城轨目前多采用直流供电方式,存在杂散电流腐蚀、变压器直流偏磁、直流断路器灭弧与再生制动能量利用不足等一系列问题影响了供电质量和供电安全。相比直流供电方式,交流供电方式具有供电能力强、供电距离长等优点,特别是电缆供电技术的日益成熟,为城轨牵引供电系统发展提供了新途径。此外,与干线铁路相比,城轨站间距小,机车运行组织方式、牵引与制动特性有一定差异,使得采用交流供电方式的城轨牵引回流具有一定特殊性,直接影响设备与人身安全。因此,开展城轨交流供电方式下牵引回流特性研究具有重要意义。本文首先对隧道区段牵引网电气参数进行计算,基于Carson理论与Tylavsky理论得到牵引网导线阻抗参数,并与实际测量值进行比较,证明理论计算值与实测值中电阻参数基本一致,采用Tylavsky理论计算的电抗参数值比Carson理论更接近于实测值,因此本文采用Tylavsky理论计算了城轨隧道区段牵引网阻抗参数。其次,以国内某条采用带回流线直供方式的城轨线路为例,依据城轨综合接地系统设计原则与设计方案,基于CDEGS仿真平台计算了综合接地系统中各接地极的接地电阻值。利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了带回流线直供方式牵引供电系统仿真模型,计算了隧道内跨步电压,研究了不同接地方式、行车间隔与运行模式下钢轨电位的分布规律,提出了减小回流线与钢轨横连间距、增设贯通地线等降低钢轨电位的措施,并验证了上述措施的有效性。最后,研究了直接供电方式下采用电缆的新型供电方案,建立了相应的城轨牵引供电系统仿真模型。对比常规供电方案,仿真验证了电缆供电方案可以有效延长供电距离,提升供电能力,改善牵引回流分布并降低钢轨电位,较好地满足了城轨对安全高效运行的要求,具有良好的工程应用价值。