我国高速铁路多采用高架桥方式敷设,牵引供电接触网的导线对地高度接近、甚至超过了电力系统11OkV输电线路,接触网引雷能力较强,而其绝缘水平仅与35kV架空配电线路相当,且未采取措施提高耐雷性能,导致接触网的雷击故障十分严重。运行经验表明,高速铁路接触网每百公里·年的雷击跳闸次数高达几十次,是普速铁路接触网的5倍,高出110kV架空输电线路2个数量级,与高速铁路高安全可靠性要求极不匹配,如何有效提高接触网的耐雷性能是我国高速铁路亟待解决的技术问题。然而,高速铁路接触网雷电防护并没有现成的技术模式可遵循,需要在雷电过电压建模计算方法、防护方案和防护装置三个方面开展深入研究。针对高速铁路接触网雷电防护问题,本文开展的主要研究工作和获得的结论有:研究了高速铁路高架桥雷电电磁暂态计算模型建立方法,为简化问题,论证提出了通过对高架桥桥墩、箱梁结构单元电磁解耦,先分别建立桥墩、箱梁的雷电电磁暂态等值电路,然后组建成整体高架桥暂态计算模型的思路。提出了以策动点函数有理逼近和电路实现为核心的结构单元雷电电磁暂态等值电路建立方法,该方法可考虑结构单元复杂钢筋网络系统的实际细部结构,应用时无需简化钢筋网络结构,建模精度高;首次开展了高架桥桥墩的冲击响应试验,验证了结构单元建模方法的有效性;建立了高速铁路典型高架桥结构单元的暂态计算等值电路,为接触网雷电过电压准确仿真计算奠定了基础。研究了雷电回击电磁场计算中大地损耗的处理方法,建立了雷电回击电磁场激励下的接触导线计算模型,提出了可考虑大地损耗特性、模拟避雷器动作和绝缘子闪络过程的接触网雷电感应过电压计算方法,建立了仿真程序,通过算例验证了计算方法和程序的有效性,为接触网雷电感应过电压仿真计算提供了手段。建立了高速铁路接触网雷电过电压和雷击闪络率计算模型,计算了不同高度、不同大地电阻率情况下接触网的雷电过电压分布、耐雷水平和雷击闪络率,基于对计算结果的分析,获得了接触网的雷击闪络特征:接触网雷击闪络率平均高达41.5次/(100km·a)(归算到40个雷暴日),直击雷与感应雷的贡献比例约为12:1,雷击闪络多发生在F线,直击雷闪络率主要受导线高度的影响,而感应雷闪络率主要与大地电阻率有关。研究了高速铁路接触网雷电防护方案,提出了防直击雷为主,兼防感应雷;保护F线为主,保护T线为辅的接触网雷电防护技术策略。对采用架设避雷线、安装避雷器、安装绝缘子并联保护间隙防护时,接触网的雷击闪络率进行了建模计算,根据计算结果,提出了满足不同可靠性要求的接触网雷电防护综合方案:优先采用设置避雷线或在F线的每个绝缘子上安装带串联间隙避雷器,其中,避雷线的方案宜通过抬高PW线实现。当需要进一步防止雷击造成绝缘子损坏导致永久性故障时,可在上述两种方案的基础上,辅之以绝缘子并联保护间隙进行防护加固。对于雷电活动强烈区段,需要进一步降低雷击跳闸率时,可采用抬高PW线兼做避雷线,同时在F线、T线每个绝缘子上安装带串联间隙避雷器的防护方案。本文提出的方案已在京沪高铁、武广高铁部分实施。开展了接触网用带串联间隙避雷器关键技术研究,提出了一种分体式集成绝缘子一体化装配的带串联间隙避雷器结构设计方案,间隙放电稳定,设计了一种保证避雷器长期稳固安装的U型抱箍安装金具,提出了一种避雷器本体防爆方法,研究确定了避雷器的关键技术参数,提出了雷电冲击伏秒特性试验、振动试验和短路防爆试验三项技术性能检验试验的试验条件和试验方法,研制出避雷器样品,通过了试验考核,定型避雷器产品已在京沪高铁昆山南变电站供电区间挂网运行,效果良好。开展了接触网用绝缘子并联保护间隙研发,保护间隙采用羊角形结构设计,放电电压长期稳定,研究确定了保护间隙的制造材料和保护间隙距离等关键技术参数,提出了雷电冲击伏秒特性试验、热稳定试验和工频电弧燃烧试验三项性性能检验试验的试验条件和试验方法,装置样品通过了试验考核,具备产品定型生产条件。综上所述,本文的主要创新成果有:1)建立了高速铁路高架桥箱梁、桥墩结构单元复杂钢筋网络系统的雷电电磁暂态计算模型,首次开展了桥墩冲击响应试验,验证了建模方法和桥墩模型的有效性。提出了可考虑大地损耗特性、模拟避雷器动作和绝缘子闪络过程的接触网雷电感应过电压计算方法,建立了计算软件。2)获得了高速铁路接触网雷击闪络特征:雷击闪络率平均高达41.5次/(100 km·a)(归算到40个雷暴日),直击雷和感应雷的贡献比例为12:1,雷击闪络绝大多数发生在F线。提出了高速铁路接触网基于可靠性要求综合应用避雷线、避雷器和并联间隙的雷电防护方案,方案已在京沪、武广高铁部分实施。3)提出了分体式集成绝缘子一体化装配的串联间隙避雷器结构设计方案和避雷器本体防爆方法,以及检验避雷器装配耐长期振动疲劳的模拟试验方法,研制出的产品通过了短路防爆试验和200万次的疲劳振动试验,已在京沪高铁昆山南变电站供电区间挂网运行,效果良好。