随着我国电力系统的大跨越发展，一批大型、特大型水电站的建设和投运，大型水电机组已逐渐成为我国电力系统的主要支撑之一，其保护系统的性能直接关系着机组的安全与电力系统的稳定运行。目前，大型水电机组的继电保护在运行中也暴露了一些问题。针对这些问题，本文展开了相应的研究工作。　　论文对大型水电机组的保护构成和设计方案进行了阐述，分别介绍了保护硬件方案、软件方案以及上层管理系统方案。方案在借鉴了相关保护系统的设计和运行经验的基础上，综合考虑了大型水电机组诸方面的特点和功能需求，通过完善的保护配置、高性能的硬件平台以及合理的软件设计，使保护系统既满足了大型水电机组运行的要求，又具有较强的通用性。　　提高反时限保护的性能可以更有效的兼顾机组的安全与运行效益。论文对大型水电机的反时限保护动作特性进行了研究，形成了反映机组实时热积累和散热过程的反时限保护离散算法。分析了反时限保护在判据的选择和整定方法中的一些问题，并提出了相应的改进建议。　　复压过流保护是作为大型水电机组的后备保护。但是在带 GCB的单元接线中，常规复压过流保护无法满足系统各种工况的需求。论文针对带 GCB大型水电机组的运行特点，提出了两套复压过流保护的配置方案以及相应的整定方案。两套方案各有优缺点，须根据实际情况进行选择。通过合理的配置和整定，保护能够满足各种系统工况下不同机组的运行需求。　　对于自并励励磁的大型水电机组，一旦励磁系统发生不可控的强励，就会发生误强励故障。空载误强励是误强励中最严重的情况。论文对空载误强励故障特性进行了详细分析，在此基础上，提出了一种基于断路器状态的自适应过电压保护，可以同时兼顾了机组及其辅助系统的运行安全。　　最后，论文对所作的工作进行了总结，并阐述了下一步需要研究的主要问题。