氧化锌避雷器因其优异的非线性性能和冲击能量吸收能力,被广泛应用于电力系统的过电压保护。氧化锌阀片是避雷器的主要组成部分,是避雷器具有压敏保护特性的根本原因。在避雷器保护电气设备的同时,自身也因不断承受电流冲击而逐渐老化,最终导致避雷器性能下降,对电气设备的保护能力减弱,大大增加电力系统运行的风险,因此对避雷器氧化锌阀片冲击老化展开研究具有重要意义。本文从氧化锌阀片微观结构入手,根据双肖特基势垒的导电机理建立了描述晶界势垒伏安特性的方程组,在Voronoi网络的基础上构建了阀片的微观电路模型。该电路模型将宏观电气性能与微观物理参数紧密的结合在一起,对于研究氧化锌阀片冲击老化过程内部参数的变化起到了重要作用。对单个晶界的仿真结果十分符合晶界的伏安特性曲线:随着对晶界施加电压的增大,表面态填充电荷逐渐增加,势垒高度逐渐减小;当表面态填充完毕之后,势垒高度急剧降低,电流迅速增大。通过搭建冲击老化平台对氧化锌阀片进行加速老化实验,搭建工频泄漏电流测试平台测量氧化锌阀片老化过程中的工频泄漏电流波形以及常规的性能参数。通过对泄漏电流进行快速傅里叶变换得到各次谐波含量,各次谐波幅值在整个老化过程中呈上升趋势,且三次以上的谐波变化比基波更加灵敏。各次谐波与基波的比例变化趋势相同,均呈先增大后减小的趋势。造成氧化锌阀片老化过程中谐波变化的原因为:老化初期,由于电流冲击造成的局部过热造成离子迁移以及肖特基势垒畸变,导致谐波比例上升;老化后期,氧化锌阀片老化严重,晶粒和晶界内部遭受严重破坏,晶界势垒降低,非线性伏安特性大大减弱。根据泄漏电流谐波分量的变化规律,提出了基于奇次谐波电流畸变率判断氧化锌阀片老化状态的方法,该方法兼具了传统性能参数评估的稳定性以及单次泄漏电流谐波的灵敏性,很适宜用于氧化锌避雷器的在线监测。同时对氧化锌阀片的老化过程进行仿真模拟计算,通过对氧化锌阀片的仿真发现,随着晶粒施主密度的增大,阀片的泄漏电流显著上升,参考电压和非线性系数快速下降,晶界界面态密度与施主密度的影响规律相反。通过改变阀片的微观物理参数以模拟不同的老化阶段,对老化过程的仿真结果表明:随着老化程度的加深,晶粒施主密度逐渐增大,晶界界面态密度逐渐减小,晶粒电阻率变化不明显,仅在老化后期晶粒熔融板结后有小幅减小。界面态密度和施主密度的变化导致氧化锌阀片的性能下降,老化后期晶界势垒几乎消失殆尽,阀片相当于一个电阻率较低的电阻。