发电机的安全运行对电力系统的正常工作和供电的电能质量起着重要作用，并且发电机还是非常贵重的电气元件，因此，针对发电机的各种故障和不正常运行状态，装设性能完善的发电机保护装置。
1. 发电机主要由定子和转子组成。发电机可能发生的故障有:
定子绕组的相间短路、定子绕组一相的匝间短路、定子绕组单相接地;
转子绕组的一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。
2. 发电机的不正常运行状态主要有:
外部短路引起的定子绕组过电流;
负荷超过发电机额定容量引起的三相对称过负荷;
外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷、非全相运行等)引起发电机负序过电流和过负荷;
发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压;
发电机励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷;
汽轮机主汽门突然关闭引起的发电机逆功率等。
3. 按规程规定，发电机的保护方式有:
(1) 对于1MW以上的发电机定子绕组及引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。
(2) 对于直接连于母线的发电机单相定子绕组接地故障，当发电机电压电网的接地电容电流大于或等于5A时(不考虑消弧线圈的作用)，应装设动作于跳闸的零序电流保护;当接地电流小于5A时，则装设动作于信号的接地保护。
对于发电机变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保护;当发电机电压侧接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈。
容量在100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。
(3) 发电机定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设单继电器式横联差动保护。
(4) 对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式:
1) 负序过电流及单相式低电压起动过电流保护，通常用于50MW及以上的发电机;
2) 复合电压起动的过电流保护;
3) 过电流保护，用于1MW以下的小发电机。
(5) 对于由不对称负荷或外部不对称短路引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序电流保护。
(6) 对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。
(7) 对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。
(8) 对于发电机励磁回路的接地故障:
1) 水轮发电机一般装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置;
2) 对于汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对于大容量机组则可以装设一点接地保护。对于两点接地保护，在励磁回路发生一点接地后投入。
(9) 对于发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器;对于采用半导体励磁以及100MW及以上采用电机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。
(10) 对于转子回路的过负荷，在100MW及以上并采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护。
(11) 对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对大容量的发电机组，可考虑装设逆功率保护。
(12) 其他当电力系统振荡影响发电机组安全运行时，在30MW机组上，宜装设失步保护;当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤对汽轮机危害极大时，可装设低频保护;当水冷却发电机断水时，可装设断水保护等。
为了快速消除发电机内部故障，在保护动作于发电机断路器的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组不再感应电动势，不再提供短路电流。
发电机保护通常动作于停机;解列灭磁;解列;减出力;程序跳闸或信号。
(1) 停机:断开发电机断路器，灭磁。对汽轮发电机还要关闭主汽门;对水轮发电机还要关闭导水翼。
(2) 解列灭磁:断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。
(3) 解列:断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。
(4) 减出力:将原动机出力减到给定值;
