近年来,城市轨道交通快速发展,逐渐成为人民日常出行最重要的交通工具,保障直流牵引供电系统的安全可靠运行是城市轨道交通安全稳定畅行的基础,对直流牵引供电系统直流侧结构的分析、短路故障的及时高效可靠的识别以及短路故障发生后的快速定位问题成为我们重要的研究课题。本文重点提出直流牵引供电系统金属性短路时短路故障电流有效辨识方法。针对城市轨道交通直流牵引供电系统定位难的问题,分别提出一种利用故障发生后的暂态数据进行故障测距的算法以及考虑到工程实际,直流牵引供电系统中存在轨地回流系统,提出一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态测距算法。本文在对直流牵引供电系统进行了介绍,包括24脉波整流器、钢轨及接触网、电力机车、交流传动模块。利用MATLAB/Simulink模块搭建了城市轨道交通直流牵引供电系统仿真模型。得到机车起动电流及牵引网与钢轨发生短路时的故障电流波形。利用小波辨识对信号的奇异性检测,结合两种电流的特性,提出利用小波分析区别机车起动电流及短路故障电流。利用db4小波的四层分辨率分析验证了多组仿真数据及实测短路数据,结果证实了本文提出辨识方法的有效性。针对短路故障发生后的快速定位问题,本文提出利用分布式参数模型中的贝瑞隆模型对直流牵引供电系统中的接触网进行等效,利用短路点电压最低的原理进行故障定位。考虑到实际运营线路中接触网参数可能发生改变,避免牵引网参数不准确对测距结果造成影响,进一步提出利用参数估计的方法。大量仿真结果表明:本文提出的基于贝瑞隆模型的时域故障定位算法定位精度较几种传统的测距算法精度高,且不受故障发生位置的影响。传统的故障测距方法都是利用故障发生后的暂态电气量,但钢轨的集肤效应、采样装置的延时性等问题都会对利用暂态数据的故障定位法的定位精度产生较大的影响。因此本文提出在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线开关柜的线路测试电路将直流牵引网电压加在接触网与钢轨之间,利用两次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。本文在CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置以及过渡电阻对于测距精度的影响。实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的两种情况,验证了该双端稳态测距算法的有效性和实用性。