直流母线避雷器作为高压、超高压直流输电系统中关键的过电压保护设备,其性能好坏直接影响整个电力系统运行安全。由于在服役过程中长期承受工作电压以及偶尔承受过电压冲击,导致避雷器核心结构阀片柱出现存在局部老化劣化现象,改变了避雷器内部电、热场分布,造成局部场集中,加速避雷器电、热击穿风险,直接影响了电网的安全高效运行。本文首先根据GB11032-2000/IEC60099-4规定,利用程控式马弗炉搭建氧化锌（ZnO）电阻片加速老化等效试验平台,对ZnO电阻片进行不同时间的加速老化,根据试验结果归纳ZnO电阻片绝缘电阻变化规律。其次按照实际尺寸构建单节双柱并联直流母线避雷器三维几何模型,根据电场理论与传热理论搭建有限元仿真计算的数学模型,通过有限元分析软件的稳态求解器对避雷器直流下电场、热场、电压承担率进行数值求解,得到工况以及阀片柱不同位置发生局部老化后的电场、温度场以及电压承担率分布的一般规律;在稳态数值求解基础之上叠加瞬态求解器对避雷器高频下电位、电压承担率进行数值求解,得到工况以及阀片柱不同位置发生局部老化后的电位、电压承担率变化的一般规律。最后结合直流以及高频场下的仿真计算结果,提出一种新型的氧化锌避雷器散热结构。分别针对传统和新型结构避雷器建立三维几何模型,并利用有限元仿真软件进行数值求解,对比分析相应的温度分布规律和温度上升速度;系统地分析散热通道数、直径等结构因素以及散热介质对避雷器温升的影响,提出了降低避雷器最大温升的优化结构方案。本文对氧化锌避雷器局部老化对直流稳态以及高频暂态下的电场、热场、电压承担率分布进行仿真研究,提出避雷器散热结构改进方案,对直流避雷器的本体设计、安装和运行维护提供了理论基础和数据支持,对于氧化锌避雷器产品设计研发有重要的参考作用。