发电机失磁是发电机常见的故障形式，特别是大型机组，励磁系统的环节比较多，增加了发生失磁的机会。发电机失磁后，将过渡到异步运行：转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降；有功功率下降，无功功率反向并且增大；在转子回路出现差频电流；电力系统电压下降及某些电源支路过电流。发电机电气量的上述变化，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行，威胁到发电机本身的安全，比如系统扰动、电压崩溃、定子过载、转子及铁芯发热、厂用辅机损坏等。随着我国电网规模的不断扩大，装机容量大幅增加，采用单机容量较大的大型机组是必然的趋势。与中、小型机组相比，大型机组有着明显的经济效益：相对造价低、运行效率高、建设速度快。与此同时，大型发电机组在设计、结构工艺、运行诸方面也出现了许多新特点，相应地对发电机继电保护也提出了新的要求。 　　水轮发电机由于凸极效应的存在，相对于于汽轮发电机，其失磁过程和失磁保护具有如下特点：平均异步功率较低，转差率大，震动剧烈，水轮机具有水锤调节效应，静稳边界阻抗为高次方程。 　　本文在对水轮发电机失磁动态过程和失磁保护理论分析的基础上，应用Matlab软件的Simulink工具箱建立了单机无穷大输电系统和双机无穷大输电系统的数学模型。并对几种常见的低励失磁故障、外部短路故障以及失磁机组对附近机组的影响进行了仿真。通过分析仿真结果，对比失磁与外部故障的不同，总结出水轮发电机低励失磁故障和失磁保护的特征和规律。仿真实验结果表明，仿真模型能够准确反映水轮发电机失磁故障以及外部故障后各电气量的变化情况和规律，可以作为失磁保护研究的仿真平台。 　　目前常用的定子静稳边界阻抗判据、转子低电压判据和有功—励磁电压判据都存在着不足，本文对上述三种判据的整定方法及其动作特性进行了深入的分析。随后基于以无穷大系统电压为参考相量的电压相量图，证明了用圆来拟合定子静稳边界优于用直线拟合，推导出了等电势圆，并对等电势圆的动作特性进行了分析。得出等电势圆由于采用了不同方向的补偿方法，从而具有识别故障方向的能力。仿真实验表明，等电势圆具有很高的灵敏度，能够快速动作于失磁故障；而对于外部短路故障，则具有很强的识别能力。 　　本文最后提出了基于等电势圆的失磁保护方案。其最大的特点就是增加了一条信号/自减载通道，提高了水轮发电机安全运行的能力。