牵引供电系统是高速铁路动车组唯一动力来源,牵引网作为牵引供电系统最薄弱环节,提高其供电可靠性是提高整个系统供电可靠性,保证高速铁路安全稳定运行最有效的途径。既有牵引网保护以供电臂为保护单元,牵引网故障会引起整个供电臂供电中断,扩大了故障停电范围,影响正常行车组织。准确的牵引网故障测距技术可以为故障抢修节省时间,使得牵引网测距问题一直是研究的热点。因此,开展更有效的牵引网保护及更准确的故障测距方案研究具有重要意义。首先,本文在分析既有高速铁路牵引网保护方案的基础上,结合牵引网分段测控系统,根据牵引网故障时电气量的变化规律,将低电压启动和电流差动保护应用于AT供电方式下的牵引网保护,建立了以AT段为保护单元的基于双端电气量的牵引网保护方案。理论分析和仿真试验表明,该方案可有效缩小事故停电范围,具有较高的选择性。其次,本文采用广义对称分量法,通过建立牵引网复合序网模型,分析了短路阻抗特性,绘制出AT牵引网短路阻抗特性曲线,构建了基于双端电气量的牵引网故障测距方案,并给出了故障测距算法与实现流程。仿真结果表明,该测距方案有效且测距精度较高,为现有高速铁路牵引网故障测距提供了新途径。最后,结合大(同)西(安)线,本文研究了基于双端电气量的牵引网保护和故障测距方案的工程应用。通过在不同位置处开展不同故障类型的牵引网短路试验,分析验证了牵引网保护方案的可靠性;通过对故障录波数据的分析,证明了牵引网故障测距方案的有效性,为其工程应用提供重要参考。