自然换流型混合式直流断路器（NHCB）是中低压直流电网故障开断的关键装备,其结合了机械开关和电力电子开关的优点,具有开断速度快、通流能力强和通态损耗低的优点,是近几年国内外研究的热点。本文围绕自然换流型混合式直流断路器的电弧电流转移特性、二次电流转移特性和均流均压特性展开研究,并设计了采用均流阻抗的混合式直流断路器样机。主要内容如下:相对于强迫换流型混合式直流断路器,自然换流型混合式直流断路器存在电弧电流转移可靠性低的问题。为保证电弧电流转移的可靠完成,故有必要对电弧电流转移过程展开研究。首先,建立了电弧电流转移简化模型,并根据简化模型进行了理论推导,得到了电弧电流转移过程中各关键参数对电弧电流转移时间影响的数学表达式。其次,搭建了电弧电流转移实验平台,并通过实验研究了电力电子器件串并联个数和短路电流上升率对电弧电流转移特性的影响。再次,通过理论推导和实验验证,提出了电弧电流转移系数的概念,其是影响电弧电流转移时间的关键参数,得到了电弧电流转移系数与电弧电流转移时间之间的关系曲线,得出电弧电流转移系数大于2为宜。最后,在提高电弧电流转移系数的理论指导下,分别通过增加电力电子器件并联个数、外加横向磁场和双断口的方式,探究了促进电弧电流转移的方法。针对缓冲吸能支路参数优化设计和限制最高开断过电压的问题,对混合式直流断路器二次电流转移过程进行了详细研究。先将混合式直流断路器二次电流转移过程分为五个阶段,建立了每个阶段的等效电路图,并依据各阶段的等效电路进行了理论分析和推导。后通过搭建混合式直流断路器二次电流转移实验平台,研究了开断电流、缓冲电容容量和各支路杂散电感等关键参数对二次电流转移过程各阶段的影响,并着重研究了各关键参数对最高开断过电压的影响规律。由于混合式直流断路器中电力电子开关导通时间极短,电力电子开关中串入均流阻抗并不会增加功率损耗,故采用串入阻抗均流较其他均流方式优势明显。基于此,通过理论推导和实验,研究了串入均流阻抗对混合式直流断路器电弧电流转移过程、动静态均流、开断过电压和开断能力的影响。针对混合式直流断路器中电力电子器件的串联均压问题,通过建立基于Saber的均压仿真模型和搭建均压实验电路,研究了RCD无源缓冲电路对混合式直流断路器中电力电子器件动态均压的影响。基于上述理论与实验研究成果,设计了采用均流阻抗的电力电子开关样机,该电力电子开关样机与快速真空开关配合组成了混合式直流断路器样机。针对混合式直流断路器样机进行了大电流开断实验,实验验证了均流阻抗对样机开断能力的提升作用,得出在设定动静态不均流条件下,通过均流阻抗将样机的开断能力提升12.1%;研究了缓冲电容容量对样机开断过程的影响,并确定了缓冲电容的最佳容量;对样机进行了开断性能测试,并在2.8ms内完成了对3.4k A电流的可靠开断。