城市轨道交通具有出行方便,环保绿色,运行效率高,运输能力强等优点,地铁作为其中的重要交通工具成为很多市民的优先交通选择。四轨牵引供电系统采用接触轨供电、回流轨回流的供电方式,回流轨取代钢轨回流从根源上消除杂散电流,彻底解决杂散电流腐蚀问题。目前四轨牵引供电系统继电保护研究还存在一些问题亟待解决,本文针对四轨牵引供电系统单极对地故障进行深入研究并提出对应保护方案,实现故障区段的快速检测与切除,减小停电范围,降低故障损失。首先对单极对地故障进行故障分析,将故障电路等值网络通过负荷分量网络和故障分量网络两部分叠加进行等效;分别从正极对地故障以及负极对地故障两方面进行故障分量网络模型推导与结构简化;基于简化后的故障分量网络进行故障分量电流分布研究,通过对比分析故障区段以及非故障区段两侧故障分量电流,对故障区段以及非故障区段作出区分;分析了不同过渡电阻下故障分量电流的变化规律。接下来提出电流差动保护作为单极对地故障的主要保护方法;对电流测量装置进行误差分析;对采样值的同步方法进行分析;通过故障极判定区分正极对地故障和负极对地故障;对电流传感器断线以及电压传感器断线分别提出了对应的传感器断线自检方案;从硬件结构和程序设计两方面对单极对地故障保护方案进行设计。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建四轨牵引供电系统仿真模型,分别从不同故障极、不同过渡电阻、电流传感器断线以及电压传感器断线四方面对保护方案进行仿真验证。