我国电气化铁路目前正朝着长距离、大功率的方向发展。随着动车组的广泛应用,电分相成为制约动车组速度提升的一个瓶颈,同时过电分相时的暂态过程也会对动车组的安全运行造成威胁。本文研究了一种新型电缆牵引供电方式,该供电方式供电能力更强,可以解决现有供电方式下无法从根本上得到解决的负序和过分相问题,最大程度的减少电分相数目,甚至取消电分相。作为一种新型的牵引供电方式,新型电缆牵引供电系统的结构和电压等级都与现有的牵引供电方式不同。电缆牵引网中出现两种电压等级,同时电缆的对地电容也会对电缆牵引网的电气特性产生影响,因而需要对其电气特性进行研究。由于电缆对地电容效应较架空接触线更为明显,且牵引供电系统的结构也有明显不同,现有牵引供电系统中常用的距离保护和电流保护应用于电缆牵引网时,可靠性和灵敏性都受到影响,因此需要对电缆牵引网的短路特性进行分析,并研究适用于电缆牵引网的继电保护方案。本文研究内容如下：(1)提出一种考虑电缆分布式电容效应的电缆牵引网等效模型,该模型将具有两种电压等级的系统规算到同一电压等级。在此基础上建立电缆牵引网的潮流模型,分析补偿系数及电压、电流间相互作用对潮流计算的影响,并利用Matlab/Simulink精确仿真验证模型的精确性。(2)基于电缆牵引网的等效模型和潮流模型,从短供电回路内电流的分配规律、电缆牵引网的等效阻抗特性、电缆线路的费兰梯效应及电缆牵引网的供电能力等几个方面对电缆牵引网的电气特性进行研究。1)得到了电缆牵引网的等效阻抗特性。2)电缆长度、电缆的布置间距及系统漏抗和费兰梯效应正相关,并联电抗器补偿系数和费兰梯效应负相关。3)在京沪高铁线路和重载铁路实际线路负荷情况下,通过仿真验证电缆供电方式的供电能力更强。(3)提出基于分段电缆法的电缆系统短路特性分析方法,得到了二次侧绕组中点接地系统发生单相接地短路和两相之间短路的短路特性,并利用Matlab/Simulink验证了该方法的正确性。利用基于故障相电缆分析法的电缆系统短路计算方法推导了多路电缆并联系统发生不对称短路时短路电流的通用计算公式,并通过仿真验证其精确性。(4)提出一种适用于电缆系统的低电压启动电流差动保护方案。该方案利用电缆牵引网中电缆系统的对称性特点,通过线路电压及横差电流和纵差电流对电缆牵引网对称短路与非对称短路进行判定,并通过Matlab/Simulink对该方案的有效性进行验证。