交通拥堵成为制约城市发展的重要因素,发展城市轨道交通成为解决城市交通拥堵的最有效的方法,直流牵引供电安全关系到城市轨道的正常运行,因此对直流牵引供电系统的运行特性、故障分析、保护分析的研究具有十分重大的意义。本文对直流牵引供电系统工作原理进行了分析,对直流牵引供电系统进行了建模,分析研究了直流牵引供电系统故障特性,分析了直流牵引供电系统的主保护和后备保护,针对主保护的局限性提出了两种新型保护方法。完成的主要内容如下:首先,介绍了城市轨道交通供电系统和整流机组整流原理,基于Matlab搭建了24脉波整流机组模型,仿真得到了12脉波、24脉波的整流电压波形并进行了对比分析,基于回流系统分布参数对直流牵引供电系统进行了建模。然后,分析研究了回流系统分布参数,搭建了直流牵引供电系统短路模型,仿真分析了直流牵引供电系统在单边供电、双边供电、大双边供电条件下的短路特性,分析了目前直流牵引供电系统采用的几种主要保护,重点对电流上升率及电流增量保护(DDL保护)进行了分析,DDL保护不断对直流馈线中的电流上升率进行监视,如果达到整定值,增量保护启动,如果电流增量也达到整定值,保护动作。其次,搭建了单机车启动、双机车同时启动、双机车相继启动模型。仿真分析了目前直流馈线主保护DDL保护的局限性,提出了一种基于电流积分值、电流平均值与最大值比值的新型保护方法,仿真验证了该方法的可行性。最后,基于回流系统分布参数提出了功率平衡的保护方法。介绍分析了影响该保护方法的主要因素,仿真分析了在双边供电条件下、大双边供电条件下的等效线路损耗功率,验证了该方法的可行性,并将此方法与前文提到的基于电流积分值、电流平均值与最大值比值方法进行了对比,解决了基于电流积分值、电流平均值与最大值比值方法在速动性方面的不足。