雷电是威胁架空线路安全的重要因素,输电线路防雷工程的设计实施需要以对雷电感应过电压特性的理论为前提,为此,需要深入探讨复杂地表情况下雷电回击产生的电磁场,以及输电线路雷电感应过电压的求解方法。目前,雷电电磁场计算中普遍采用的频域近似算法,在精度和适用范围上具有一定局限性,且对于考虑非均匀电参数土壤情况下架空线路雷电感应过电压的算法与理论研究相对较少。针对以上问题,本文取得了如下研究成果：(1)建立了三维直角坐标下求解雷电回击通道周围电磁场的时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法,对于非均匀地表的雷电电磁场计算具有良好精度。利用该算法对比检验Coory-Rubstein近似算法的推广公式得到：Delfino时域算法得到的水平电场负峰值误差随土壤电导率的减小而变大,不适用于求解土壤电导率较差(如0.001S/m)且距闪电通道1km以上的水平电场；Shoory算法在上层土壤电导率较大的情况下具有更好的精度；Zhang算法在闪击距离1km范围内具有良好精度,但该算法存在“角度问题”,即仅适用于传播路径垂直于土壤分界面的情形,故C-R推广公式不适用于计算垂直分层土壤情况下的雷电感应过电压。(2)提出了求解架空输电线路雷电感应过电压的三维FDTD“场-线”一体化数值计算方法,验证了算法具有可靠精度,并实现了不同分层土壤结构下的模拟计算以及空间电磁场分布的动态可视化过程。(3)对于土壤电导率水平分层的情况,当上层土壤电导率较小时,感应过电压幅值随上层土壤厚度增大而明显增大,工程计算中必须考虑分层土壤的影响；而当上层土壤导电性较好(高于0.1S/m)且厚度超过2米时,计算中只需以上层土壤电参数做均质地表处理。(4)将传统的“两步走”算法推广至土壤电导率水平分层的情况,结果表明采用二维FDTD方法的“两步走”算法与三维FDTD算法结果高度一致,相对误差均在3%以内；而采用C-R近似公式在一定程度上低估了感应过电压幅值,相对误差随着表层土壤电导率增大而减小,但均不超过10%。(5)对于土壤电导率垂直分层的情况,即使闪击点周围位于海洋、水塘或田地等高电导率区域,而线路附近存在2m范围以上的低电导率土壤时,就必须考虑混合传播路径对雷电感应过电压的影响；反之,若雷击点附近土壤电导率远小于架空线附近土壤电导率,只有当架空线路附近低阻土壤范围小于30m时才需考虑混合路径的影响,否则在工程计算中可以作简化处理,只需采用线路附近高电导率土壤的电参数估算感应过电压。