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目前,城市轨道交通大多采用直流牵引方式,电压等级较低且杂散电流问题突出,防不胜防,而工频单相交流供电制式接触网电压等级高,不存在像直流供电制式下迷流的电化学腐蚀问题,而且近年来的牵引供电技术以及动力机车交流传动技术均有了较大的突破,因此将交流供电技术应用于城市轨道交通将变得可能。钢轨电位问题一直是高速铁路、城际铁路以及城市轨道交通的关注重点,钢轨电位的升高不仅会影响机车的正常运行,还会对人身以及各种电气设备装置的安全构成威胁,因此有必要对交流供电方式下城市轨道交通钢轨电位进行研究。本文首先研究了地铁交流供电系统钢轨电位动态分布规律。计算分析交流牵引供电系统牵引网电流的分布规律,在此基础上建立了交流供电方式下单机车以及多机车静态牵引回流模型,推导单机车和多机车钢轨电位静态分布解析式,以机车运行位置为分界点,根据机车的牵引计算,建立机车取流值与机车运行工况之间的动态自适应映射,通过MATLAB仿真分析不同运行工况下的地铁单机车和多机车同时运行时的钢轨电位动态分布规律以及部分回流系统参数变化对钢轨电位分布的影响。其次针对城市轨道交通多处于地下隧道情况,本文在ANSYS有限元软件中搭建地铁隧道有贯通地线和无贯通地线情况的三维有限元模型,仿真分析交流供电方式下地铁钢轨电位分布以及隧道周围电位分布规律,以此确定交流干扰电压的防护范围,同时还分析了不同位置处土壤电阻率的大小、机车不同取流、牵引变电所回流长度对地铁隧道电位分布的影响。最后重点分析了减小机车取流,减小钢轨对地泄漏阻抗,缩短变电所间的距离,改善土壤电阻率,埋设贯通地线,采用支柱接地以及采用钢轨限制装置等降低钢轨电位的方法,并对贯通地线截面积的选择进行计算校验,确定了地线截面积的选择范围。