牵引供电系统和贯通线是高速铁路系统中重要的基础设施,随着我国高速铁路的发展和高速铁路、客运专线在我国的快速建设,对供电系统的可靠性提出了更高的要求。运行数据表明,雷击故障是影响高速铁路供电系统可靠性的重要因素之一,须加以有效解决。本文结合“十一五”国家“科技支撑计划”重点项目“中国高速列车关键技术研究及装备研制”的“高速列车牵引供电技术”课题(2009BAG12A09)和国家自然科学基金项目“变电站关键设备分数阶无源宽频建模方法的研究”(51177048),重点研究了高速铁路接触网系统、高速铁路综合接地系统和10kV贯通线电缆的宽频建模与时域计算方法,对高速铁路接触网和10kV贯通线电缆的感应雷和直击雷过电压进行了计算与分析,对接触网线路耐雷水平及故障跳闸率进行了评估,提出了雷电防护措施建议。本文主要研究成果如下：1.提出了计算架空线路雷电感应过电压的改进DEPACT (Delay Extraction-based Passive Compact Transmission Line macromodeling algorithm, DEPACT)时域宏模型,该方法与现有的架空线雷电感应过电压时域计算方法相比,分段数少,可有效提高计算雷电感应过电压的计算速度。该方法无需在模域可直接在相域进行求解,所建立的模型能直接嵌入通用的电磁瞬态仿真软件,因此在处理端接复杂集中参数网络或非线性设备等问题时十分简便。2.基于部分单元等效电路法和开路抑制原理,建立了高速铁路高架桥综合接地系统的宽频多口模型,并给出了相应的时域求解方法。结合接触网线路的多导体传输线模型,实现了接触网线路感应雷和直击雷过电压的计算与分析,并对接触网架空线路的故障跳闸率进行了评估,提出了雷电防护措施建议。3.提出了外部电磁场激励下的多导体传输线时域有限元法,总结出了有关系数矩阵元素的送值表,并对该方法的数值稳定性进行了讨论,证明了该方法具有无条件稳定的优点,通过与现有方法的计算结果进行比较,验证了本文计算方法的正确性。4.将分数阶拟合方法和分数阶系统的数值解法相结合,提出了一种通用的电气设备宽频建模方法。通过研究分数阶系统的无源性质,提出了一种适用于分数阶电路系统的无源判据,丰富了电网络理论。与现有的整数阶宽频建模方法相比,本文方法可计及频变效应固有的非整数阶次幂特性,仅需较低的拟合阶数就可获得较高的计算精度,所建立的模型更为简洁。5.基于本文提出的分数阶宽频建模方法,建立了电缆的分数阶宽频模型,并验证了模型的正确性。利用该模型,实现了高速铁路10kV贯通线感应雷和直击雷过电压的计算与分析,给出了雷电防护措施建议。