随着高压直流输电系统的快速发展和新能源与信息科学技术的普遍应用,高压直流输电系统的工程应用日益成熟。研发高电压电流等级真空断路器的重要方法之一是改进真空电弧控制技术及合理、有效地优化灭弧室触头结构。灭弧室触头结构的优化对真空断路器提高电流开断能力有密切的相关性。但现有的交流灭弧单元不适用于直流开断,将当前为交流开断工况所设计的灭弧室触头结构直接应用于直流开断工况,可能会影响开断可靠性,达不到开断要求。本文主要针对基于人工过零开断的杯状纵磁真空灭弧室触头的设计优化规律进行研究。论文分析了真空电弧在纵向磁场作用下的运动规律,搭建了真空灭弧室的物理模型,并基于成熟的传统交流灭弧单元确立了基于人工过零的杯状纵磁真空灭弧室触头的基准参数及优化范围,结合后续实验开展确定了仿真环境工况。对采用人工过零开断方式的真空灭弧室触头弧隙纵向磁场分布强度在燃弧阶段和弧后阶段进行了数值计算分析,得到了部分参数对弧隙纵向磁场强度分布的作用规律,同时计算得到在三电极“引弧”方式下,各关注参数对电弧弧柱初始扩散速度的影响。对制造加工的触头进行开断触发实验,将实验结果与仿真结果进行对比分析。归纳并提出了杯状纵磁型真空灭弧室触头设计的优化规律,为工程实践提供了重要依据。