发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。对各种失磁故障综合起来看，有以下几种形式：励磁绕组直接短路或经励磁电机电枢绕组闭路而引起的失磁、励磁绕组开路引起的失磁、励磁绕组经灭磁电阻短接而失磁，励磁绕组经整流器闭路（交流电源消失）失磁。当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而减小，因此，其电磁转矩也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从电力系统中吸取感性无功功率。在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为ff-fs（ff此处为对应发电机转速的频率，fs为系统的频率）的电流，此电流产生异步转矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。（1）需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。所需无功功率的大小，主要取决于发电机的参数（X1、X2、Xad）以及实际运行时的转差率。汽轮发电机与水轮发电机相比，前者的同步电抗Xd=X1+Xad较大，所需无功功率较小。假设失磁前发电机向系统送出无功功率Q1，而在失磁后从系统吸收无功功率Q2，则系统中将出现的无功功率缺额(Q1+Q2)。失磁前带的有功功率越大，失磁后转差就越大，所吸收的无功功率也就越大，因此，在重负荷下失磁进入异步运行后，如不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。（2）由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压、或其它邻近的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。(3)失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生频率为ff-fs的交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却的大型机组，其热容量的裕度相对降低，转子更易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。(4)对于直接冷却的大型汽轮发电机，其平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降低，转子在纵轴和横轴方面，也呈现较明显的不对称，由于这些原因，在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。这种情况下，将有很大的电磁转矩周期性作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座上，引起机组振动，直接威胁着机组的安全。(5)低励或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边段铁芯过热，实际上，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。根据以上分析，由于汽轮发电机异步功率比较大，调速器也较灵敏，因此当超速运行后，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，在转差率小于0.5%的情况下即可稳定运行。故汽轮发电机在很小的转差下异步运行一段时间，原则上是完全允许的。此时，是否需要并允许异步运行，则主要取决于电力系统的具体情况。例如，当电力系统的有功功率供应比较紧张，同时一台发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电网的电压水平时，则失磁后就应该继续运行；反之，如系统中有功功率有足够的储备，或者系统没有能力供给它所需要的无功功率，则失磁以后就不应该继续运行。①其异步功率较小，必须在较大的转差下（一般达到1%～2%）运行，才能发出较大的功率；②由于水轮机的调速器不够灵敏，时滞较大，甚至可能在功率尚未达到平衡以前就大大超速，从而使发电机与系统解列；③其同步电抗较小，如果异步运行，则需要从电网吸收大量的无功功率；④其纵轴和横轴很不对称，异步运行时，机组振动较大等因素的影响，因此水轮发电机一般不允许在失磁以后继续运行。因此在发电机上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，并采取必要的措施，如发出信号、自动减负荷、或动作于跳闸等，以保证发电机和系统的安全。在正常运行时，δ<90º；一般当不考虑励磁调节器的影响时，δ=90º为稳定运行的极限；δ>90º后发电机失步。在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐减小，发电机的电磁功率P开始减小，由于原动机所供给的机械功率还来不及减小，于是转子逐渐加速，使Ed与Us之间的功角δ随之增大，P又要回升。在这一阶段中，sin(δ)的增大与Ed的减小相互补偿，基本上保持了电磁功率P不变。l与此同时，无功功率Q将随着Ed的减小和δ的增大而迅速减小，按上式计算的值将由正变为负，即发电机变为吸收感性的无功功率。上式中的Us、Xs和P为常数，而Q和为变数，因此它是一个圆的方程式，表示在复数抗平面上。由于这个圆是在某一定有功功率Ｐ不变的条件下做出的，因此称为等有功阻抗圆。机端测量阻抗的轨迹与Ｐ有密切关系，对应不同Ｐ的值有不同的阻抗圆，且Ｐ越大时圆的直径越小。发电机失磁以前，向系统送出无功功率，功率因数角为正，测量阻抗位于第一象限，失磁以后随着无功功率的变化，功率因数角由正值变为负值，因此测量阻抗也沿着圆周随之由第一象限过渡到第四象限。对汽轮发电机组，当δ=90º时，发电机处于失去静态稳定的临界状态，故称为临界失步点。此时输送到受端的无功功率为：式中为Q负值，表明临界失步时，发电机自系统吸收无功功率，且为一常数，故临界失步点也称为等无功点。此时机端的测量阻抗为发电机在输出不同的有功功率而临界失稳时，其无功功率恒为常数。因此，功率因数角为变数，也是一个圆的方程，其圆心的坐标为（0，-（Xd-Xs）/2），圆的半径为（Xd+Xs）/2）。这个圆称为静稳阻抗圆，也称等无功阻抗圆。其圆周为发电机以不同的有功功率P临界失稳时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为静稳破坏区。当发电机空载运行失磁时，s≈0，R2/s≈∞，此时机端的测量阻抗为最大
当一台发电机失磁前在过激状态下运行时，其机端测量阻抗位于复数平面的第一象限（如图中的a或a′点），失磁以后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动。当它与静稳圆（等无功圆）相交时（b或b′点），表示机组运行处于静稳定的极限。越过b（或b′）点以后，转入异步运行，最后稳定运行于c（或c′）点，此时平均异步功率与调节后的原动机输入功率相平衡。 机端的测量阻抗为最大
当发电机空载运行失磁时，s≈0，R2/s≈∞，此时机端的测量阻抗为最大当发电机在其他运行方式下失磁时，将随着转差率的增大而减小，并位于第四象限内。极限情况是当S→∞,R2/s趋近于零，Zg的数值为最小。当发电机向外输送有功和无功功率时，其机端测量阻抗位于第一象限，它与轴的夹角为发电机运行时的功率因数角。当发电机只输出有功功率时，测量阻抗位于R轴上的2点。当发电机欠激运行时，向外输送有功功率，同时从电网吸收一部分无功功率（Q值变为负），但仍保持同步并列运行，此时，测量阻抗位于第四象限的3点。l当采用0º接线方式时，故障相测量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路点到保护安装地点之间的阻抗Zd，如继电器接于非故障相，则测量阻抗的大小和相位需经具体分析后确定。l根据等值电路和振荡对保护影响的有关分析，振荡中心即位于处，此时机端测量阻抗的轨迹沿直线变化，当=180°时，测量阻抗的最小.发电机失磁后，转子励磁绕组电压的变化随失磁方式而不同。先分析失磁初期的情况。励磁绕组直接短路而失磁时立即降到0；而励磁绕组经灭磁电阻短接而失磁时，立即变为负值，然后随一同衰减；励磁绕组经整流器闭路而失磁时，立即降到很小的负值；灭磁开关误跳闸使励磁回路开路而失磁时，则降到很大的负值再衰减。在发电机因失磁而失步之后，除励磁绕组直接短接者外，各种失磁方式下，都要随滑差周期性地波动。失磁保护的转子判据，便是根据失磁后初期下降（以至到负）的特点来判别失磁故障。转子判据有两种整定方式。整定值固定的转子判据，由转子欠电压继电器来实现，可整定为Ufset=0.8Uf0整定值固定的方式，在发电机输出有功较大情况下发生部分失磁时，测量阻抗可能已越过静稳边界，但仍大于动作值，以致转子判据电路仍未动作。因此，目前趋向于采用按当前有功负荷下静稳边界所对应的励磁电压整定。发电机在某一有功负荷P时失磁，其达到静稳边界所对应的励磁电压Uf也是某一定值。转子欠电压继电器即按此值整定，当P改变时，整定值跟随改变。
