解决交通拥堵问题必须要大力建设城市轨道交通。地铁供电是保障城市轨道交通稳定运转的核心。牵引供电系统故障将会致使整个城市经济的巨大损失,同时会危害乘客们的人身财产安全,影响社会的正常运转秩序。所以深度研究地铁牵引供电系统故障,探索对应的保护方法,对实现城市轨道交通的有序稳定运行具有重要的理论和实际意义。因此,本文以西安地铁为例,对其供电系统的组成、运行原理、仿真模型、故障以及故障保护等进行研究。具体工作内容如下:1)深入研究西安地铁4号线供电系统的高压系统、中压环网系统和牵引供电系统的运行原理、主电路拓扑以及列车交流传动机理等,分析了各电压等级设备故障时保护控制开关动作情况,为地铁牵引供电系统仿真模型、故障建模和保护研究提供理论基础。2)对地铁牵引供电系统中的主变电站、整流模块、牵引网和列车传动系统建模,并在MATLAB/Simulink中验证地铁牵引供电系统数学模型,仿真结果表明:搭建的仿真模型与实际输出结果相符合,接触网电压波形与实际一致,同时牵引供电系统带负载列车模型也符合实际工况,说明了所搭建仿真模型的有效性和可行性,为牵引供电系统短路故障和保护研究提供实验基础。3)完成了单边、双边供电场景下的牵引供电系统短路故障分析、短路故障仿真。仿真结果表明:短路电流上升率按指数函数规律衰减。针对实际短路电流故障,研究馈线保护机制,过电流保护、ROR电流变化率保护等的基本原理。并且针对研究的基于电流积分值、电流均值与峰值比值的保护方法中阈值设置不灵活的特点,提出基于模糊推理的保护算法,在保护供电系统安全的同时,避免列车起动电流过大造成的保护误动。最后用西安地铁实际故障验证了模型的正确性和金属性故障下保护的有效性。