ITER极向场线圈主要作用于等离子体形成阶段、欧姆加热以及等离子体电流位形控制,其可靠性和稳定性对整个托卡马克装置的安全运行至关重要。极向场线圈电源系统采用12脉波四象限运行,实现两变流器单元并联输出额定直流±55 kA的要求。作为电源内的主要感性设备,环流电抗器对于平衡两并联桥输出电压、实现负载电流平滑过零的环流模式、抑制短路故障电流幅值及其上升率具有重要意义。电源要求环流电抗器能够在稳态27.5 kA和短时190 kA下安全运行。由于其高功率大电流特性,现行市场并无相应产品。因此,研究高功率大电流电抗器结构新型方案及其可靠性对极向场电源有着重要意义,并能为同类线圈设计提供参考。本文根据ITER极向场电源系统特点,详细分析了其运行模式和故障类型,确定了电抗器电气参数要求。结合现行大电流电抗器结构各自特点,创新性地提出了一种新型干式空心水冷浇注电抗器结构。该结构具有电感值与电流值无关、载流能力强、结构强度高、运行噪声小以及安装维修简单等优点。本文研究了大截面导体线圈的电感频率特性。针对直流电感计算,以环流电抗器设计为例,归纳总结了感应系数法、行互感法和有限元法各自特点和适用条件。针对趋肤效应和邻近效应对交流电感和电阻的影响,创新性地提出了利用部分元等效电路法(PEEC)、有限元法(FEM)和样机实测值进行对比分析的方法,分析结果体现了所用方法的高精度特性。本文研究了应用于电抗器动稳定性和热稳定性分析的多物理场耦合分析法。基于电磁分析,研究了不同模式下电抗器周围磁场分布以及线圈电磁载荷分布特点,得出了线圈整体径向膨胀,轴向两端向中间挤压的规律。基于电磁-结构耦合分析,研究了电抗器在不同模式下的受力情况。基于反应谱法,对地震等级SL-24%阻尼系数下的抗震性能进行了分析。基于电磁-流体-温度耦合分析,研究了绕组温度分布和水路压损分布规律,确定了水路方案。基于电磁-温度耦合分析,研究了接触电阻对铝母排发热的影响,对电抗器周围磁性材料涡流发热也进行了分析。本文对电抗器制造工艺和试验进行了研究。介绍了保证线圈质量一致性和浇注质量的工艺。制订了电抗器试验规程和验收标准,并详细介绍了电感电阻试验、匝间绝缘试验、耐压试验、温升试验、短路故障电流试验以及集成测试试验。试验数据表明所设计的方案完全能够满足电源运行需求,具有高可行性和可靠性。