(5) 程序跳闸:对于汽轮发电机，首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁;对于水轮发电机，首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。
(6) 信号:发出声光信号。
发电机励磁系统故障处理
一、二十五项反措中关于防止励磁系统故障引起发电机损坏的要求
(1)对有进相运行或长期高功率因数运行要求的发电机应进行专门的进相运行试验，按电网稳定运行的要求、发电机定子边段铁芯和结构件发热情况及厂用电压的要求来确定进相运行深度。进相运行的发电机励磁调节器应放自动档，低励限制器必须投入，并根据进相试验的结果进行整定，自动励磁调节器应定期校核。
(2) 自动励磁调节器的过励限制和过励保护的定值应在制造厂给定的容许值内，并定期校验。
(3) 励磁调节器的自动通道发生故障时应及时修复并投入运行。严禁发电机在手动励磁调节（含按发电机或交流励磁机的磁场电流的闭环调节）下长期运行。在手动励磁调节运行期间，在调节发电机的有功负荷时必须先适当调节发电机的无功负荷，以防止发电机失去静态稳定性。
(4) 在电源电压偏差为＋10％～－15％、频率偏差为＋4％～－6％时，励磁控制系统及其继电器、开关等操作系统均能正常工作。
(5) 在机组启动、停机和其它试验过程中，应有机组低转速时切断发电机励磁的措施。
二、励磁系统故障对发电机与电力系统的危害
运行中的大容量发电机组，如果发生低励、失磁故障，将对发电机和电力系统的稳定运行造成非常严重的影响。
1.对电力系统的影响
（1）低励或失磁时，发电机从电力系统吸收无功，引起系统电压下降。如果电力系统无功储备不足，将使临近故障发电机组的系统某点电压低于允许值，使电源与负荷间失去稳定，甚至造成电力系统因电压崩溃而瓦解。
（2）一台发电机失磁电压下降，电力系统中的其他发电机组在自动调整励磁装置作用下将增大无功输出，从而可能使某些发电机组和线路过负荷，其后备保护可能发生误动作，使故障范围扩大。
（3）一台发电机失磁后，由于有功功率的摆动，以及电力系统电压的下降，可能导致相邻正常发电机与电力系统之间或系统各回路之间发生振荡，造成严重后果。
（4）发电机额定容量越大，低励、失磁引起的无功缺额也越大。如果电力系统相对容量较小，则补偿这一无功缺额的能力较差，由此而来的后果会更严重。
2.对发电机本身的影响
（1）失磁后，发动机定转子之间出现转差，在发电机转子回路中产生损耗超过一定值时，将使转子过热。特别是大型发电机组，其热容量裕度较低，转子易过热。而流过转子表面的差额电流，还将使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。
（2）低励或失磁发电机进入异步运行后，由机端观测到的发电机等效电抗降低，从电力系统吸收无功功率增加。失磁前所带的有功越大，转差就越大，等效电抗就越小，从电力系统吸收无功就越大。因此，在重负荷下失磁发电机进入异步运行后，如不立即采取措施，发动机将因过电流使定子绕组过热。
（3）在重负荷下失磁后，转差也可能发生周期性的变化，使发电机出现周期性的严重超速，直接威胁着发电机组的安全。
（4）低励、失磁时，发动机定子端部漏磁增加，将使发电机端部部件和边段铁芯过热，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。
三、励磁系统故障处理
1.励磁系统故障原因：
(1) 起励故障。
(2) 励磁变压器温度高。
(3) 转子温度高。
(4) 整流桥过热。
(5) 整流桥冷却故障。
(6) 调节器励磁过流一级。
(7) 整流桥故障。
(8) PT故障。
(9) 灭磁开关故障。
(10) 备用通道跳闸。
(11) 辅助交流电源故障。
(12) 辅助直流电源故障。
(13) 灭磁开关外部跳闸。
(14) 发电机转子接地故障。
2.励磁系统故障处理步骤
（1） 起励故障时，跳开灭磁开关。检查起励电源是否正常，机组转速是否达到，发电机定子冷却水是否正常，通道压变是否正常。运行无法处理时，通知检修检查。
（2） 发电机励磁系统异常报警时，一般已切至备用通道运行，应检查备用通道运行正常。发电机仍能维持其正常运行。此时应加强对励磁输出电压、电流等参数的监视，设法查明原因并处理,必要时通知检修。
（3） 励磁变过热、励磁过流、转子温度高等报警时，应尽可能降低励磁输出，但应注意不得使发电机电压低于额定值的95%，同时检查环境和冷却装置运行情况。
（4） 整流桥故障时将退出运行，注意励磁电流相关限制。
（5） 工作通道PT异常时应自动切至备用通道运行。根据PT输出电压来判断处理。
（6） 转子接地故障信号发出时，应对发电机励磁系统各电气量及振动进行检查，检查大轴碳刷接触情况、是否积灰，小室漏水，同时测量各极对地电压判断绝缘情况，若确证发电机转子已接地应尽快安排停机。
（7） 交、直辅助电源故障信号发出时，应检查该通道工作、备用电源是否正常，检查相应的电源开关、熔丝，尽快通知检修处理。
（8） 若备用通道电源故障发信，则不得人为进行通道切换。待故障消除，检查跟踪情况正常后投入备用。
（9） 由于通讯及卡件故障引起的应尽快通知检修处理。
（10） 异常信号发出后，运行人员应做好跳机事故预想，加强对励磁系统的监视，运行中无法处理故障时，应要求尽早停机检查。