随着柔性直流输配电技术的发展,多端直流电网是未来智能电网发展的趋势与方向,然而多端直流输电系统,无电流过零点以及较低的电路电感,一旦发生故障,短路电流上升速度快,峰值较大,直流断路器作为直流电网控制和保护的关键设备,其快速性是保障成功开断的关键。快速斥力机构具有响应快、精度高的优点,在直流开断领域有着广泛应用,但其能量转换效率及高压长行程驱动等问题成为其主要限制因素。本文首先分析现有快速斥力机构的拓扑结构及工作原理,总结各拓扑结构的优缺点以及适用领域,从结构方面入手,提出高压长行程机构的设计方案,并针对双线圈式斥力机构进行理论分析与磁场分析,发现磁场能量在空气中消耗严重,而磁场密度的大小与介质导磁系数有着密切关系,提出增加导磁材料优化驱动效率的磁场优化方案。其次为设计出一套电磁驱动效率较高的机构,本文基于有限元分析方法建立双线圈结构的电磁斥力机构仿真模型,首先仿真分析线圈匝数、高度、轴向匝数对快速斥力机构动态特性的影响,确定线圈盘的最优参数。然后,为避免磁饱和和功率损耗问题,分别从导磁材料、结构参数等方面对线圈盘骨架进行优化设计,得到了线圈盘导磁部件的最佳设计参数。最后,基于仿真分析优化结果,搭建基于永磁保持的双线圈盘快速斥力机构实验样机和实验测试平台,验证优化方案的可行性。最后提出适合长行程的串联混合式斥力机构(SHRM)的设计思想,基于有限元分析方法建立仿真模型,对比分析串联混合式、线盘式以及螺线管式机构的运动特性,研究串联混合式机构瞬态磁场分布以及机构间的影响规律,初步验证其可行性。然后对串联混合式机构进行结构紧凑型优化设计,提出一种新型混合式斥力机构(NHRM),为高压断路器长行程快速斥力机构的研制提供了参考依据。