随着铁路交通的运行速度越来越快,高速列车的占比越来越高,高速列车的运营安全性及各系统的运行可靠性得到越来越高的关注,相应的检修工作量也随之倍增,若没有高效、科学、精确的检修计划,必将造成人力、物力、财力的极大浪费。差动保护系统是动车组牵引主电路实现实时监控的重要保障,若发生故障或误动作将会影响整个动车组的正常运营,其可靠度直接影响列车运行的安全性及稳定性。因此,对动车组差动保护系统的可靠性研究对高速列车能够安全平稳的运行、铁路交通秩序能够保证长久的稳定具有极大的实际意义。本文以动车组差动保护系统为研究对象,分析了系统主要元件的故障模式和故障机理,构建动车组差动保护系统故障树模型。采用下行法计算得出故障树模型的最小割集数量为85个。首先针对具有高可靠性的动车组差动保护系统仅仅能够获取小样本故障数据的特点,采用支持向量回归机对小样本数据集进行扩容处理,充足大量的样本数据能够保障可靠性研究的准确性。在已经搭建好的动车组差动保护系统故障树模型基础上,收集各底事件的截尾故障数据及相应的先验知识并对故障数据集进行研究分析,选取各底事件发生分布函数为二参数威布尔分布,采用贝叶斯估计法结合马尔科夫链与最大似然估计法来对底事件发生概率分布函数的参数进行估计,得到各个底事件的概率密度分布函数为动车组差动保护系统的可靠性研究做准备。引入了传统蒙特卡洛法,针对已建立的故障树模型,利用各个底事件概率密度分布函数的反函数进行大量抽样来模拟重复性实验,将抽样结果作为构造出的顶事件布尔函数的输入,对输出的结果进行曲线拟合以得到系统故障概率分布函数,绘制系统故障分布曲线进而找出动车组差动保护系统故障的变化规律。并对各底事件的重要度大小进行了计算以找到系统的薄弱环节。最后将数学概念多级蒙特卡洛法引入了工程领域进行可靠性仿真分析,对所有割集进行分级嵌套,在达到相应要求精度的情况下放弃对部分割集的计算,发现计算结果与传统蒙特卡洛法相似并能极大地减少计算时间。通过计算各元件对系统可靠性重要度大小找出了动车组差动保护系统的薄弱环节,发现绕组对差动保护系统的重要性最高,且铁芯锈蚀、谐振、外部短路、绝缘破损等事件的重要度较高应在检修中重点关注。研究结果证明本文所提方法在对如动车组等大型复杂系统进行可靠性研究时具有极大的优越性,能够适应当下快速可靠性计算的需求,为制订科学的检修计划、运营维护决策、产品的优化设计等提供了参考理论依据。