采用单相工频27.5kV供电制式的电气化铁路,必然存在着电分相环节,以往的过分相方式因为中性段供电死区的存在不可避免造成电力机车的速度损失、能耗增加、暂态过电压、弓网拉弧等问题。虚拟柔性同相供电技术是在既有线路的中性段上采用虚拟柔性同相供电设备供电,能够较好的解决因供电死区而产生的一系列问题,应用前景广阔。继电保护是供电系统安全可靠运行的前提和保障,新型设备的引入必然需要相应的保护方案,因而对虚拟柔性同相供电装置的继电保护方案研究具有很重要的意义。本文首先分析了电力机车经虚拟柔性同相供电装置通过电分相的整个过程,给出了系统在各阶段时的拓扑图,结合拓扑图阐明了虚拟柔性同相供电装置的工作原理。针对牵引供电系统中电分相左右两侧供电臂电压的特性,虚拟柔性同相供电装置采用了调幅移相和功率控制技术实现了不断电过分相。本文对虚拟柔性同相供电装置所采用的调幅移相算法和功率控制算法进行分析,并搭建了相应虚拟柔性同相供电装置过分相系统的仿真模型。再者由于虚拟柔性同相供电技术不取消电分相是在既有的线路上增设虚拟柔性同相供电装置。虚拟柔性同相供电装置与两侧异相供电臂和过分相列车都存在复杂的耦合关系,本文结合采用虚拟柔性同相供电装置过分相的拓扑图对线路中可能出现的接触网末端短路或断路、中性段短路、虚拟柔性同相供电装置与中性段断线以及供电臂两端的相间短路等故障进行分析,提出了相应的保护方案。最后应用实验室RTDS仿真平台对列车经虚拟柔性同相供电装置自动过分相的整个过程以及各种故障形式进行仿真,验证本文所提出的保护方案的可行性。