ZnO非线性电阻自开发研制以来,以无与伦比的非线性、持久的抗老化特性、良好的过电压保护性能在世界范围内迅速得到了推广,由它为主要元件组成的金属氧化物避雷器(MOA)已经广泛地应用在高压、超高压过电压保护领域,以及大功率电力电子设备和试验系统中。MOA的可靠运行尤为重要,一方面须合理选择ZnO电阻组成MOA,限制过电压;另一方面要研究MOA的的热特性,改善其散热性能,提高热平衡性和动态性能。本文首先研究MOA的热源。分析不同温度时ZnO电阻在工频小电流、操作冲击、雷电冲击下的功率损耗特性,结合大量的试验数据建立ZnO电阻的人工神经网络(ANN)模型,较为准确地模拟了MOA的热源。然后分析MOA的热特性。建立MOA的有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件分析不同动作负载下MOA的发热、散热特性。提出MOA设计的流程。不论哪种MOA,要根据过电压选择合适的ZnO电阻组成MOA并验证动作负载,保证热平衡和动态性能。以冲击发电机系统MOA的设计为例,建立基于EMTP-ATP电磁暂态仿真软件的模型,分析过电压,预选ZnO电阻。校核热平衡性,优化散热特性。最后进行了试验,仿真结果和试验相吻合。提出MOA设计原则,并给出了ZnO电阻与瓷套及运行环境的热配合和提高MOA热稳定性的具体建议,对MOA的正确选型及提高MOA热稳定性,优化结构设计有一定的指导意义和参考价值。