由于新能源、新原料、信息科技和电力电子的迅猛发展与普遍应用,社会对电能需求、用电质量及用电可靠性等提出更高的标准,现有交流电力系统面临负荷和电能需求多样化、潮流均衡协调控制复杂化以及供电稳定性与经济性等方面的新挑战。随着直流输电技术的进步与分布式新能源系统的发展,直流输电系统的工程应用日趋成熟。直流真空断路器作为直流系统中控制与保护装备,其绝缘与开断性能将直接影响其所在系统的安全可靠与稳定运行。本文在分析真空断路器触头结构与真空电弧磁场调控基础上,提出新型混合磁场真空灭弧系统用触头结构,通过调控断口区域磁场以实现对真空电弧的有效控制。基于杯状横磁(TMF)触头与杯状纵磁(AMF)触头结构与磁场特征分析,创建了嵌合型杯状横-纵磁触头模型,其内部杯状纵磁触头有利于保持触头中心区域电弧呈扩散态,外部杯状横磁触头产生磁吹力以有效逸散电弧能量,利于熄弧。通过对新型嵌合型横-纵磁触头的触头中心平面以及触头表面的稳态磁场以及剩余磁场分布数值计算,得到其与传统杯状触头的对比分析与定量描述。针对真空断路器熄弧时刻,横向磁场相比纵向磁场在弧区内滞留时间短,逸散速度快的特点,通过对螺旋槽横磁触头与杯状横磁触头结构分析,建立了同轴横磁触头模型,提出内螺旋槽触头突出结构,以减小闭合触头体电阻,减少发热。通过对同轴横磁触头极间电子密度仿真分析,提出电弧运动轨迹调控策略;建立场计算物理数学模型,进行磁场及受力仿真计算;与传统螺旋槽横磁触头及杯状横磁触头进行对比分析,以调控电弧运动轨迹。