近年来电力系统的发展,尤其是以特高压为基础的坚强智能电网的发展,对高压开关操作的快速性、可靠性及智能化提出了更高的要求。断路器作为最重要的高压开关设备,在电力系统中起着控制、调节和保护作用,其可靠性对于电力系统的稳定会产生很大的影响。而操动机构是断路器的核心部件,其工作性能和质量的优劣,对断路器的工作性能与可靠性起着极为重要的作用,所以对操动机构的研究是一个持续性的课题。介绍了真空断路器及永磁机构的发展及现状,对三种常用类型的永磁机构进行了全面的对比分析,决定选用圆形单稳态永磁操动机构作为本文的设计与研究对象。并以用于12kV真空断路器的圆形单稳态永磁机构为对象,总结了机构各部分的设计方法,给出了一套系统化的设计流程。从断路器传动机构的传动比入手,针对三种不同传动比的传动机构设计了三种不同的永磁操动机构。对灭弧室侧进行受力分析与质量归算,运用牛顿运动定律与角动量守恒定律,分析了真空断路器分闸过程的运动特性。通过理论计算得出各永磁机构的结构参数,利用Ansoft Maxwell软件对三个机构进行仿真,获得了合闸过程中相关参数的特性曲线。通过对比分析得出,按照三种传动比设计出的三种永磁机构各有优势,给出了不同应用条件下的选择建议。在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统中,当MMC子模块发生故障时,需要开关在3ms左右合闸将故障子模块旁路,以保证系统继续运行。针对此旁路真空开关设计了两种快速合闸单稳态永磁机构。永磁保持力为1000N的机构适用于额定触头压力为100N左右的真空灭弧室;永磁保持力为2000N的机构适用于额定触头压力为100N-600N的真空灭弧室。利用Ansoft Maxwell建模,对两个机构的合闸过程进行仿真,其合闸时间都在2.5ms以内。