我国西部平均海拔较高,部分线路区段位于高寒高海拔的恶劣环境中,例如甘青线路地处山区腹地,长大坡道连续,隧道群密集,造成牵引变电所左右供电距离不同,供电臂牵引负荷不均,这给牵引供电方案设计造成困难;而电分相作为牵引供电系统的电气薄弱环节,在动车组通过电分相时过电压现象不时发生,受地理位置的限制,某些山区的电分相不得设置在隧道内,隧道内电分相的过电压问题的研究相对较少。本文通过理论分析和仿真对牵引供电方案设计和动车组通过隧道内关节式电分相的过电压进行了研究。首先对比了目前常用的牵引网供电方式,从结构特点、供电能力和工程造价对比了各供电方式的优缺点;比较了单相接线、Y/Δ接线、Scott接线和V/x接线四种不同的牵引变压器,结合各变压器的特点,提出一种新型牵引变压器,能将AT供电方式和TRNF供电方式结合使用,并从稳态运行特性、容量利用率、负序特性和供电能力对该变压器进行分析,以双朋西牵引变电所为研究对象,提出了三种供电方案。其次从理论的角度对动车组通过关节式电分相过程进行分析计算,推导了电分相中性线对地电压的数学公式,分析了中性线电压的影响因素;随后对比了隧道外和隧道内牵引网导线电气参数的计算方法,推导了导体在隧道内的电位系数函数,给出了隧道内电分相中性线分布电容的具体计算公式。然后简单介绍了PSCAD电磁暂态仿真软件的功能和用法,在PSCAD中搭建了双朋西牵引供电系统仿真模型,从供电能力和负序影响对三种供电方案进行仿真对比。仿真结果表明,在相同的仿真条件下,新型牵引变压器比Scott牵引变压器的供电能力强,产生的负序影响和V/x牵引变压器的负序影响基本相同。最后对比了动车组通过隧道内和隧道外关节式电分相产生的过电压大小,动车组通过隧道外电分相的最大过电压幅值为86.88k V,隧道内电分相的最大过电压幅值为115.53k V,比隧道外高32.98%,是牵引网额定电压幅值的3.27倍。针对隧道内电分相过电压问题,提出将电分相的金属中性线替换为非金属线的抑制方案,仿真结果显示,非金属中性线的最大过电压幅值为50.2k V,比金属线过电压降低约56.55%,仅为牵引网额定电压幅值的1.42倍,可有效地降低动车组过分相时引起的操作过电压。