直流系统短路故障电流经由超导限流器进行限流后进入开断装置，开断装置在进行直流电流开断时，利用分闸时所产生电弧的不稳定性以及动态负阻特性[10]，在开关断口与L-C支路构成的环路中激起高频振荡电流，该振荡电流与开关断口的直流电流相叠加，形成电流过零点[11-14]，从而使断路器完成电流开断功能。自激振荡回路开断电流仿真波形图见图2，超导限流式直流断路器的电气原理图见图3。

　　经仿真计算，在进行开断时超导限流器的恢复时间一般为几百毫秒，开断装置的恢复时间一般由避雷器决定，根据系统要求的不同，避雷器的参数也有差异，通常其恢复时间一般为几秒至数十秒。因此，超导限流式直流断路器的恢复时间通常取决于内部避雷器的自恢复能力，满足目前直流系统对于二次开断的需求。

　　由于超导体对于短路电流优异的限流特性（将几十千安降至几千安），超导限流式直流断路器运用于直流系统时，只需根据系统额定电压及额定电流条件对超导带材进行选型，后续开断断路器则根据系统运行电压及限流后电流进行设计。因此，超导限流式直流断路器理论上可适用于多个电压等级直流输电系统（可适用电压等级10kV～320kV；额定电流500A～2kA；预期开断短路电流能力20kA～100kA），其简单的开断拓扑结构及宽电流开断能力具有良好的工程应用前景。

　　2.2 技术路线

　　本文在目前超导限流式直流断路器研究基础上，对超导限流式直流断路器应用布局进行设计及研究，采用模块化设计方法，对直流断路器进行功能化配置及隔离。同时，对直流断路器各模块元件进行选型配置。运用仿真结合直流系统实际应用情况确定超导限流式断路器绝缘平台的设计方案。最终，按照绝缘配合相关要求对直流断路器各模块绝缘平台上元件位置进行配置，从而完成符合工程要求的超导限流式直流断路器设计。

　　3 布局结构研究与设计

　　3.1模块化设计方案

　　本文超导限流式直流断路器布局结构采用模块化设计及布置方式，包括超导限流模块、电流开断模块、绝缘平台模块。在系统进线端，按照超导限流模块、电流开断模块的顺序放置，并通过电气串联连接接入系统回路；超导限流模块整体与电流开断模块的整体或部分通过机械连接方式安装于绝缘平台模块之上，继而保证整个直流断路器的绝缘水平。超导限流式直流断路器模块化布局示意图见图4。

　　按照模块化方式进行结构参数设计时，可根据图4所示3个模块分别进行单独设计，由系统的额定电流及短路电流要求水平，计算超导限流模块1中限流电阻及超导带材长度，并以此确定杜瓦的设计参数。根据系统限流后开断电流及系统电压水平完成对电流开断模块即模块2的交流断路器、电容器、电抗器及避雷器的相应参数选定，根据系统及超导限流模块即模块1与电流开断模块即模块2的绝缘具体要求分别确定对应的绝缘平台参数，继而完成绝缘平台模块即模块3的设计。