近年来,随着经济的快速发展,电力需求日益增加,越来越多的特高压输电工程进入到我国电力建设当中。雷击输电线路造成的故障是影响电网安全稳定运行的重要因素,我国的特高压输电线路在设计论证过程中,雷电屏蔽性能的评估是讨论的热点问题之一。特高压输电线路杆塔结构尺寸大、工作电压高,上行先导对屏蔽性能的影响加剧,尽管目前已有多种输电线路雷电屏蔽分析方法,但它们对特高压线路雷电屏蔽性能预测结果的可信度难以保证,如何科学的描述雷击输电线路先导连接物理过程以提高雷电屏蔽性能评估的有效性是有待解决的研究难点。本文重点研究了雷击输电线路的物理机制,综合应用理论分析、实验研究和仿真建模等手段,通过探索与创新研究改进了雷击过程中涉及的一些关键参数判据和建模方法,进一步完善了雷击输电线路的物理仿真模型,为特高压输电线路雷电屏蔽性能的研究提供了理论基础和更有效的分析方法。本文采取先导通道线电荷与头部点电荷相结合的模式表示雷电下行先导通道内的电荷分布情况,引入放电分支系数描述负极性雷电下行先导发展过程中的分叉现象,建立了下行先导通道电荷量与闪电形状的数学分析模型,通过雷电放电观测结果获取下行先导通道几何特征,进而提出了纳入雷电分支影响的下行先导通道电荷分布模型；基于雷电放电光学观测结果提出了负极性下行先导发展模式,利用气体放电分形理论模拟下行先导的随机发展路径,给出了雷电先导放电击穿场强阂值与先导所处海拔高度的关系式,建立了负极性雷电下行先导随机发展模型；采用本文下行先导随机发展模型仿真模拟了雷电放电发展过程,计算了先导放电路径的分形维数以及下行先导发展过程中的地面电场变化,计算结果与自然负极性地闪的观测结果较为一致,证明了本文雷电下行先导通道模型的有效性,并进一步探讨了雷电下行先导对地击距。通过开展实验室典型棒-线、棒-棒间隙的放电试验研究,探讨了长间隙放电过程中的空间电荷效应,证实了空间电荷对电极周围电场的畸变作用；基于正极性先导放电理论,参考国内外雷电观测与长间隙放电的已有研究成果,将由空间电荷引起的导线附近电位畸变与上行先导放电发展过程联系起来,建立了雷电下行先导作用下导线表面正极性上行先导起始物理过程的数值仿真模型,采用模拟电荷法计算分析了雷电先导下行过程中线路周围空间电场的分布特征,结果表明：稳定上行先导起始时刻导线附近平均电场强度达到流注场强的区域长度几乎不受雷电参数和导线参数的影响,从而提出了一种适用于输电线路雷电屏蔽分析的上行先导起始新判据-平均背景电场判据,并进一步讨论了先导放电过程中关键物理参数对平均背景电场判据的影响；利用实验室条件下长间隙放电的观测结果验证了该判据的合理性,将本文先导起始判据与以往的判据进行对比分析,指出现有的输电线路上行先导起始判据可能会夸大上行先导对雷电下行先导的吸引作用。通过分析正极性上行先导放电发展过程中空间电场的时空分布特性,结合人工引雷实验观测数据,推导出了描述先导变速运动的上行先导发展速度计算公式,利用自然雷电作用下高塔上行先导发展过程的观测结果验证了该速度公式的有效性,并讨论了不同雷电参数下的上行先导发展速度变化情况；纳入上行先导携带电荷对空间‘电场的影响,建立了上行多先导发展的动态仿真模型,分析了上行多先导之间相互作用对先导起始及发展的影响,指出上行多先导间相互作用会延缓雷击先导的连接过程；以典型特高压直流输电线路为例,分析了线路表面起始的上行先导间相互作用、导线工作电压、杆塔保护角对输电线路雷击过程中上行先导起始与发展特性的影响,从先导起始时刻、发展速度、运动轨迹等方面揭示了输电线路上行先导竞争机制。结合本文对负极性雷电下行先导通道模型、正极性上行先导起始和发展特性等方面的研究,建立了雷击输电线路先导连接过程的物理仿真模型；基于该模型对典型超/特高压输电线路的雷电屏蔽性能进行了仿真计算,计算结果与输电线路遭受雷击的实际运行经验相符,验证了本文仿真模型对特高压线路雷电屏蔽性能评估的有效性：采用本文雷击物理模型评估分析了不同工况下超／特高压交直流同塔混架输电线路的雷电屏蔽性能,并提出了线路防雷设计可能的改进措施。本文研究工作涉及雷击线路过程中的诸多普遍性问题,其相关理论成果与技术创新丰富了输电线路雷电屏蔽设计与防护的基础理论和分析方法,对保障我国输电线路和电网的安全稳定运行具有重要意义。