障和发电机差动保护的动作特性做大量分析的基础上，针对电流互感器（CT）饱和问题和发电机内部故障时流出电流问题，提出一种改进的基于小矢量算法的发电机差动保护新方案。该方案根据内部故障和外部故障时故障电流特性的不同，使用1/4数据窗小矢量算法，在故障刚开始1/4周期内对故障性质做出初步判断。然后根据不同的故障状态选择合适的制动电流，在可能发生外部故障时，有效提高制动电流，使差动保护有更好的抗电流互感器饱和能力，做到外部故障不误动；在可能发生内部故障时，选择更合理的小制动电流，提高发电机内部故障时差动保护的灵敏度。该方案与传统的差动保护方案相比，提高了可靠性和灵敏度，具有较好的实用性。 最后，论文使用发电机定子故障瞬变过程仿真程序和ATP软件对发电机差动保护的新方案进行了仿真考核，结果表明，新方案可以提高内部轻微故障时差动保护的动作灵敏度，并具有较好的抗电流互感器饱和能力。