高压发电机突破了传统发电机绕组绝缘的限制,可获得更高的机端输出电压,不用经过升压变压器就能与电网直连。在环境资源不断受到约束的背景之下,高压发电机的问世有望成为下一代发电技术。然而针对高压发电机的二次设备尤其是继电保护技术的研发却制约着高压发电机的发展。高压发电机定子及绕组独特的物理结构特性,会产生特有的故障特征和故障机理,使得传统发电机的继电保护技术无法简单的沿用于高压发电机。因此,本文从高压发电机的物理结构特征出发,揭示定子绕组电势分布,刻画绕组电气特征,分析故障演变机制,开展高压发电机定子单相接地保护问题的研究,有望拓展高压发电机定子接地保护研究思路,提高定子接地保护的性能。本文遵循以下主要内容开展高压发电机定子单相接地保护的研究:首先,在考虑高压发电机独特的物理结构特性的基础上,分析了高压发电机定子结构、绕组材质、绕组绝缘方式、绕组绕制方式以及高压发电机并网方式对其定子绕组电气特征产生的影响,主要分析了高压发电机物理结构上的差异对绕组对地电容分布、绕组电势分布的影响。其次,在考虑绕组电气特征差异性分布的基础上,分析了绕组电气特征的变化对故障特征的影响,主要分析了对基波零序电压和三次谐波电压故障特征的影响,并提出了一种考虑绕组电势分布的高压发电机定子单相接地保护方案,该方案分为基波零序电压保护和三次谐波电压保护两部分。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了高压发电机定子绕组分布参数模型,该模型考虑了绕组电气特征的差异,并对所提保护方案进行了仿真验证和适用性分析。本文所提的保护方案充分考虑了高压发电机定子绕组电气特征分布对保护方案的影响,仿真结果表明,该保护方案具有较好的保护性能,有望为新一代能源电力继电保护研究提供理论支撑。