超高压输电线路输送容量大、分布广且常作为地区电网的主干线路,其安全可靠的运行对实现“西电东送,南北互供,全国联网”的电力发展战略尤为重要,研究表明,雷击目前仍是威胁输电线路正常运行的主要因素,特别是超高压输电线路,雷击跳闸率常年位于各类跳闸率首位,虽然国内外学者已对超高压输电线路雷电防护问题进行了多年研究,但输电线路雷害事故仍居高不下。本文针对目前超高压输电线路雷害严重的问题,采用雷电监测系统、多普勒天气雷达、电力系统过电压在线监测系统等设备,在分析研究雷电活动参数和规律的基础上,结合输电线路反击和绕击耐雷性能计算的规程原理,基于最优化、人工神经网络等数学方法,搭建了一个较为完整的超高压输电线路雷电全时空监测防护系统,并针对雷电全时空监测防护系统中涉及到的关键问题,开展了雷击前的超高压输电线路走廊优化选择、雷暴中的超高压输电线路雷电预警及雷击后的雷电过电压识别等研究。在雷电活动参数统计方面,以重庆市为例,使用雷电定位数据,基于经典的网格统计方法,分析研究了与输电线路防雷紧密相关的主要雷电参数,如雷电日、地闪密度、雷电流幅值累计概率分布等;在雷电规律研究方面,使用了变异系数法和Allan因子对地闪发生间的关联性进行了研究。重庆市雷电活动参数区域差异性较为显著,地闪呈现出了较为明显的关联性特征。使用网格化后的雷电参数改进了传统规程法中输电线路耐雷性能评估中的相关计算方法,使之更加适应于采用实际雷电定位数据进行输电线路耐雷水平评估的要求,建立起了使用雷电定位数据的超高压输电线路耐雷性能评估模型,研究得知该模型与规程法中相关计算方法保持了高度的一致。运用最优化和图论中Dijkstra优化理论,提出了超高压输电线路走廊选择的优化设计算法,该算法从线路期望雷击跳闸数最小这一方面进行了考虑,能较为快捷、准确地找到从输电线路起点到终点的最短线路路径,以重庆电网某超高压输电线路为例,证实了该模型在输电线路走廊优化选择的可行性和较传统人工选线的优越性,并对实现输电线路的差异化防雷设计奠定了基础。使用多普勒天气雷达,在分析研究目前各类雷云识别、跟踪和预测算法的优劣的基础上,针对雷云可能出现的非线性运动情况,利用BP神经网络对SCIT算法中单纯使用线性外推法预测雷云运动进行了改进,使得其更适应于雷云的非线性运动的情况,并借鉴超高压输电线路耐雷评估模型,结合重庆市内雷电活动实际统计参数,构建了超高压输电线路的雷电预警模型,该模型在重庆电网某条超高压输电线路模拟运行预警实验中,取得了较好的效果。在对几种不同类型的雷电过电压进行分析研究的基础上,采用希尔伯特-黄(HHT)算法作为信号分析计算方法,提出了6种过电压识别特征量,并采用这些特征量,基于支撑向量机(SVM)方法,对雷电过电压进行识别,提出了雷电过电压HHT-SVM识别方法,经过大量实例数据验证,该模型能够达到92.8%的识别准确度,具有较高的应用价值。另外,本文研究的超高压输电线路雷电全时空监护防护系统及涉及到的关键技术具有普遍适用性,可方便地应用于各个省市的电网安全运行保障体系中。