氧化锌非线性电阻片(简称氧化锌电阻片或电阻片)具有优良的非线性电压-电流(U-I)特性和浪涌能量吸收能力，被广泛用作电力系统避雷器以及电子设备的浪涌能量吸收器的核心元件。开发高电压梯度、大通流容量、残压比低的电阻片，能够显著减小避雷器电阻片柱高度从而减小氧化锌避雷器的体积，大大降低GIS罐式避雷器和合成套线路避雷器的生产成本；减小电阻片荷电率，提高避雷器工作可靠性；同时可以降低避雷器残压比、使电站电气设备的绝缘水平进一步降低，具有巨大的技术经济效益。 论文研究中建立了基于沃罗诺网络的电阻片微观结构模型，以及微观电路模型。提出了一种新的构造平面沃罗诺网络的算法，改进了求解大规模非线性电阻电路节点电压方程的算法，提高了计算速度。 在沃罗诺网络模型上就电阻片晶粒尺寸及其均匀程度、晶界层电气特性对氧化锌电阻片整体U-I特性、微观电流、温度和热应力分布的影响进行了比较系统的仿真分析。由于其微观结构的不均匀以及各晶界层电气性能差异巨大，氧化锌非线性电阻片内部会产生电流集中现象，使电阻片的电性能降低。另外，施加冲击电流时，电流集中将引起局部高温和热应力，使电阻片的浪涌能量吸收能力得不到充分利用。通过对微观仿真计算结果的综合分析，得出了对高性能氧化锌电阻片的研究具有指导意义的结论。 研究了提高氧化锌电阻片通流容量的措施。探讨了缺陷对氧化锌电阻片通流容量的影响。生产中应尽量减小电阻片缺陷范围；适当减小原料颗粒粒径、采用更先进的搅拌球磨设备和高效的分散剂均能提高原料混合的均匀性，调整优化造粒机控制参数提高造粒质量，优化烧结温度提高反应均匀性等措施，能够大大提高电阻片通流容量。综合采用这些措施后，将传统电压梯度电阻片2ms方波通流容量从100J/cm3提高到250J/cm3。 开展了高参考电压梯度氧化锌电阻片配方和工艺的研究以及高性能电阻片的试制工作。添加稀土氧化物能够显著提高电阻片的电压梯度，但是非线性系数降低，泄漏电流也增加很多；调整氧化钴、氧化锰等氧化物的添加量，添加氧化镍等有利于提高晶界层电子陷阱密度的成分，能够提高晶界层势垒高度和非线性系数，减小泄漏电流。综合比较试验结果、微观结构和电气参数的差异，优化得到了适合作为高电压梯度氧化锌电阻片的配方和工艺。同时对能够显著提高电阻片电压梯度的几种配方和工艺进行了小批量试制。并且研究了适用于高电压梯电阻片的侧面绝缘材料。论文研制的氧化锌电阻片电压梯度达500V/mm、2ms方波冲击能量吸收能力达250J/cm3，性能达到国内领先、国际先进水平。