近年来我国高速铁路飞速发展,电力配电系统为高速铁路车站和沿线的全部非牵引电气负荷承担供电任务,是铁路信号系统的唯一供电电源,关系到高速铁路的正常运行,因此应对其供电可靠性提出更高要求。当前高速铁路配电系统发展水平不一,其故障诊断与故障定位方法还比较传统,与中国国家铁路集团有限公司提出发展智能高铁的宏伟蓝图仍有较大差距。本文从当前高速铁路的实际发展需求出发,通过调研分析与总结现有高速铁路配电系统存在的不足,借鉴电网发展过程中提出的智能故障诊断方法与电力输电线路的故障测距方法,为高速铁路配电系统提供一套比较全面的故障诊断与故障定位方法。本文首先构建了高速铁路配电系统总体架构,并以西成高速铁路为例,分析了剑门关10k V配电所的实际电气主接线结构与继电保护投入方式;根据广元至剑门关区段综合贯通线的实际运行工况,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了两配电所间的高速铁路电力贯通线仿真模型,详细分析了模型各组成部分的特点与运行参数,并进行贯通线运行工况的仿真研究。针对高速铁路配电系统故障元件的确定,本文研究了基于贝叶斯网络模型的故障元件诊断方法。根据高速铁路配电所的实际电气接线结构,结合继电保护配置,抽取母线、变压器、线路等关键电气元件,构建基于故障元件的贝叶斯网络模型;通过实际算例,在Ge NIe Modeler平台上推理计算贝叶斯网络故障模型中各节点的故障概率,分析确定故障元件,验证模型及算法的正确性。本文研究了基于小波变换求取故障电流模分量极大值的高速铁路贯通线故障类型识别方法,采用相模变换推导各类故障工况下的模故障分量特征判据,在高速铁路电力贯通线仿真模型上进行不同故障距离、故障接地电阻、故障初相角条件下的仿真分析,通过分析仿真数据验证与修正了故障类型识别判据。针对高速铁路电力贯通线故障位置的确定,本文首先设计了一种改进贯通线电缆分支箱的故障区段定位方法,该方法仅能将贯通线故障定位在接近3km的故障区段;为实现贯通线故障的精确定位,本文研究了基于D型行波测距法的贯通线故障定位方法:比较了A型与D型行波测距法的原理与特点,深入分析了D型行波测距法可能产生的测距误差。分别研究了采用小波变换(WT)、Hilbert-Huang变换(HHT)及变分模态分解与Teager能量算子结合(VMD+TEO)三种对故障行波信号进行检测与提取的方法。在Matlab/Simulink仿真平台上验证采用D型行波测距法与三类信号检测方法相结合进行高速铁路电力贯通线故障测距的有效性,并在测距精度、故障类型与过渡电阻的适应性及抗噪声能力等方面进行比较分析,结果表明三类方法均可实现对贯通线路故障的精确测距,其中基于VMD+TEO的D型行波测距法在噪声环境下仍然保持了较高的测距精度,是高速铁路贯通线故障测距的优选方案。