随着新能源技术的发展,直流系统成为新能源能量输配用的首选。直流开断设备是构建直流系统的核心组件之一,其承担系统控制与保护多重任务,直流断路器开断性能对于系统安全可靠性与稳定运行至关重要。本文以直流真空断路器这一直流故障开断设备为研究对象,采用理论分析与实验研究相结合手段,开展直流故障开断保护与调控机理研究,换流回路拓扑与参数、换流频率与线路阻抗对开断性能及动态绝缘特性的影响机理研究,以及直流真空断路器实验平台的搭建与不同线路参数下直流开断弧后介质恢复的影响机理研究。直流真空断路器弧后介质恢复调控方法研究。基于连续过渡模型、金属蒸气粒子流体模型,建立双断口直流真空断路器介质恢复仿真模型,仿真分析真空介质恢复动态过程;建立宏观线路—微观弧后参数物理数学模型,结合重击穿判据,研究介质恢复各阶段主导因素以及线路参数对燃弧行为的影响机理。双断口直流真空断路器实验研究。结合电弧图像技术及实验参数对捕捉到的中频下双断口直流真空断路器电弧动态行为及演变规律进行分析。将机构特性与电弧特性相耦合,定量分析双断口直流真空断路器两模块间电弧时空响应及影响因素。通过时序控制模块对各模块间配合进行调控,研究不同间隙下真空电弧零区动态行为、断口间电弧能量分布、弧后动态介质恢复以及电压分布。双断口非同期动作时开断性能差异性与弧后介质恢复特性影响机理研究。建立双断口非同期开断物理数学模型,定量分析不同间隙差异下,电弧能量分布、金属蒸气粒子密度等对弧后鞘层发展速度、新阴极表面电场强度与功率密度。研究表明,双断口直流真空断路器电弧及弧后特性差异本质为间隙差异,且导致断口间电弧能量、带电粒子、金属蒸气粒子、动态绝缘能力及弧后电压分布不均。双直流真空断路器容错性与开断性能研究。建立双断口直流真空断路器仿真计算模型,仿真分析典型参数下非同期开断差异临界值。研究双断口直流真空断路器同步开断性能以及间隙差异下的临界值。研究表明,临界值与开断电流值,反向电流投入时间呈正相关。通过对双断口直流真空断路器拓扑结构、电弧特性、开断性能及介质恢复能力的实验与仿真计算,提出双断口直流真空断路器延时开断极限值概念;改变拓扑参数及机构特性可增加其容错性,以提高双断口直流真空断路器的开断能力和动态绝缘能力,为直流真空断路器向大电流、高压电等级发展提供理论和实验参考。