避雷器(Surge Arrestor)是过电压保护电器。金属氧化物避雷器(Metal-oxide Surge Arrestor,MOA)因其通流能力高、响应时间短、非线性特性优异、制造结构简单、抗污秽能力强等优点,在电力系统中得到广泛应用。但是,在长期的运行过程中,MOA电阻片会由于受潮或过热等原因发生劣化,如未及时发现,则会造成电阻片的绝缘性能进一步下降,最终造成避雷器发生热崩溃故障,引发重大的停电事故。因此,尽快发现劣化电阻片以及其成因,并对电阻片劣化程度进行准确判断是一项重要且亟待解决的工作。本文首先针对氧化锌电阻片进行了 一系列加速劣化试验。试验利用程控箱式马弗炉对电阻片在不同温度下进行加热劣化,试验还使用配置的模拟雨水成分的溶液对电阻片进行不同程度地加湿使其受潮。发现了电阻片在高温或受潮情况下绝缘电阻值会有一定程度的下降,且随着劣化程度的加深,绝缘电阻值的下降程度越高。在前期试验的基础上,对MOA进行三维建模和有限元仿真计算。建模依据某常见型号的MOA建立了三维模型,并结合仿真要求和实际情况对三维模型进行了简化和优化。在仿真中对电阻片模型赋予前期试验中获得不同劣化情况下的电气参数,分组对MOA的运行情况进行仿真,仿真得到了正常及电阻片不同劣化程度下MOA的电场分布、电流密度分布和温度分布情况。从模型内部的电阻片和外部的复合外套观察MOA的发热变化规律中,发现劣化的电阻片由于绝缘电阻值下降导致整台MOA电流密度增大,局部温度升高,情况最严重时温度较正常的MOA上升1℃左右。为了验证仿真结果,本文通过试验将仿真结果进行对比校验。试验在实验室环境下搭建了模拟实际运行情况的交流试验平台和与离线测量步骤相同的直流试验平台。试验选取厦门地区常见型号的避雷器进行试验。试验中通过依次替换避雷器中的电阻片达到模拟避雷器逐步劣化的效果。试验过程中通过泄漏电流监测设备和红外测温设备对避雷器运行情况进行实时监控、测量。试验数据反映了电阻片不同程度劣化情况下MOA运行数据的大小和变化规律。试验后通过直流试验平台测试试品,增加可靠性。试验所得数据与仿真结果基本吻合。为了研究少量电阻片劣化引发热崩溃的发展机理。本文修改了环境参数后对MOA重新进行了仿真,仿真中引入多枚相邻的劣化电阻片再次对电场、电流密度、温度分布情况进行了分析。通过结果发现,已经发生劣化的电阻片会引起其相邻的正常电阻片上所承担的电压升高,电流密度增大,从而导致相邻电阻片的温度一定程度的升高。此现象在接地一侧尤为明显。由此认为,在长期的高温运行情况下,电阻片会加速发生劣化,同时,已经发生劣化的电阻片还会继续引发其相邻电阻片运行环境的改变,导致已经劣化电阻片的程度加深,未发生劣化的电阻片发生劣化的连锁连锁反应。若不及时发现故障并排除,最终将会导致MOA的热崩溃,造成严重的停电事故。本文的研究工作为后续试验和仿真进一步开展奠定了一定基础,为改进MOA设计、安装和运行维护流程提供了理论和数据支持,对提升电网的安全可靠性具有十分重要的意义。