我国电气化铁道采用电压等级为25kV的单相工频交流电为电力机车供电。为了降低单相负荷引起的负序电流含量,国内外铁路系统普遍通过设置电分相,采用循环换相的方法来实现。运行过程中发现,电力机车/动车组在通过电分相装置时,发生了多次电弧烧毁接触线及吊弦的事件和过电压击穿机车放电间隙导致金属性接地短路,引起变电所故障跳闸事故,严重影响了铁路运营安全。因此,系统的研究电力机车过电分相的暂态过程,探索故障机理,对于电气化铁路尤其是高速铁路客运专线的建设和运营有重大指导意义。本文首先详细介绍了两类电分相的结构和电力机车/动车组通过电分相方法,并进行了技术性和经济性比较。以关节式电分相为重点,建立了电力机车/动车组和关节式电分相的数学模型。运用电路原理,分析了电力机车/动车组在断电情况下过关节式电分相时,线路上各种电量的暂态变化过程,推导了以中性线对地电压为变量的电路全响应公式,并进行了理论计算,从而确定了导致机车放电间隙被击穿,造成接地短路的过电压性质为合闸过电压。其次,使用MATLAB工具软件对电力机车/动车组在断电和带电两种工况下过关节式过电分相过程,进行了仿真分析,研究各种因素对过电压的影响,验证理论的正确性。最后,在现场数据和理论分析的支撑下,提出了有效的解决措施和合理的改进建议。