聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology）是国家十三五大科学工程,其直流100kA/10kV超导磁体失超保护系统是其重要子系统之一。论文针对CRAFT项目中失超保护系统主开关进行了研制。在对超导磁体失超保护系统电路的拓扑结构和工作原理的分析基础上,阐述了失超保护系统直流开关的功能和原理,并提出了满足CRAFT失超保护系统要求的机械旁路开关并联真空开关结构方案,研究了百千安级分断电流的转移过程,以及开关杂散参数与支路参数对电流转移时间和真空开关弧后恢复特性的影响,优化了失超保护系统的参数配置。论文中还具体完成了以下内容:1)针对大容量直流开关的设计需求,从均流、动稳定、热稳定、过电压等方面分别研究机械旁路开关的触头接触与载流、雷电冲击耐压、汇流母排温升控制以及操动机构应力等关键技术,结合仿真与实际部件测试,完成了开关各部件的结构优化与定型,并获得较好试验结果;2)从断口形式、驱动与控制方式、触头结构等方面分别研究真空开关的灭弧室性能、操动机构、磁场分布等关键技术,完成了串联双断口结构的真空开关设计,提出了电磁斥力驱动下的同轴连杆和创新性的四弹簧缓冲保持器部件设计,解决了分断动作快速性与同步性的难点,以磁屏蔽罩设计降低了触头间隙纵向磁场分布不均匀下的大电流分断失败风险。在工程设计的基础上,完成了真空开关样机制造并通过了系列技术要求。提出真空电弧过零的触头最佳开距理论,确定所研制样机大电流分断的电流过零最小开距参数,为搭建的分断试验电路提供了控制时序依据,并配合人工过零回路成功完成了100kA直流分断,还为失超保护系统换流回路参数设计提供了参考依据,完善了真空开关的可靠分断理论。3)考虑技术的进步,本文还提出了一种未来可能使用的新型失超保护系统设计方案。采用三级触头结构直流机械开关与全控型固态开关组成混合式失超保护系统,避免了复杂人工过零换流技术的使用以及可能的弧触头电弧重燃风险,具有减小系统体积与提高系统可靠性的优点。最后,为新型混合式直流断路器研制了原理样机,并在相关电流分断试验中,取得了预期的满意结果。本文设计与研制的大容量直流开关,填补了国内在相关高参数下的直流开关设备领域的空白,为超导磁体失超保护系统安全可靠运行提供了重要技术支撑。