雷击是电力系统稳定安全运行不能忽视的一个重大威胁。变电站接地网在系统遭受雷击时能将雷电流泄放入地、使地网导体各点电位趋于均衡、保障变电站内设备及运行人员的安全,其接地性能的好坏直接关系到变电站能否安全稳定运行。现有接地系统设计往往只从地网工频特性角度来评估地网的安全性能。但与工频电流相比,雷电流的频率和幅值要大得多,其流入变电站接地系统后,会导致冲击地电位升远大于工频短路的情况,地网电位分布更不均匀,仅评估地网的工频特性具有一定的局限性。地电位升会经接地的电缆屏蔽层耦合到导线中,可能会对二次设备造成极大的危害,且随着变电站自动化程度的提高,高精度集成模块制成的微电子设备大量应用于二次保护和控制系统,使得二次系统极易受到地电位升的干扰。此外,对于变电站二次系统的雷电电涌防护还没有统一标准。因此,开展关于接地网冲击特性及二次系统防护措施的研究具有重要意义。本文首先利用PSCAD软件建立了接地网在雷电流作用下的整体暂态电路模型。对地网各个节点的暂态电压分布规律进行了分析。分析了不同雷电流注入点、雷电流波形、土壤电阻率、地网面积和网孔大小对接地网冲击特性的影响,并对接地网暂态地电位升对二次设备及人员的安全影响进行了计算。仿真结果表明本文的计算方法满足工程计算精度的要求。其次,采用仿真与试验方法对用于低压供电系统的电涌保护器进行研究。在传统电涌保护器的基础上,设计了一种改进的电路结构。针对不同组合方式,不同退耦电感值条件进行大量的仿真计算,确定了合理的内部元件参数,仿真证明了改进的电路的有效性。制作了电涌保护器实物,并进行了冲击试验,仿真结果与试验结果能较好的吻合。利用搭建的整体仿真模型,验证了改进的电涌保护器对由暂态地电位升在低压供电线路上产生的暂态过电压具有很好的抑制效果。最后,通过理论分析和仿真计算对多级电涌保护器之间和保护器与负载的配合进行了研究。分别对前后级压敏电压不同的三种配合方式和时电缆长度时的SPD配合进行仿真,得到前后两级保护器上的电压、电流、功率和能量,选取最合理的配合方式,及在此配合方式下电缆长度的最佳范围。此外,还利用软件分别计算分析了在不同电缆长度下阻容和阻感负载电压的振荡情况,得出不同类型负载下电涌保护器的保护范围。