国际热核聚变实验堆（ITER）计划是实现可控核聚变、解决人类社会的能源问题的重大国际合作项目，由中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、韩国和印度共同承担。ITER极向场变流器电源系统采购包主要由中国承担，极向场变流器系统给ITER极向场磁体供电，输出合适的电流对等离子体位形进行控制。变流器的安全性和可靠性对ITER的可靠运行至关重要。极向场变流器的典型电路结构为十二脉波晶闸管整流，为了确保其安全性及可靠性，必须对其主功率部件晶闸管进行有效的保护。在半导体整流器保护中，一般采用电子保护、熔断器保护和线路断路器保护结合的方法，其中熔断器是半导体开关的主保护。由于ITER极向场变流器电源额定功率大，运行模式随时变化，电路中并联的晶闸管数目多，结构复杂，对熔断器保护的可靠性要求较高。本文针对ITER极向场变流器的运行特点及晶闸管的保护需求，对大功率变流器中快速熔断器的设计分析与选型进行了研究。本文根据熔断器保护基础、IEC标准和工程经验提出一套熔断器保护设计方法，主要包括快速熔断器预选和性能校验两方面内容。首先对快速熔断器额定参数进行了初步选择，重点选择熔断器额定电流。然后对熔断器性能进行校验，主要校验其保护晶闸管的性能和与线路断路器的配合性能。在校验过程中，对变流器的各种可能的故障进行了分析，同时在MATLAB中建立故障模型进行仿真分析，将仿真结果作为校验的参考依据。本文还提出另一种校验方法，利用熔断器的性能和寿命是与温升相关的特点，借助于有限元分析软件对熔断器的温升进行分析，作为使用工程方法校验的补充和对照。文章分析了熔断器的温升过程中电热耦合问题，在有限元仿真软件ANSYS中建立熔断器物理模型，并结合极向场变流器的工作条件对熔断器的温升进行仿真分析。仿真分析结果与工程方法校验的结果基本相符，对快速熔断器实际应用时散热设计具有指导意义。本文给出的极向场变流器电源熔断器保护初步设计方案已经通过ITER专家组评审，可以满足极向场变流器保护要求，正进入样机测试阶段。