本申请提供一种垂直轴风机对转自保护装置及海上垂直轴风力发电系统，所述垂直轴风机对转自保护装置包括沿水平方向同轴且对向设置的两个第一锥齿轮；沿竖直方向同轴且对向设置的两个第二锥齿轮，其中，位置靠下的第二锥齿轮与位于其下方的垂直轴风机同轴地固定连接；转速同步单元，用于在两个垂直轴风机的转速之差大于预设的阈值时使其转速切换为相同；外壳，用于容置转速同步单元、第一锥齿轮以及第二锥齿轮，并使两个第一锥齿轮与两个第二锥齿轮互相啮合地转动。本申请的技术方案能够在两个垂直轴风机的转速差较大的情况下及时对转速进行锁定，消除了对浮台基座施加的转矩，有效地提升了海上风力发电系统的安全性与平稳性。