大型发变组的安全可靠运行对保障电力系统安全稳定具有重大作用,但其运行工况较为复杂,从而给发变组主保护带来了较大影响,因此不断提高发变组主保护性能及研究新保护原理具有重要意义。本文主要围绕大型发变组复杂异常工况及相关保护问题展开研究,内容包括发变组复杂和应涌流机理及特征,复杂和应涌流导致的差动保护误动原因与对策,基于瞬时功率原理的新型发电机主保护,抽水蓄能同步电机弱功角稳定性及新型低功率保护等。针对复杂和应涌流导致差动保护误动问题,构建了复杂和应涌流研究模型,利用LAPLACE变换获得了变压器磁链和电流的解析表达式。通过推导分析和数字仿真研究指出,在系统电源、发电机电源和负荷电流的共同作用下,复杂和应涌流呈现出指数函数与双曲函数联合特征,变压器副方其它形式的电源均对复杂和应涌流有影响。揭示了复杂和应涌流中二次谐波变化特征,分析了复杂和应涌流中非周期分量对电流互感器的影响,为后文研究新保护技术提供了理论基础。结合复杂和应涌流机理特征和电流互感器暂态饱和特点分析了复杂和应涌流导致变压器差动保护误动的原因,并进行了相应的数字仿真。通过仿真研究指出了复杂和应涌流暂态过程中保护侧差流,制动电流和二次谐波含量变化特征,提出了基于差流和二次谐波二维特征的变比率制动变压器差动保护。该保护不受复杂和应涌流影响,动作灵敏可靠,有效解决了常规差动保护在复杂和应涌流暂态过程中的误动问题。通过数字仿真和现场录波数据分析指出了在复杂和应涌流暂态过程中发电机差动保护原因,结合二次谐波制动和比率制动提出了一种加强制动型发电机差动保护。该保护通过加强制动功能来防止复杂和应涌流或外部故障导致保护出现误动行为,同时采用基于差流和制动电流计算公式的制动开放判据来避免发电机内部相间故障下保护出现拒动。各项试验数据和结果均证明了加强制动型发电机差动保护具有很高的灵敏性和可靠性,已经在工程现场获得成功应用。数字化电站技术的发展将使电压量能可靠用于主保护,因此基于电流电压量的功率保护技术因其简单可靠的特点将得到大力发展应用。论文基于两相(α,β)坐标系统对发电机内外部故障时其输出的瞬时功率进行了研究,提出了瞬时功率不对称度定义,并以瞬时功率不对称度为主判据,结合不平衡功率的相位特征提出了一种新型发电机不对称故障保护。动模试验结果表明,该保护具有很高的灵敏性和可靠性,且该保护接线简单,易与其它类型保护集成互补使用。对抽水蓄能电站保护进行了整定计算,为解决抽水蓄能同步电机处于抽水工况下电机低功率保护易出现误动问题,论文研究了同步电机处于抽水工况下功率振荡特点,分析了常规低功率保护容易出现误动的原因。通过数字仿真和现场数据分析,提出了一种新型多段式低功率保护。该保护的各段低功率定值与延时定值相匹配,能适应电机功率振荡不同阶段的特点,具有较高的可靠性。论文最后对全文研究成果进行了总结,并指出了下一步研究方向。