在直流线路雷击故障统计结果中,耐张塔雷击跳闸次数占总雷击跳闸次数40%。因此对直流输电线路进行防雷改造已成为当前线路运行亟需解决的问题。在防雷改造中,绝缘子的外形结构特点和材料高电阻率的特性,使得绝缘子表面电场强度和电位分布极不均匀,容易导致绝缘子老化。所以,防雷改造后的绝缘子串电位分布研究具有具有重要理论指导和工程实际意义。同时鉴于目前国内对输电线路的防雷改造主要通过模拟试验、理论分析和事故研究,缺乏真实的雷电流参数,因此雷电流检测系统研究对防雷设计的改进具有重要意义。本文首先利用有限元法分析了±500k V直流耐张塔防雷改造后的绝缘串电位分布,并对均压环进行优化;然后利用ATP(The Alternative Transients Program,交流暂态计算软件)分析了雷击输电线路时的绝缘子电位分布;其次为了采集雷电流波形,设计一套基于FPGA的雷电流检测装置;为了避免雷电脉冲损坏系统元器件,利用有限元法分析了系统外壳屏蔽效能的主要影响因素。具体内容如下:(1)本文利用Ansoft Maxwell软件建立了包含铁塔、分裂导线、均压环、避雷器、金具和绝缘子串在内的三维电场计算模型,分析避雷器和均压环对绝缘串电位分布的影响,确定了高低压侧均压环合理结构参数。仿真结果表明:避雷器和均压环对悬垂串电位分布有重要影响,优化后的高低压侧均压环能使绝缘子串电位和电场分布更加均匀。(2)利用ATP搭建了雷击直流输电线路的暂态分析模型,研究了绕击、雷击塔顶和避雷线档距中央三种情况的绝缘子串电位分布;最后分析了接地电阻对输电线路反击耐雷水平的影响。结果表明,绕击时的绝缘子串电位差要比雷击塔顶和避雷线档距中央时大,接地电阻对输电线路反击耐雷水平影响很大。(3)为了采集雷电流波形,本文开发了一套基于FPGA的雷电流检测装置,该装置硬件采取模块化设计,主要由数据采集单元、数据处理、数据固化存储和数据通信四个部分组成。同时利用SOPC完成了雷电流检测系统的软件设计。实验结果表明该装置检测到的脉冲波形与信号发生器所产生的波形一致,且含盖脉冲的波头和波尾。(4)运用Ansoft Maxwell建立雷电流检测系统外壳屏蔽效能仿真计算模型,研究了屏蔽体的材料类型、屏蔽体厚度和开孔大小与位置对其屏蔽效能的影响。分析表明一般完整金属屏蔽体具有较高屏蔽效能,但屏蔽体上的开孔能大幅度降低屏蔽体的屏蔽效能,因此为了降低雷电脉冲的耦合干扰,需要给系统和信号传输电缆及其接口采取必要的屏蔽措施。