随着我国电网建设的不断扩大,更大容量的发电机并网运行以及区域电网的互联,使得电网的短路电流水平逐步攀升,一些地区的短路水平已经超过了已有断路器的额定遮断容量,对电力系统的安全可靠运行造成了严重的影响。因此,日益严重的短路电流问题需要得到有效的解决,一方面需要对短路电流进行有效限制,另一方面需要快速地切除故障。故障限流器和断路器作为有效的限制和切断短路电流的方法,二者的技术研究就显得尤为重要。本文在对国内外故障限流器和快速断路器研究成果分析的基础上,提出了一种基于高弧压电流转移的限流开断系统,可以快速有效地限制故障电流的第一个大半波峰值,并快速切断短路电流。限流开断系统由转移限流单元和开断单元组成,在正常状态下由机械触头通流,短路故障发生,转移限流单元利用气吹驱动电弧与栅片作用快速提高电弧电压,并快速完成电流转移,之后开断单元可以就近在零点快速开断短路电流。论证了可以通过多个转移限流单元串联以及研究高压快速断路器来提高限流开断系统的工作电压等级。建立了限流开断系统电流转移以及限流过程的数学模型,分析得到了影响限流开断系统有效工作的相关因素,指出快速提高栅片灭弧室中弧压是转移限流单元快速有效限流的关键点,快速断路器的合理设计是可靠开断短路故障电流的关键技术。本文围绕上述两个关键点进行了科学的研究工作。为了快速有效地提高电弧电压,本文基于磁流体动力学（MHD）原理及相关假设,建立了转移限流单元气吹栅片灭弧室中电弧的三维数学模型,利用流体仿真计算软件搭建了气吹栅片灭弧室电弧仿真求解平台,对吹弧压力、栅片材料、栅片结构、栅片间距等因素影响下电弧的发展和电弧电压特性进行了仿真研究,详细分析了不同因素的影响原因,揭示了电弧在气吹驱动下被栅片切割和拉长从而引起电弧电压变化的内在机理,得到了相关因素的影响规律,并获得了气吹式栅片灭弧室的一般性设计指导原则,为栅片灭弧室的优化设计提供仿真依据。为了研究转移限流单元内电流转移以及限流过程,考虑到转移限流过程中电弧的发展变化与外部电路电流是互相实时影响的,本文提出了基于电弧仿真求解平台和电力系统仿真计算软件的联合仿真方法,清晰准确地反映了转移限流单元的完整工作过程,并对某实际110kV/10kV变电站发生三相接地短路算例进行仿真分析,可以证明该限流方案及联合仿真方法的有效性。在仿真工作的基础上,论文搭建了转移限流单元实验平台,主要包括实验回路、气吹装置、栅片灭弧室、时序控制器等。通过对吹弧气压、栅片材料、栅片间隔、栅片结构等不同影响因素的实验分析,并联合电弧图像的采集分析,探明了在气吹作用下气体栅片灭弧室中弧压提升的内在机理,获得了不同影响因素对电弧电压变化、电流转移和限流特性的影响规律,并通过与仿真对比证明了仿真的有效性,为转移限流单元的优化设计研究提供了重要支持。最后论文对限流开断系统开断单元中不同电压等级的快速断路器进行了研究。对于中压等级设计了永磁-斥力混合式快速操动机构,研制了 12kV和40.5kV快速真空断路器。按照国标GB1984-2014进行了型式试验,证明了 12kV和40.5kV快速真空断路器可以在6-7ms内分别完成对交流分量31.5kA（有效值）、75%直流分量和交流分量25kA（有效值）、50%直流分量短路电流的快速可靠开断,可以在短路电流被限制后的第一个过零点完成对短路电流的快速开断。为了满足限流开断系统向126kV等更高电压等级发展的要求,提出了一种适用于高压等级断路器的快速磁力操动机构,其具有行程大、可靠性高、速度快、可控性高的特点。本文以126kV电压等级为研究目标,建立了快速磁力机构的有限元模型,并对其进行了仿真优化设计,研制了基于磁力机构的126kV单断口快速真空断路器。依据国际标准IEC62271与国标GB1984-2014,通过了完整的型式试验验证,实验结果表明本文所研制的126kV单断口真空断路器可以在30ms完成对交流分量40kA（有效值）、45%直流分量短路电流的可靠开断,较现有的126kV单断口真空断路器的开断速度有了大幅的提高,完全满足了限流开断系统向126kV高电压等级发展对开断单元快速性的要求。