当输电线路与变电站遭受雷击时,接地装置是雷电流流入大地的主要通道,泄流过程中引起的暂态电磁场分布可能危及电力系统电气设备以及运行人员的人身安全,研究雷电流作用下接地装置的冲击特性对电力系统雷电防护具有重要意义。由于高频、高幅值雷电流作用下,土壤的火花放电与导体之间电感效应使得接地装置的冲击特性与工频特性有显著的区别。此外接地装置的冲击特性还与土壤参数、电流幅值与波形、接地装置结构与尺寸等因素有关,各影响因素相互关联,密不可分。国内外有很多学者对接地装置冲击特性展开了大量的仿真与试验研究,本文对接地装置冲击特性现有研究存在的不足,结合实际工程的需要,开展了以下几个方面的研究：针对频域求解理论在傅里叶变换与反变换中忽略掉大量高频分量的问题,建立了接地装置暂态特性全时域电网络模型,该模型的完整形式包括剖分导体段的阻感分量以及导体段之间的互感,剖分导体段及导体段之间的对地散流等值电导、电容分量。结合土壤的电离模型,能够有效地考虑土壤的火花放电现象。针对频域算法在傅里叶变换与反变换过程中忽略掉高频分量的弊端,提出了接地装置暂态电网络模型的时域差分求解算法,推导出具有p-order精度时域差分解,能够提高求解精度,并减少计算时间。针对电磁场仿真理论对细长结构的金属导体周围介质空间进行剖分时,需要消耗大量计算内存的问题,建立了考虑土壤非线性电离的接地装置暂态特性时域有限差分仿真模型。采用时域有限差分法的细线模型对金属导体进行建模,不需要对细导体结构进行网格剖分,可以节约大量的计算机资源,能够用于求解大尺寸接地装置的暂态电磁场分布。采用卷积完全匹配层作为求解空间的边界条件,可以模拟位于半无穷大空间的接地装置。接地装置暂态特性时域有限差分主要为了弥补时域电网络模型所不能解决的问题：块状土壤、注流线上的波过程等。采用便携式冲击电流发生器对杆塔接地装置冲击电阻进行现场测试时,由于试验回路电感较大,注入电流波形一般不是标准的雷电流波,提出采用卷积计算原理将非标准雷电流下的响应电压换算到标准雷电流波下。通过对杆塔接地装置进行现场试验,发现响应电压出现尖峰的问题会造成极大误差。采用Matlab对测量回路进行仿真,研究出现尖峰时回路参数满足的条件,并提出了相应的解决措施。通过对变电站接地网进行现场试验,结合FDTD暂态电磁场仿真算法,研究了发生器端部注入电流的阶跃式上升与注入处响应电压发生振荡的原因。通过对杆塔接地装置与变电站接地网的冲击现场试验,研究了大尺寸真型接地装置的冲击特性。搭建了接地装置冲击特性室内模拟试验平台,对杆塔接地装置的典型结构进行模拟试验,研究了杆塔接地装置冲击特性的主要影响因素及影响规律；结合模拟试验结果,采用接地装置暂态特性时域电网络模型对杆塔接地装置进行优化设计,研究了杆塔接地装置射线及射线分叉的最优角度,并给出了接地导体总长度相同时接地装置的最优结构。采用模拟土壤中树枝放电的方法,提出在接地导体周围铺设具有尖端结构的细长金属导体的畸变电场降阻措施,这种方法能够降低土壤的临界击穿场强与电阻率,加剧土壤中火花放电强度。对畸变电场降阻措施进行了模拟试验,并采用FDTD采用块状土壤结构对降阻措施进行仿真计算,研究了畸变电场降阻措施的降阻率。采用接地装置暂态特性的时域电网络模型对变电站集中接地装置与接地网互连/独立时,变电站地网上暂态电位升进行仿真计算,评估变电站地网电位升对变压器中性点的反击风险,并分别计算了两种情况下雷电流入地点(集中集中装置引下线)与变压器中性点之间的防反击安全距离,以及集中接地装置冲击阻抗的安全限值。采用感光胶片对平板电极进行了火花放电形貌特征观测试验,结合平板电极冲击试验,将土壤电离过程分为四个阶段：局部放电阶段、电离延迟阶段、贯穿电离阶段与电离恢复阶段,并研究了四个电离阶段电气参数的变化特征,分析了电极的瞬时电阻与电离过程的对应关系。对不同尺寸的单根水平接地极与接地网的火花放电形貌特征进行观测试验,研究了接地装置周围土壤中火花放电的种类与特征、放电发展过程与放电点分布规律。火花放电观测结果表明,接地极周围土壤中火花放电主要分为局部放电与树枝状放电。两种形式放电点分布规律为：局部放电的放电点较多,沿导体表面密集分布,放电强度较弱；当土壤中场强超过其临界击穿场强,局部放电就发展成为强烈的树枝放电。